工业测量（共9篇）
工业测量 篇1
0 引言
工业生产过程的测量和控制领域都大量使用了精密、复杂的控制系统、仪器和仪表,工业生产过程中的各类工业设备、外部环境都使得工业测量处于严酷的环境中。对于雷击、短路等潜在危险,工业过程测量系统在设计安装阶段依据国家标准,采取防雷、可靠接地等措施,这里不再赘述。
工业生产过程中常见的干扰有3种,电磁干扰、生产工艺干扰和仪表信号干扰。对于电磁干扰,系统在设计、选型、安装阶段采取相关国家规范、标准,降低电磁干扰,例如信号线路接地方式、电缆屏蔽层的选择和接地等。对于生产工艺干扰,除在设计安装阶段通过对工艺设备的选型、安装加以避免外,还要对生产过程进行分析,找出并消除工艺干扰。对于仪表信号干扰,应从控制工程的角度出发,以系统的观点对测量信号进行净化、处理。
对于无法采用上述方法消除的干扰,可采用软件滤波的方法消除。
1 消除3种干扰的方法
1.1 电磁干扰
电磁干扰起因于外界干扰源对设备和系统的影响,通过电源线直接导入或通过信号电缆由电容耦合或电感耦合从干扰源导入或通过本地装置和远程装置各自参考端之间的电位差导入。常见的干扰源有电动机、变压器等,此外,操作人员与仪表盘、外壳或箱柜间的静电放电以及来源于对讲机、无线电发射台、雷达站的辐射电磁场都可产生干扰。
干扰侵入系统的界面可以是:供电线;信号输入线;信号输出线;设备外壳。
干扰注入电路的耦合机理是:公共阻抗(电阻性的);电感耦合;电容耦合;电磁辐射。
针对上述干扰源的特点,有许多方法能起到减少干扰的作用,如布线时信号电缆和电源电缆的分离处理,使用滤波器、信号隔离器、屏蔽外壳、搭接等措施,即使不能消除干扰至少也能减少干扰对敏感线路的耦合[1]。
笔者在国内一个项目试运行时,遇到了较强的电磁干扰,原系统采用了PE(Protection Earth)、TE(True Earth)、防雷保护等单独接地措施,各接地电阻均符合有关国家标准、规范要求,但系统试运行后,一些距离干扰源较近的过程信号出现了快速小幅跳变,在采用了等电位接地后,即将PE、TE和防雷接地网连接在一起,过程信号恢复正常,干扰消失了。可见,等电位接地能够有效消除工频干扰以及高频干扰,而且易于施工,在工业过程自动化工程中已成为较普遍的一种消除电磁干扰的方法。
1.2 生产工艺干扰
生产工艺是一个复杂、变化的过程,即使在生产装置的设计、安装阶段,采取了消除工艺本身产生的干扰措施,在设备投产或运行一段时间后,仍有可能出现工艺上的干扰,如流体的喘流、冲击,泵、阀的机械振动等。干扰附加在信号上,这些干扰有的是周期性的,有的是单脉冲性的。对于这样的干扰,应该在工艺上找出这些干扰源,采取措施加以消除,如流体的喘流,可造成压力、流量信号的剧烈波动,局部的紊流可造成严重的噪声。在生产过程中,泵的设计或选型不合理、泵存在振动或部件损坏、管路设计不合理等,均可造成喘流的发生,而管路中节流件处的设计不合理可造成局部紊流的发生。此时,应从工艺设备入手消除干扰,而不应在控制系统上做大量无谓的工作。
笔者在宣化钢铁集团有限责任公司的炼焦生产过程控制项目中遇到一个被干扰的4～20 mA燃烧废气含氧量信号,该干扰持续存在,是非周期的,在排除了电磁干扰和仪表问题后,通过检查工艺设备,确定是上游工艺的一个阀门发生故障,导致阀芯上下移动引起信号干扰,在更换这个阀门后,干扰消失。对于这样的干扰,不应通过软件滤波器来消除,因为使用软件滤波器降低或消除这些由生产工艺扰动产生的干扰,反而不能反映真实的含氧量过程值,此时,如果根据滤波后的含氧量过程值判断生产过程状况,进而采取错误的控制措施,则对生产不利。
1.3 仪表信号干扰
生产过程的所有过程信息均是通过仪表来检测的,仪表应能准确反映生产过程信息,这就要求仪表不仅能准确测量过程数据,而且还能安全传送过程数据。如果仪表设计、选型或安装上有错误,轻者造成检测数据不准确,重者根本无法检测生产过程数据,甚至造成生产事故。即使仪表在设计、选型、安装阶段未出现错误,在生产过程中,仪表仍可能出现信号干扰问题。
常见的工业过程测量中流量、压力和液(料)位的测量较容易受到干扰,而最容易产生干扰的是可压缩流体的流量测量,因为工艺管道上有多个节流件,如阀门、孔板等,因此当流体特别是可压缩流体在管道中流动时,不能保持严格的层流状态,将在流体截面上产生扰动流。如果流量检测元件是直通(如电磁流量计)的,则干扰较小;如果流量检测元件是节流件(如孔板流量计),则干扰较大。
笔者在一个工程项目中遇到一台电磁流量计的4～20 mA输出信号严重不稳定,在排除了电磁干扰和生产工艺干扰后,拆下电磁流量计详细检修,发现电磁流量计的衬里已经被金属异物打出一个凹陷,破坏了电磁流量计的磁场,从而无法检测出实际的流量,当更换电磁流量计后,信号恢复正常。
笔者还遇到过另一个工程问题。一台空气孔板流量计在安装后信号正常,而工作一段时间后,信号产生了变化——出现了噪声和波动。首先,从消除电磁干扰方面出发,检查了控制系统接地状况和显示仪表,在排除了这个因素后,又检查了上下游工艺设备的性能,均未发现有异常的工艺干扰,最后,拆下孔板详细检查发现在孔板处有较大的结垢,且在取压环室中有较长的石棉绳堵住了正压侧引压孔。
一般情况下,如果工艺设备工作正常,且仪表没有出现功能性故障,则引起噪声和信号波动的原因应存在于仪表过程连接部分。上述方法能有效消除绝大多数干扰。
2 软件滤波法
对上述方法无法消除的干扰,采用软件滤波法消除。采用软件滤波法时,需要先计算信号的信噪比,然后再采用惯性滤波器或平均滤波器滤波。
2.1 信噪比计算方法
当电磁干扰、生产工艺干扰、仪表信号干扰等均被排除以后,如果过程检测值仍存在干扰,这时可考虑使用软件滤波方法对测量信号进行净化和处理。
