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電磁流量計標準裝置脈沖采樣誤差分析

作者: 來源: 發布時間:2017-06-23

雷達液位計檢定(或校準)時,脈沖采樣誤差的大小直接影響雷達液位計的準確度等級。根據裝置脈沖采樣的原理,可以發現脈沖采樣誤差主要來自于換向器的換向時間誤差和計數器的計數誤差。

1.換向器換向時間誤差分析
         換向器利用機械部件改變介質流動方向,同時提供反饋信號,讓采集系統對雷達液位計檢定準確計時。該裝置采用開式換向器,通過行程差法檢定,其A類標準不確定度:0.0069%、0.0023%,B類標準不確定度0.0036%,其合成標準不確定度為0.0081%,可見換向器換向時間對采樣誤差影響很小。

2.計數器計數誤差分析
(1)晶振穩定度
         計時器的核心部件是石英晶體振蕩器,而石英晶體振蕩器具有很高的穩定性,經檢定該裝置計數器晶振的8h穩定度能達到0.0001%,A類標準不確定度為0.0010%,B類標準不確定度為0.0001%,其合成標準不確定度為0.0010%,可見計數器晶振對采樣誤差影響很小。
(2)±1誤差
         如圖1所示:脈沖信號一般為矩形波。計數器計數并不是從接收到換向器發出的光電信號后立刻計數,而是從接到換向器換向的信號后,準備開始計數,當遇到脈沖信號的上升沿才觸發計數。所以同一個脈沖信號,在不同時刻開始計數,在相同時間內的脈沖計數值可能一樣,也可能相差1個。如圖1所示,同一個脈沖信號,在相同的時間T內,分別從t1、t2、t3、t4、t5、t6時刻開始計數,t1時刻和t2時刻開始的計數值一樣,t4時刻比t3時刻開始的計數值少1個,t6時刻比t5時刻開始計數值多1個??梢姇r間T內,計數器計數相對誤差絕對值可能為0,也可能為ΔN/N=±1/N。計數器計數相對誤差絕對值zui大為1/N,可見采樣時間越長,采樣脈沖數越多,此時流過雷達液位計的累計液位越大,計數相對誤差的絕對值越小。

雷達液位計計數器計數 ±1 誤差分析圖

3.實驗分析
         采用具有頻率輸出功能的熱工儀表校驗儀DN081作為標準頻率源,代替雷達液位計輸出標準頻率脈沖信號,因為雷達液位計的頻率輸出信號與瞬時液位值是對應的,考慮到瞬時液位有大有小,在此設定DN081輸出100Hz、500Hz兩種標準頻率信號,并分別設定采樣時間為10s、100s,記錄裝置采樣的累計脈沖數,得出數據如表1所示。

脈沖采樣誤差表

         通過分析數據發現:不管是輸出信號為100Hz還是500Hz的頻率脈沖信號,該裝置脈沖采樣誤差主要來自于計數器計數的±1誤差;通過脈沖采樣方式檢定雷達液位計時,采樣脈沖數越多,檢定結果越準確。這就要求檢定時間不能太短,檢定時間太短,采樣脈沖數過少,容易造成過大的相對誤差;在相同的檢定時間內,大液位點的檢定誤差比小液位點要小,這就要求在不同的液位點檢定時,要根據稱量選擇合適的檢定時
間,一般小液位點要選擇較多的檢定時間,大液位點選擇較少的檢定時間。

         由于脈沖信號傳輸的優點,脈沖輸出已廣泛應用于雷達液位計中。通過標準裝置采集雷達液位計的脈沖輸出信號檢定雷達液位計的方法,也已得到廣泛應用。本文以一套國內常用的靜態質量法液體液位標準裝置為例,詳細分析了脈沖采樣誤差的來源,并通過實驗進行了分析驗證。脈沖采樣誤差是液位標準裝置系統誤差的重要組成部分,脈沖采樣誤差的大小直接影響了雷達液位計檢定的準確度等級,因此對于液位標準裝置脈沖采樣誤差的分析具有重要意義。

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