温度变送器校准结果数据处理软件的开发与应用
2016-11-22田辉伦
田辉伦
(中国石油吐哈油田公司销售事业部，新疆 吐鲁番 838202)
温度变送器校准结果数据处理软件的开发与应用
田辉伦
(中国石油吐哈油田公司销售事业部，新疆 吐鲁番 838202)
采用Visual staio 2010和QT编程软件编写温度变送器校准结果数据处理软件，通过校准结果对比分析验证得出该软件的有效性。
温度变送器 Visual staio 2010 QT编程软件 校准结果 数据处理
温度变送器具有测温准确、精度高、稳定性能好、测温范围宽及便于远距离测量等优点，在石油化工生产和科学实验中有着非常广泛的应用，它测得温度的准确与否直接影响产品的质量和实验的结果，因此需要准确计量。温度变送器作为温度测量的常用传感器，对它准确计量具有重要意义，在日常校准过程中，对温度变送器的校准结果进行处理时会有繁琐的数据计算程序，手工处理时容易造成错误，且在计算过程中数据的取舍也会对校准结果有一定的影响，而以往设计的Excel表格计算过程不能对所有仪表信息进行对应存储，所以为了更好地解决计算中遇到的实际问题、更方便地存储仪表校准信息，笔者采用Visual staio 2010和QT编程软件编写了温度变送器校准结果数据处理软件，克服了原有方法的不便，达到更高的计量计算准确性。
1 温度变送器校准结果判定参数①
1.1 电流误差、温度误差参数
参照JJF 1183-2007《温度变送器》校准规范，对每支温度变送器各校准点的电流误差值和温度误差值进行计算，判定是否满足相应等级要求，判定公式如下(其中温度和电流的最大允许误差均为0.5%)：
Δti=ΔIi×(温度最大允许误差×温度量程)/(电流
最大允许误差×电流量程)
式中 ΔIi——温度变送器各校准点的电流误差值；
Δti——温度变送器各校准点的温度误差值。
1.2测量结果不确定度参数
若电流误差值和温度误差值满足要求，则接下来的重要步骤是计算测量结果的扩展不确定度，首先建立测量误差的数学模型，公式如下：
ΔIt=Id-[Im/tm(ts-t0)+I0]
式中I0——变送器输出电流的理论下限值；
Id——变送器的输出电流值；
Im——变送器的输出量程；
ΔIt——变送器在温度t时的测量误差；
t0——变送器输入的下限温度值；
tm——变送器的温度输入量程；
ts——变送器的输入温度值。
再确定各标准不确定度分量值，主要包括由测量重复性引入的标准不确定度分量、由所用的FLUKE744多功能校准仪引入的标准不确定度分量和二等标准水银温度计引入的标准不确定度分量。根据分量的灵敏系数合成标准不确定度，计算出测量结果的扩展不确定度为最终结果，取得最大值为实验校准结果。
2 温度变送器校准结果常用处理方法
在校准过程中，涉及到了电流误差、温度误差和各种标准不确定分量值的大量数据交叉计算，整个过程得到的数据量很大，稍不注意就会出错，进而对校准结果产生影响。这就要求检定员在工作量大的情况下费时费力耐心计算，工作效率更加低下。为了使复杂、繁琐的计算过程和公式更为简化，避免人为计算的错误和对数据精度取舍不适当的问题，设计了比较简便、适用的Excel表格计算公式，如图1所示。
图1 温度变送器校准数据计算表
在如图1所示的对应表格中，Excel表格数据处理分了3块，第1块是各校准点电流值的输入版块，共5个点6组数据值，实验标准偏差值的计算一般采用贝塞尔公式，笔算较复杂。通过一步步的计算可得到最大的实验标准偏差值或者在Exce1中输入公式“=STDEV(A2：A7)/SQRT(COUNT(A2：A7))”就可自动计算出结果；第2块右上部分为对应各校准点详细的电流误差和温度误差自动计算版块；第3块为图的下面部分，主要自动计算各标准不确定度分量值和最后给出的扩展不确定度值，各值旁边的备注情况简单明了，对结果更易于观察。
通过上述步骤基本完成了温度变送器整个校准数据的处理过程。另外，把填写公式部分和手动输入部分用不同颜色区分开，这样在实际操作过程中可更直观地知道哪些数据是可以自动运算的，简单方便。
虽然Excel表格计算温度变送器校准结果使计算结果得到简化，但缺点是没有对温度变送器的详细信息进行存储，不能将信息情况、数据计算、结果查询和证书打印功能都结合一体。
3 温度变送器校准结果数据处理软件设计
由于温度变送器校准结果常用处理方法的不足、统计信息不全面等原因，采用Visual staio 2010和QT编程软件编写了温度变送器校准结果数据处理软件，该软件主要由四大功能模块组成：信息录入、数据计算、证书打印和信息查询，该软件的功能结构框图如图2所示。