工业过程测量信号均存在噪声干扰,为了衡量仪表测量信号受噪声干扰的程度,使用了信噪比SNR
SNR=20lg(VS/VN) (1)
式中,VS为信号电压;VN为噪声电压。
实际工业过程中很难测量信噪比,一个可行的方法是把信噪比看成是一个在设备最大不失真输出功率下信号与噪声的比率,即仪表输出的最大测量信号与噪声信号的比率。为方便计算,使用时把信号和噪声换算成电压幅度。如一个过程测量信号——煤气流量,使得仪表输出一个满量程信号,当这个信号以50 ms的采样周期被读入PLC/DCS后,伴随有噪声,使用快速傅里叶变换(FFT)处理这个含有噪声的信号,消除噪声,或者使用算术平均滤波法(一种数字滤波器),消除噪声,得到信号的近似值,再换算成电压幅度VS,接下来把含有噪声的原始信号与消除噪声后的信号相减,得到噪声近似值及电压幅度VN,根据上式即可计算出此煤气流量信号的信噪比水平。
国家标准及行业标准没有提出对仪器仪表的信噪比要求,更没有提出对工业过程测量信号的信噪比要求。实际生产过程中,当某个测量信号的信噪比降低到25 dB时,这个信号只能作为参考,而没有实际的测量意义,不能用于测量、控制、计量。一般说来,认为工业过程测量信号的信噪比不低于40 dB时是安全的。
2.2 软件滤波器
从20世纪80年代开始,特别是计算机被成功应用于工业过程控制后,人们已经研究出了多种软件滤波器,这些软件滤波器使得消除那些无法通过上述方法消除的干扰成为可能,这里仅介绍两种常用的软件滤波器,即惯性滤波器和平均滤波器。
2.2.1 惯性滤波器
在工业过程中,有很多模型都是一阶系统,如RC低通滤波器,图1是RC低通滤波器原理图。
建立图1的微分方程
式中,Vin(t)为输入电压;Vout(t)为输出电压;R为阻抗;i(t)为电容电流;QC(t)为电容电量;C为电容;t为时间。
把式(2)合并计算,进行Laplace变换后可得到其一阶惯性系统的数学模型,对此模型的单位阶跃信号输出进行Laplace逆变换得到时间函数,再对其进行离散化可得
Vout(n)=αVin(n)+(1-α)Vout(n-1) (3)
其中,undefined
式中,n为时间序列;α为系数;Δt为采样时间。
从式(3)可看出,α越小,平滑效果越好,灵敏性越差;α越大,平滑效果越差,灵敏性越好,这种
惯性滤波能有效消除低频干扰[2]。
笔者在一个工程项目中遇到一个串级控制回路,其主回路是某产品的产量控制,副回路是6个辅料的流量控制,主回路的输出值经比值运算后作为6个副回路的给定值,在串级控制回路投入自动后,各副回路出现振荡,无法实现产量的自动控制。经分析,振荡由副回路给定值(即主回路的输出值)波动引起,副回路给定值是主回路根据产量检测值和给定值经主回路PID控制器计算出来的,而此时产量检测值由螺旋计量器发出,因螺旋计量器的特点决定了产量检测值不稳定,局部存在信号阶跃,由此导致6个副回路给定值产生了严重波动,无法使控制回路达到稳定状态,必须用软件滤波器对这个主回路的输出值进行处理。首先采用信噪比计算方法,得到某时间段的信噪比是31～33 dB;其次,因为来自检测装置——螺旋计量器的信号干扰具有阶跃特点,因此应该采用惯性滤波器软件滤波,平滑两个采样点的数据,既提高信噪比又使信号不失真。应用结果表明这种惯性滤波器把信噪比提高到43～45 dB,大大降低了信号的波动。
2.2.2 平均滤波器
惯性滤波器无法消除高频干扰,而平均滤波器却能较好地消除高频干扰,高频干扰是指干扰信号的频率比惯性滤波器的低通频率高的干扰信号。
(1) 算术平均滤波法
算术平均值滤波法是要寻找一个Y,使该值与各采样值X(k)(k=1,2,…,N)之间误差的平方和为最小
undefined
可以求得
undefined
即N次采样值的算术平均值。在实际应用中,一般取N=4或N=10,即连续采集4个或10个测量信号的数据,再计算平均值。N的大小视信号受干扰的程度而定,N越大,信号平滑效果越好,灵敏性越差;相反,N值越小,信号平滑效果越差,但灵敏性越好。
(2)滑动平均滤波法
滑动平均滤波法是建立一个长度为N的队列,队列中的每个成员存放着一个数据,队列采用先进先出的规则,每进行一次新的采样,把采样结果放入队尾,而去掉原来队首的一个数据,这样在队列中始终有N个最新的数据,数据每更新一次,就把队列中的N个数据进行平均,即可得到滤波后的信号。最终信号的更新周期没有延长,实时性要比算术平均滤波法好。
滑动平均滤波法对周期性干扰有良好的抑制作用,平滑度高,灵敏度低。但对于偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用差,不易消除由于脉冲干扰引起的采样值偏差,因此不适用于脉冲干扰比较严重的场合,而适用于高频振荡系统。应用中可以通过观察不同N值下滑动平均的输出响应来选取N值,以便既少占用时间,又能达到最好的滤波效果[3]。
3 结束语
工业过程测量仪表在实验室环境下的测量信号非常好,但安装在实际工业过程中时,容易受到噪声的干扰,干扰来源如前所述的雷击、短路、电磁干扰、生产工艺干扰、仪表问题等。此时,应把仪表本身,连同仪表的过程连接部分以及与仪表相联系的工艺管道、工艺设备综合考虑,找到干扰源所在,消除干扰。
工业过程测量信号的净化与处理,在实际应用中应以系统的观点分析信号被噪声干扰的原因,由外向里,由硬向软,采取相对应的去噪措施,逐个解决,而不应仅仅限于仪表、控制系统本身。
参考文献
[1]GB/T13926.1-1992,工业过程测量和控制装置的电磁兼容性总论[S].
[2]Edward P Cunningham.Digital filtering:an introduction[M].Boston:Houghton Mifflin Co.,Ltd.,1992.
[3]任克强,刘晖.微机控制系统的数字滤波算法[J].现代电子技术,2003(3):15-18.REN Ke-qiang,LIU Hui.Algorithms of digital filter inthe microcomputer control system[J].Modern ElectronicsTechnique,2003(3):15-18.
工业测量 篇2
测量专业的基本功，是我们工业与民用建筑的学生必须很好掌握的一项基本技能。在大三学习即将结束的时候，我们在学院的组织下，在校内开展了为期三个月的高速公路测量实习。
我们这次测量实习的内容有水准测量，角度测量，距离测量，控制测量等。刚刚开始还觉得不难，但是实际操作之后才发现，山地上凹凸不平、路段弯曲、碎部点很多给我们造成了很大的麻烦。我们只要稍微不小心在哪个环节出错误，就有可能导致整个过程的数据不正确。所以，每一个站点的测量我们都小心翼翼，测量完马上检验，数据超过误差的马上重测。经过一个多星期的奋战，我们终于把所有数据测量出来了，把图绘制出来了。
此次测量实习，天气异常炎热，大家每天都奋斗在烈日下，很多同学都晒黑了，有时，为了测量草丛里的几个点，腿上被蔓藤划了很多伤口，几天的测量生活，我们习惯了早上6点起床，扛着测量仪器外出测量，我们不再抱怨，牢骚。为了保证测量的精确度和测量的时间进度，减少行人和车辆对测量工作的影响，我们总是早早的起床，带上“家伙”到测量场地开工！几个上午我们都是测量到接近12点才收工。中午回到宿舍，我们并不能清闲下来，一张张原本的空白数据表等着我们去计算、校验。要是数据满足条件还好，比如我们小组第一天测量的误差超出容许范围，只好准备第二天更早起床，重新测量原本属于第一天的工作。在下午短暂的补充睡眠之后，当其他专业的同学下午下课，准备享受丰盛晚餐之时，我们再次扛着仪器，在太阳下山之前再次出工测量。在夏天的傍晚，每当太阳下山，天色暗下之时，已是晚上7点多了。放回仪器，学校食堂已不可能再有饭吃，我们只得叫外卖吃。原本以为晚上的可以放松下来休息了，可事实并不是这样，我们还需对一整天的工作进行一番总结，并制定好第二天的工作计划，提高小组工作效率，确保进度的完成。测量实习磨练了我们吃苦耐劳的意志，记得星期四下午在科大操场进行碎步测量时，突然下起雷阵雨，可我们的测点还没有测量结束，不能移动仪器，于是我们组的人就在大雨中给仪器打着伞，自己成了落汤鸡。还有一天的晚上我们在绘图时出现问题，对于测量出来的角度大于180度按照书上的公式是计算不出来我们想要的结果，我们组只能再次研究书本，总结经验，在2个多小时的讨论后终于知道怎么解决问题，这些东西老师在平时上课是没有讲到的，我们只能在实践中去发现，在实践中去学习，在实践中去总结。
实践是检验真理的唯一标准。实践总能发现许多问题，在这次测量实习中也同样存在。首先，我认为，最大的问题在于我们对仪器的使用上，课本上介绍仪器使用的知识都比较抽象，到了真正实践中的时候，我们未能很好把书本知识应用到实践中。其次，在制图的时候，我们对复杂的地形图的绘制非常生疏，没有很好地把教科书上一些技巧方法运用到地形图的绘制中。这个也需要老师在今后教学中对我们更多的指导，促进我们水平的提高。
再来说说这次实习心得吧，通过本次的测量实习，我觉得最大的收获在于将书本上那些抽象的知识与现实的测量很好的结合了起来。不再是我们单纯看书本上的文字内容，而实际确不能很好弄懂在今后实践中的操作。测量仪器的使用和实地的测量实习工作的开展，让我们更直观接触到了土木工程测量这个学科，也为我们今后走上工作岗位后，更好更快地使用仪器、控制测量的应用奠定了坚实的基础。也让我们明白了，工业与民用建筑专业的实际操作性强的特点，触发我们今后要更加努力学习专业知识，并要加强理论与实践相结合的方式方法，从本质上提高自己的专业水平。
工业炉真空系统故障诊断与测量 篇3
一、真空炉结构
典型真空炉结构, 如图1所示。
炉子的真空系统主要由真空室、泵系统、各控制阀及热交换器组成。工作时, 首先启动机械泵, 打开主路阀, 对真空室及管路抽真空。当真空压力低于规定值时, 启动罗茨泵, 打开旁路阀对扩散泵抽真空。当真空压力低于扩散泵允许值时, 接通加热按钮, 对扩散泵进行预热。当扩散泵预热至规定温度并且真空压力低于系统规定值时, 打开高真空阀, 对真空室抽高真空。
二、如何快速判断真空系统故障的部位
当炉子抽不到预定的极限真空时, 原因主要有五个方面:真空室或管路漏气、真空泵工作不正常、真空计故障、炉体冷却微漏、材料放气。
1. 真空室或管路漏气的判断方法
首先测定并计算“升压率”, 如果升压率低于设备允许值 (例如:要求<0.667Pa/h) , 可以认为炉子不漏气, 反之漏气。漏气可以应用检漏仪检漏。
2. 真空泵的判断方法
如果系统不漏气, 那有可能就是真空泵坏了, 但在进行真空泵检测前, 先看一下泵油的情况, 如果油浑浊或已经氧化变质, 就先换油再试。
(1) 机械泵、罗茨泵抽气能力的判断方法
准备工作:按照真空室或管路漏气的判断方法, 确认管路无漏气;在管路上找到合适位置安装备用的低真空规管, 再将这个规管的电缆线连接到炉子真空计的备用通道上。
首先关闭图1中的主路阀和旁路阀。然后单独开启机械泵, 一段时间后读取管路中极限真空压力数值, 对比说明书上机械泵出厂的极限压力指标, 即可判断出泵的性能好坏。