图2 软件功能结构框图
3.1信息录入模块
信息录入模块主要录入温度变送器的基本信息(证书编号、送检单位、型号规格、出厂编号、测量范围、制造单位和校准依据)，输入相应环境条件、填写被校准点实际输出值及标准器相关信息等。将录入诸多条的基本信息、数据存入到数据库中，这样以后的输入会更加简便，由计算机直接调用，在原始记录、证书打印中就不会再发生人为操作的错误，还可以减少数据的输入量，从而提高工作效率和工作质量。比如，送检单位、测量范围、型号规格、制造单位及校准依据等信息就不用每次输入，只要调用就会自动生成；此外，校准日期由计算机自动完成设定，不用人工干涉，也就不会发生人为错误。
3.2数据计算模块
数据计算模块是软件的核心部分，其一主要对每支温度变送器各校准点的电流误差值和温度误差值进行计算，其二是计算出测量结果的扩展不确定度为最终结果，取得最大值为实验校准结果。同时，该模块将公式的计算过程转移到后台进行处理，自动完成繁琐的计算程序。只要输入实验中得到的校准数据，计算机就会立刻计算出校准结果判定参数，且避免了费时费力的人工计算和错误现象的发生，操作更加简便。
数据计算程序代码如下：
// 计算分量不确定度及扩展不确定度
// 计算 U1
QVector
for(int c=0; c
QVector
for(int r=0; r
if(ui->tableInput->item(r, c) == NULL)
column[r] = 0.0;
else
column[r] = ui->tableInput->item(r, c)->text().toDouble();
}
values[c] = _getColumnValue(column);
}
int imax = std::max_element(values.begin(), values.end()) - values.begin();
double U1 = values[imax];
double I = ui->tableMean->item(0, imax)->text().toDouble();
double Tc = Tm*(I-4.0)/16.0 + Tmin;
// 计算 U2
double U2 = 0.0;
if(ui->groupDianZu->isChecked() || ui->groupShuiYing->isChecked()) {
double Ut_shuiyin = ui->lineEditShuiYingUt->text().toDouble();
double k_shuiyin = ui->lineEditShuiYingK->text().toDouble();
double U2_shuiyin = (Ut_shuiyin/k_shuiyin)*16.0/Tm;
double Ut_zu = ui->lineEditShuiYingUt->text().toDouble();
double k_zu = ui->lineEditShuiYingK->text().toDouble();
double U2_zu = (Ut_zu/k_zu)*16.0/Tm;
U2 = (Tc<=300.0 ? U2_shuiyin : U2_zu);
}
// 计算 U3
// double U3 = (0.02/sqrt(3.0)) * 16.0 / Tm;
// 计算 U3
double U3 = 0.0;
// if(ui->groupBoxSheBei->isChecked())
{
double Ud = ui->lineEditSheBeiUt->text().toDouble();
double Kd = ui->lineEditSheBeiK->text().toDouble();
U3 = Ud/Kd;
}
// 合成不确定分量及得出测量结果的扩展不确定度
double Uc = sqrt(U1*U1 + U2*U2 + U3*U3 );
double U = Uc * 2.0 ;
double Imax = -1.0e64, Imaxv; // Imaxv 带符号
for(int r=0; r
if(Imax <= fabs(ui->tableOutput->item(r, 2)->text().toDouble())) {
Imax = fabs(ui->tableOutput->item(r, 2)->text().toDouble());