同样关闭图1中的主路阀和旁路阀。在机械泵符合要求的前提下, 同时开启机械泵和罗茨泵, 一段时间后读取管路中极限真空压力数值, 再对比这台炉子说明书, 要求罗茨泵能抽到的压力范围, 就可以判断出罗茨泵的好坏。
(2) 扩散泵抽气能力的判断方法
正常操作设备, 依次开启机械泵和罗茨泵, 当炉内真空压力可以达到扩散泵的启动条件, 扩散泵就可启动。如果扩散泵开启一段时间后, 炉内极限真空压力不能达到工艺要求, 则扩散泵有问题。
3. 真空计的判断方法
有时故障是由于真空计损坏或设置不当造成的。
4. 其他方面的判断方法
有时炉子的极限真空度和升压率都符合工艺要求, 但是加工后零件表面有变色现象。这时很有可能是炉内漏水造成的, 需要查找漏点。
如果炉子停机一段时间, 再次启动后需要按照设备说明书进行烘炉 (洗炉) 操作, 之后设备才能恢复正常 (在停炉期间, 应保持炉内真空压力<1Pa) 。
三、真空检漏的方法与仪器
1. 真空检漏方法
在真空检漏时应将示漏物质加到被检器壁的某处, 再用仪器检测通过漏孔逸出的示漏物质。
2. 检漏仪
氦质谱检漏仪就是用氦气做示漏气体的质谱检漏仪, 是真空检漏中灵敏度最高、用得最普遍的一种检漏仪器。
3. 检漏过程中的注意事项
检漏仪连接好后, 让炉子先抽一会真空, 待炉内真空压力低于检漏仪的进口压力要求时, 方可打开测试口的旋转阀门。检漏仪在工作状态下要避免振动, 停机20min以后才允许移动。
四、真空泵性能测试
1. 真空泵特征
(1) 机械泵
机械泵是行业内对真空炉粗抽泵的俗称, 较常用的有旋片真空泵和滑阀真空泵。机械泵可单独工作或作为高真空机组的前级, 其极限真空约10-1Pa量级, 一般工作时可以将真空室抽到几帕 (Pa) 量级。
(2) 罗茨泵
罗茨泵是一种常用的增压真空泵, 工作真空范围为200～10-1Pa。罗茨泵不能单独工作, 需有机械泵作为前级泵, 主要用于提高抽气速率和极限真空度。
(3) 扩散泵
扩散泵是一种常用的高真空泵, 极限真空度一般可达10-4Pa。扩散泵不能单独工作, 需机械泵或机械泵、罗茨泵组合作为前级泵。
2. 真空泵性能测量
(1) 机械泵测试方法
参照《旋片式真空泵性能测量方法JB/T6533-97》、《滑阀式真空泵性能测量方法JB/T1246-97》标准, 可制做测试装置如图2所示。
(1) 极限压力测量
泵按规定条件运转, 在不引入气体的试验罩内趋向稳定的最低压力。
(2) 抽气速率测量
采用定压法测泵的抽气速率S。从试验罩流过的气体流量Q (观察流量计) 与规定位置上的平衡压力p (略高于极限压力的适当值) 的比值, 即:S=Q/p (L/s) 。
(2) 罗茨泵测试方法
参照《罗茨真空泵性能测量方法JB/T7674-95》标准, 可制做测试装置如图3所示。
极限压力和抽气速率的计算方法, 与机械泵相同。但要求配用罗茨泵推荐的前级泵。
(3) 扩散泵测试方法
参照《蒸气流真空泵性能测量方法JB/T8272.1-96》标准, 可制做测试装置如图4所示。
工业测量 篇4
指导老师：
实习小组成员：
一、实习目的：
（1）巩固课堂教学知识，加深对控制测量学的基本理论的理解，能够用有关理论指导作业实践，做到理论与实践相统一，提高分析问题、解决问题的能力，从而对控制测量学的基本内容得到一次实际应用，使所学知识进一步巩固、深化。
（2）掌握用测量平差理论处理控制测量成果的基本技能。
（3）通过完成控制测量实际任务的锻炼，提高独立从事测绘工作的计划、组织与管理能力，培养良好的咱也品质和职业道德。
（4）熟悉水准仪、经纬仪、全站仪的工作原理。
二．实习设备：
水准仪，光学经纬仪，塔尺，三脚架，盘尺，半圆仪，测钎，直尺，图纸等。
三．实习任务与内容
任务：测绘一张图幅200m*200m，比例为1：500的地形图 内容：
1.水准测量：根据已知水准点的高程，测量其他水准点的高程；
2.导线测量：通过测角和量距，求出各导线点的坐标；
3.碎步测量：根据控制点，测定碎步点的平面位置和高程；
4.绘图。
四．实习步骤：
1.导线测量：
（1）导线测量概述：
导线从一组已知控制点出发，经过7个点，又回到起始点上，形成一闭合多边形，成为闭合导线。由于测量了多边形的各内角及边长，闭合导线也具有检核作用。角度检核条件：
多边形各内角的观测值之和与其理论值之差，应满足限差要求，其中n为多边形角个数。坐标增量检核条件：
上述理论值应为零，可实际上一般不等于零，但也应该满足限差要求。
（2）导线测量的外业工作：
导线测量的外业工作包括：踏勘选点及建立标志，测角，量边等。
1）踏勘选点及建立标志：
在选点前，应先收集测区已有地形图和已有高级控制点的成果资料，将控制点展 1
绘在原有地形图上，然后在地形图上拟定导线布设方案，最后到野外踏勘，核对、修改、落实导线点的位置，并建立标志。
选点时应注意下列事项：
①相邻点间应相互通视良好，地势平坦，便于测角和量距。
②点位应选在土质坚实，便于安置仪器和保存标志的地方。
③导线点应选在视野开阔的地方，便于碎部测量
④导线边长应大致相等。
⑤导线点应有足够的密度，分布均匀，便于控制整个测区。
2）测角：
导线转折角的测量采用测回法观测用经纬仪测一测回，当盘左、盘右两半测回角值的较差不超过±40″时，取其平均值。
3）量边：点间距离已经给出，无需测量。
（3）导线测量内业计算：
导线测量内业计算的目的就是计算各导线点的平面坐标x、y。
计算之前，应先全面检查导线测量外业记录、数据是否齐全，有无记错 算错，成果是否符合精度要求，起算数据是否准确。
1）准备工作
将校核过的外业观测数据及起算数据填入“闭合导线坐标计算表”中，见表6-6，起算数据用单线标明。
2）角度闭合差的计算与调整
①计算角度闭合差n边形闭合导线内角和的理论值为：
式中n——导线边数或转折角数。
由于观测水平角不可避免地含有误差，致使实测的内角之和 不等于理论值，两者之差，称为角度闭合差，用fβ表示，即
②计算角度闭合差的容许值角度闭合差的大小反映了水平角观测的质量。各级导线角度闭合差的容许值fβp其中图根导线角度闭合差的容许值fβp的计算公式为：
如果 ＞，说明所测水平角不符合要求，应对水平角重新检查或重测。如果 ≤，说明所测水平角符合要求，可对所测水平角进行调整。
③计算水平角改正数如角度闭合差不超过角度闭合差的容许值，则将角度闭合差反符号平均分配到各观测水平角中，也就是每个水平角加相同的改正数vβ，vβ的计算公式为：
计算检核：水平角改正数之和应与角度闭合差大小相等符号相反，即 ④计算改正后的水平角改正后的水平角βi改等于所测水平角加上
计算检核：改正后的闭合导线内角之和应为（n－2）×180˚。
3）推算各边的坐标方位角
根据起始边的已知坐标方位角及改正后的水平角推算其它各导线边的坐标方位角。
计算检核：最后推算出起始边坐标方位角，它应与原有的起始边已知坐标方位角相等，否则应重新检查计算。
4）坐标增量的计算及其闭合差的调整
①计算坐标增量根据已推算出的导线各边的坐标方位角和相应边的边长，计算各边的坐标增量。
②计算坐标增量闭合差实际上由于导线边长测量误差和角度闭合差调整后的残余误差，使得实际计算所得的、不等于零，从而产生纵坐标增量闭合差Wx和横坐标增量闭合差Wy，即
③计算导线全长闭合差WD和导线全长相对闭合差WK
WD=
导线全长相对闭合差WK
图根导线的WKP为1/2 000。
如果WK＞WKP，说明成果不合格，此时应对导线的内业计算和外业工作进行检查，必要时须重测。
如果WK≤WKP，说明测量成果符合精度要求，可以进行调整。
④调整坐标标增量闭合差调整的原则是将Wx、Wy反号，并按与边长成正比的原则，分配到各边对应的纵、横坐标增量中去。以vxi、vyi分别表示第i边的纵、横坐标增量改正数，即
⑤计算改正后的坐标增量各边坐标增量计算值加上相应的改正数，即得各边的改正后的坐标增量,即
2.水准测量：
（1）水准测量原理：
水准测量是利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，直接测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未知点高程。
设水准测量的进行方向为从A至B，A称为后视点，a为后视读数；B称为前视点，b称为前视读数。如果已知A点的高程HA，则B点的高程为：HB=HA+hab
HA+a=HB+b
HA=HB+a-b
B点的高程也可以通过水准仪的视线高程Hi来计算，即
Hi=HA+a
HB=Hi－b
（2）水准测量的外业施测：
1）水准点：用水准测量方法测定高程的点。
2）当预测高程的水准点与已知水准点相距较远或高差太大时，两点之间安置一次仪器九无法测出其高差。这时需要连续多次设站，进行复合水准测量。每测站高差之和即可得预测水准点到已知水准点的高差，从而可得其高程。
3）水准测量的检核
计算检核：闭合导线的高差和等于个转点之间高差之和，又等于后视读数之和减去前视读数之和，因此利用该式可进行计算正确性的检核。
测站检核：对每一测站上的每一读数，进行检核，用变更仪器法进行检核。变更仪器法要求变更的高度应该大于10cm，两次高差之差不应超过规定的容许值，即6mm。
闭合水准路线的成果检测：理论上各测段高差之和应等于零，实际上上不会，存在高差闭合差，其不应该大于你容许值，即，若高差闭合差超出此范围，表明成果中有错误存在，则要重返工作。
4）水准测量的内业计算：
检查水准测量手簿；填写已知和观测数据；计算高差闭合差及其限差；最终结果见附表。
3.碎步测量：
（1）碎步点的选择
碎步点就是地物地貌的特征，对于地物，碎步点应选在地物轮廓线的方向变化处，连接这些特征点，便得到与实地相似的地物形状。对于地貌来说，碎步点应选在最能反应地貌特征的山脊线，山谷线等地性线上。
（2）经纬仪测绘法
观测时先将经纬仪安置在测站上，绘图板安置于测站旁，用经纬仪测定碎步点的方向与已知方向间的夹角，测站点至碎步点的距离和碎步点的高程，然后根据这些数据和比例尺八碎步点的位置展绘在图纸上，并在点的右侧注明其高程，再对照实地描绘地形。
操作步骤如下：
1）安置仪器。安置仪器于测站点，测定竖盘指标差，量取仪器高i，填入手簿。
2）定向。找准一控制点，作为零方向，设置水平度盘读数为零。
3）立尺。立尺员依次将尺立在地物，地貌特征点上。
4）观测。转动照准部，瞄准点1点的标尺，读取水平度盘读数；又读上丝和下丝读数，计算式间距；再读中丝读数，竖盘读数。
5）记录。将所测读数依次填入手簿。
6）计算。按视距测量公式方法用计算器计算出碎步点的水平距离，高差和高程。
7）展绘碎步点。
4.绘图，如上交图纸所示
5．实习中引起的误差原因及解决方法：
1.各种测量误差的来源，其主要有三个方面：
（1）.仪器误差（仪器本身所决定，属客观误差来源）。
（2）观测误差（由于人员的技术水平而造成，属于主观误差来源）。
（3）外界影响误差（受到如温度、大气折射等外界因素的影响而这些因素又时时处于变动中而难以控制，属于可变动误差来源）。
2.减少测量误差的方法：：
（1）在仪器选择上要选择精度较高的合适仪器。
（2）提高自身的测量水平，降低误差水平。
（3）通过各种处理数据的数学方法如：距离测量中的温度改正、尺长改正，多次测量取平均值等来减少误差。
十．实习心得：
相比于以往的教学型实习，真正的工程（实习）显然能够更好的体会所学到的知识。事实也确实是如此，通过这次实习，我真正的体会到了理论联系实际的重要性。