Imaxv = ui->tableOutput->item(r, 2)->text().toDouble();
imax = r;
}
}
if(Imax < 0.08) {
QString text;
text += trUtf8("最大电流误差值 %1 ").arg(Imaxv);
text += trUtf8("不确定度 %2 ").arg(U);
text += trUtf8("符合 0.5 级要求");
text += trUtf8("U1 = %2 ").arg(U1);
text += trUtf8("U2 = %2 ").arg(U2);
text += trUtf8("U3 = %2 ").arg(U3);
ui->textOut->setText(text);
} else {
QString text;
9text += trUtf8("最大电流误差值 %1 ").arg(Imaxv);
text += trUtf8("不确定度 %2 ").arg(U);
text += trUtf8("不符合 0.5 级要求");
ui->textOut->setText(text);
}
U_ = U;
k_ = 2.0;
c0_ = ui->tableOutput->item(imax, 0)->text().toDouble();
}
// 导出校准证书
void DialogTempTrans::on_buttonExportHtml_clicked()
{
// 选择保存路径
QString path = QFileDialog::getSaveFileName(
this,
trUtf8("导出温度变送器校准证书"),
trUtf8("～/温度变送器校准证书.html"),
trUtf8("HTML (*.html)"));
if(path.isEmpty()) return;
3.3证书打印模块
根据规范的要求编写校准证书模板，只要完成基本参数的输入，通过数据计算后即可输出温度变送器校准证书的html格式，完成证书的打印工作，从而提高工作效率并降低检定人员的工作强度。
3.4信息查询模块
信息查询模块主要是查询、检索、核对每一块温度变送器的具体信息，进行存档保存，从而全面了解和掌握油田各单位在用温度变送器的校准情况。
4 校准结果对比分析验证
为了验证校准结果数据处理软件的可靠性，如图1所示的Excel表格中的校准数据，将统一被校数据实际输出值填写到校准结果数据处理软件中进行计算，校准软件数据计算图如图3所示。
图3 校准软件数据计算图
在校准软件结果栏中，看到最大电流误差值、各标准不确定度分量值(U1、U2、U3)、测量结果的扩展不确定度U都和图4计算出的结果值相同。另外，为了增加该软件计算的可信度，选取了一批30多块温度变送器作为校准目标进行实验校准结果分析验证，分别用校准结果处理软件和Excel表格两种方法按程序各计算一次，将两者的计算结果进行对比后得到的值都一致相同，且无实验偏差。说明编制的温度变送器校准结果数据处理软件在实验应用中是可靠可信的，且该软件的应用使得整个仪表校准时间更短、效率更高。
图4 Excel数据计算表
5 结束语
温度变送器校准结果数据处理软件的开发与应用，结合工作实际，把计量校准过程中繁琐的计算简单化，计算数据更精确，校准结果更直观，为校准人员解决了实际工作难题，提高了工作效率，提升了计量技术水平。
DevelopmentandApplicationofDataProcessingSoftwareforTemperatureTransmitterCalibration
TIAN Hui-lun
(CNPCTuhaOilfieldSalesDivision,Tulufan838202,China)
Visual staio 2010 and QT programming software were applied to prepare data processing software for temperature transmitter calibration. Comparing and analyzing calibration results verifies this software’s validity.
temperature transmitter,Visual staio 2010, QT programming software, result,data processing
TH811
B
1000-3932(2016)12-1302-05
2016-10-30(修改稿)