电子测量仪表行业的工业设计发展 篇5
进入20世纪50年代, 伴随着晶体管的出现, 电子测量仪表的体积、重量、精度和操作复杂程度进一步大幅度降低。同时期, 美国波音公司707飞机的设计、人机工程学的运用以及德国工业设计的蓬勃发展使各电子测量仪表公司开始逐渐重视电子测量仪表的工业设计, 力求开发出能够便于操作的电子测量仪表。
20世纪70年代发展至今, 大规模集成电路的广泛应用使电子测量仪表的集成度大幅度提高, 仪表的功能进一步扩展, 这就对电子测量仪表行业的工业设计提出了更高的要求—人机交互能力和系统热稳定性能的提高, 同时又要求重量和体积进一步缩小, 这就带动了电子测量仪表行业工业设计的深入研究和发展[1]。
进入21世纪后, 电子测量仪表行业在经过近50年的发展后, 这个行业的全球规模已经扩张到每年几百亿美元的产值[2], 同时电子测量仪表也已细分为多个种类, 覆盖了基础电子测量、通信电子、生物检测、电力、遥感、医药等多个领域。随着这个行业产值的迅速膨胀与应用领域的扩展, 早期从事这个行业的公司已经发展成为行业内的顶级的公司, 如德国罗德&施瓦茨公司、美国安捷伦公司、日本安利公司、美国的是德科技、美国艾默生电子、日本松下、德国西门子等行业巨头, 这些公司基本垄断了全球高端电子测量仪表领域, 如罗德与施瓦茨公司2014年一年便卖出了上千台高端手机测试类电子测量仪表, 年销售额高达几十亿美元, 占当年全球手机测试类电子测量仪表市场的60%以上的市场份额。近些年伴随着经济危机的出现, 这些行业巨头都纷纷开始转向生物测量、电力测量等全新的领域, 同时通过产业兼并与重组, 剥离传统电子测量仪表的业务, 然后迅速推出了适用于这些新兴行业的电子测量仪表。
伴随着中国近些年经济的蓬勃发展, 国内各行各业对电子测量仪表的需求呈现爆炸式增长。由于国内电子测量仪表行业的发展水平低和国外对先进技术的垄断, 国内的电子测量仪表行业基本由国外公司垄断, 不仅造成了电子测量仪表的售价昂贵, 而且由于严格控制技术外泄从而导致国内无法使用与国外同时代的电子测量仪表。但是在超高暴利和庞大市场的刺激下, 国内也逐步发展起来了一批研发电子测量仪表的公司, 如大唐联仪、创远、星河等电子测量仪表公司。但由于中国在电子、机械、生物、物理和工业设计等领域与发达国家的巨大差距, 国内的电子测量仪表公司几乎都处于简单模仿国外行业巨头公司的产品或者生产一些低端的电子测量仪表的阶段。
国内的电子测量仪表公司都存在规模较小、科技投入少、转型困难、竞争压力大、同质化等诸多问题;同时电子测量仪表的入门门槛较高, 需要集合多学科的研究成果和资源整合能力;此外在目前国内的大环境下, 非常不利于这种需要经过深入科学研究才能有所发展的行业;因此这些因素交织在一起共同限制了国内电子测量仪表公司的发展, 使之难以与国外同类型公司竞争。
由于国外的电子测量仪表行业已经经过了近50年的发展, 电子测量仪表的工业设计已经相当成熟, 无论人机设计、热设计、结构设计、外观设计和设计理念均已经相当成熟。目前国外电子测量仪表的工业设计主要有以下几个特征:
1) 产品外形尺寸逐渐减小。
目前国外无显示屏类电子测量仪表的工业设计的最新流行趋势为小型化, 一般无显示屏类电子测量仪表的产品高度已经降低到2U以下, 仪表的宽度也不在以国际电联的19英寸设备要求为设计规范, 同时电子测量仪表的产品深度也大幅度缩短。仪表的小型化可降低产品重量、降低产品的研发投入与制造成本, 提高产品的性价比。如图1所示为德国某公司推出的小型化电子测量仪表系列, 外形尺寸非常小巧。国外有显示屏类电子测量仪表的产品高度虽然扩展到5U以上, 但产品深度却大幅度缩短, 这样的设计理念可保证仪表在有较大显示屏的同时还可以缩小产品尺寸和降低产品重量, 极大的提高产品的竞争力。
2) 人机交互正趋向于全触摸显示屏或者外接大尺寸显示屏, 以及拥有丰富的测量端口。
国外电子测量仪表的显示屏幕尺寸已提高到12.1英寸以上, 同时采用全触摸交互界面、操作系统扁平化、多测量任务窗口并行显示和极少物理按键, 极大的提高了仪表的人机交互能力和数据显示清晰度, 以便于操作人员的使用, 如图2所示为是德科技的MXA频谱分析仪表。此外仪表拥有丰富的端口类型, 涵盖了射频端口、音频端口、时钟端口、并行串口、USB接口、以太网接口、VGA接口等多种接口类型, 以适应不同使用环境的要求。
3) 全新的热设计理念。
通过优化电路设计, 多采用低功耗芯片和低功耗电路设计方案, 进一步降低整机功耗, 此外使用大面积铝基和铜基散热器、密闭散热风道和低风阻系统设计方案, 可使仪表的散热方式实现自然对流冷却方式或者超低噪音强迫对流冷却方式, 进而降低系统运行时的噪音和提高仪表安静性;
4) 仪表结构设计多采用快速插接方式。
国外电子测量仪表的结构多采用快速拼接与插接式, 功能板卡实现模组化设计和无缆化设计理念, 可实现仪表在不拆卸外壳和线缆的情况下直接更换功能板卡, 方便仪表的升级与形态变化;结构材料多采用工程塑料或者硬质铝合金以减轻仪表重量;
5) 外观更加美观与圆润化。
国外仪表多采用中性色系, 配色柔和[3], 通过一些装饰性颜色带, 丰富仪表外观色彩, 使仪表更加具有潮流感与现代气息。同时仪表多采用工程塑料包角和工程塑料外观零件, 如圆润设计的把手和具有曲面造型的前面板, 提高仪表的质感和高端感。
由于国内的电子测量仪表行业起步非常晚, 因此国内电子测量仪表行业的工业设计基本以参考国外同类型仪表为基础。
此外, 由于行业内对工业设计的重视程度不高, 长期忽视工业设计对产品品质和质感的影响程度, 因此国内电子测量仪表行业的工业设计与国外仍存在着较大差距, 主要表现在:产品外观趋同, 由于行业内公司不重视仪表的外观设计, 同时片面强调工业设计零件的成本, 因此国内电子测量仪表一般采用市场中常见的仪表类外观产品, 因此无论外观配色、外观零件设计、工业设计理念等均差强人意, 如外观颜色均采用一种颜色, 不考虑不同功能区的色彩提示, 使仪表的档次在感官上较低。
人机交互能力考虑不周全, 由于资源积累不足, 国内电子测量仪表在前期总体设计时便没有充分考虑人机工程学, 端口设计的合理程度、端口种类与分布、按键排布与大小、UI操作界面和显示区域精细度等设计均在各种缺陷, 如射频端口没有充分考虑使用者的手部操作空间, 以至于端口旋拧不便甚至射频端口的螺牙划伤手指等, 以至于后期不得不进行改版设计。
热设计不充分, 全部热设计仿真软件均为国外产品, 同时由于国内在电子散热方面的研究较为粗浅和风道设计考虑不周全, 因此国内的电子测量仪表的散热效率较低, 只能一味采用大功率、多数量风扇散热系统, 从而导致仪表噪声大、电路失效、内部灰尘较多等问题。如图3所示为国内仪表与国外仪表的内部清净度对比, 国内某仪表公司的内部板卡在使用一段时间后积灰问题严重而国外某仪表公司的内部板卡在使用一段时候仍能保持清洁。内部结构设计不合理, 国内电子测量仪表虽参考国外同类型仪表, 但由于电子设计方面能力不足, 因此往往造成内部电路臃肿, 结构部分复杂, 内部结构集成度较低, 和无法实现功能板卡模块化设计等, 严重浪费内部的宝贵空间。如图4所示, 国内某仪表公司开发的电路采用较大且明显突出的器件, 从而导致电路的结构腔体异型。
基于对国内外电子测量仪表行业工业设计的现状与问题的深入研究, 未来电子测量仪表的工业设计必将会朝着小型化、内部高度集成化、低功耗化、网络化、人机交互便捷化方向发展。
1) 小型化是未来电子测量仪表行业工业设计发展的必然方向。
伴随着电子器件功能的完善, 电路设计将更加简单化和密集化, 因此电子测量仪表的外形尺寸将不断缩小, 可能未来的某一天, 电子测量仪表的外形尺寸和现在的移动终端相仿。小型化将要求电子测量仪表的工业设计更加严谨, 通过优化仪表结构, 使仪表内部结构更加规整与简洁。同时小型化将要求电子测量仪表公司提高对仪表工业设计的重视程度, 提高工业设计在仪表开发过程中的优先级和重要性, 要采用全局的眼光看待仪表的工业设计, 使仪表的开发由电路设计为主导转变为以工业设计为主导, 从而提高产品竞争力。只有那些能补足工业设计缺陷的公司采用提前占得市场先机。
2) 内部高度集成化是电子测量仪表发展的实现手段。
通过内部模组化设计和无缆设计, 实现对仪表内部空间的充分占用, 提高内部模块集成化程度。同时内部模组化设计和无缆设计可提高仪表功能的扩展, 实现电子测量仪表功能多样化与形态丰富化。内部模块设计可提高仪表的灵活度, 仪表实际使用用户可根据使用需求灵活调整仪表的功能, 从而提高仪表的适应性。同时内部模块化设计能降低仪表的生产难度, 提高生产效率, 仪表公司可先生产各内部模块, 然后根据客户需求配置仪表, 避免整机的在线升级与校验。
3) 低功耗是电子测量仪表行业电子设计的必然要求。
伴随着电路的功耗的降低, 可大幅度缩小散热系统的复杂程度, 仪表将可采用自然散热方式或超低噪音强迫对流冷却方式, 此外仪表采用全密闭式设计、功能区域风道隔离、功能区域风量调节、优化板卡风阻等热设计手段, 能大幅提到仪表散热效能, 从而降低电子测量仪表的运行噪声, 同时有利于内部结构与板卡的清洁度, 提高设备的可靠性和运行寿命。
4) 网络化是电子测量仪表行业发展的催化剂。
伴随着目前网络的飞速发展, 电子测量仪表厂商可不再出售仪表设备, 而是通过网络使客户直接和电子测量仪表厂商连接, 客户直接租用电子测量仪表厂商提供的测试功能服务, 这样客户可以免去设备购置、维护等成本, 同时电子测量仪表厂商就能利用一套设备同时对多个用户提供网络测试服务, 提高双方的利润。
5) 人机交互便捷化是电子测量仪表发展的保障。
未来有显示屏类电子测量仪表将采用全触摸屏幕或者采用大尺寸外接触摸显示器, 免去物理按键所带来的操作不便问题, 用户可清晰查看测量结果或者同时进行多测量项业务, 同时提高UI界面扁平化设计, 方便用户调用不同测量项[4,5]。无屏类电子测量仪表将采用多种类端口、多数量端口形式, 通过丰富的端口形式, 可满足不同测试需求, 此外多测量端口可同时实现多个终端设备或者测试项目的数据采集和分析, 提高测试效率。
目前电子测量行业正悄然发生着大变革, 伴随着技术难度的降低, 行业内的公司正逐渐增多, 行业内公司的竞争激烈程度正与日俱增, 只有那些能够提高自身产品的竞争力的公司才能在这个行业中脱颖而出, 只有那些真正意识到工业设计对仪表行业的重要程度的公司才能迎风破浪, 才能引领未来行业的发展方向, 只有引领了行业发展方向的公司才能成为行业中的领军公司。
摘要：电子测量仪表行业可谓是制造业、电子行业、软件行业等多个行业最新研究成果的结晶, 虽然该行业的整体规模并不大, 但却足以体现一个国家的科技水平与科研人员的技术水平。电子测量仪表汇聚了工业设计、电子科技、软件实现、生物、物理、化学等多个学科的技术, 是多种学科交叉集成的高科技产物。本文从电子测量仪表行业的工业设计方向, 浅析了该行业现有的工业设计成果与未来发展方向, 阐述了该行业工业设计的现状、存在的问题以及国内外电子测量仪表行业的工业设计特点, 希望能对这个领域的发展有所启发与帮助。
关键词：电子测量仪表,工业设计,现状,发展方向
参考文献
[1]连学涛, 华颜涛.浅谈电子测量仪器的现状与发展[J].科协论坛, 2012 (12) :59-60.
[2]国家发展改革委经济运行局机电处.仪器仪表行业2006年运行分析及2007年趋势预测[J].中国经贸导刊, 2007 (6) :16.
[3]何人可.工业设计史[M].北京:北京理工大学出版社, 2000.
[4]人机交互的进化与未来[J].互联网周刊.2014 (3) :56-57.
工业测量 篇6
在我公司进行的660MW汽轮发电机型式试验中的温升试验时出现了如下问题:在短路温升试验时, 温度测量仪器显示的数值无规律的变大或者变小, 数值显示不稳定, 这对试验的测量产生了极大的影响, 导致温度测量数据的不准确, 进而影响了电机的性能分析。
2 原因分析
要想查清的问题的原因, 就要知道什么是温升试验, 以及温升试验是怎么进行的。
2.1 什么是温升试验
要想知道温升试验, 首先要知道温度测量是怎么回事。
温度测量按照测量方法分为接触式和非接触式两类。接触式温度计按工作原理分为膨胀式温度计、电阻式温度计、热电式温度计、膨胀式温度计包括液体、固体膨胀式温度计和压力温度计;电阻式温度计包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计;热电式温度计包括热电偶和P-N结温度计。
大型工业电机一般选择在电机定子的铁芯和绕组埋设接触式元件, 接触式测温是温度敏感元件与被测对象接触, 经过换热后两者温度相等。常用的有两种:热电阻和热电偶。
2.1.1 热电阻测温原理及材料
热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。
热电阻大都由纯金属材料制成, 目前应用最多的是铂和铜, 此外, 现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。
2.1.2 热电阻测温系统的组成
热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。必须注意以下两点:
(1) 热电阻和显示仪表的分度号必须一致。
(2) 为了消除连接导线电阻变化的影响, 必须采用三线制接法。
a与b和a与c测量的是整个电阻回路的电阻, 而b与c则测量的是电阻回路的连接导线的线电阻, a、b、c三根导线的线电阻一致大小, 通过仪器减去测量线路的线电阻, 从而得到真实的电阻值, 进而得到温度值。
2.1.3 热电偶测温基本原理及材料
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来, 构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时, 两者之间便产生电动势, 因而在回路中形成一个大小的电流, 这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。热电偶的材料一般都比较贵重。
2.1.4 热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。
标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶, 它有与其配套的显示仪表可供选用。
非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶, 一般也没有统一的分度表, 主要用于某些特殊场合的测量。
2.1.5 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一, 其优点如下
(1) 测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触, 不受中间介质的影响。
(2) 测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量, 某些特殊热电偶最低可测到-269℃ (如金铁镍铬) , 最高可达+2800℃ (如钨-铼) 。
(3) 构造简单, 使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成, 而且不受大小和开头的限制, 外有保护套管, 用起来非常方便。
国内企业一般选用热电阻, 国外企业选用热电偶多些。而现在国内大型工业电机最常用的就是铂电阻 (Pt100) , 它是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高, 性能稳定。而去铂热电阻的测量精确度在热电阻中是最高的, 它不仅广泛应用于工业测温, 而且被制成标准的基准仪。我公司的这台660MW汽轮发电机的检温元件选用的就是铂电阻 (Pt100) 。
了解了温度测量的原理, 才能知道温升试验的试验过程和试验目的。在现在大型工业电机出厂前的试验中, 一个比较重要的试验就是温升试验。温升试验简单来说, 就是在电机冷却循环装置全开, 电机在空载或短路等不同工况下进行的测量定子绕组和定子铁芯温度升高的试验, 考核电机在不同工况下的通风和冷却情况, 也就是电机在复杂的现场能否长期运行。
2.2 如何进行温升试验
温升试验由试验前的准备、试验和试验后的数据整理构成。
2.2.1 试验前的准备
试验前的准备包括测温系统的连接和调试。测温系统由测温对象和测量仪器及其连接导线组成。
发电机机组测温对象为发电机定子绕组、定子铁芯、定子一次水、定子二次水、主轴承瓦、主轴承进回油、密封瓦进回油等的温度。
测量仪器选择的是日本横河公司生产的MW100, 它由现场安装的就地测量柜和远程监控的微机两部分组成, 就地柜的数据采集模块通过以太网与微机相连, 进行数据通讯与操作控制, 使用测量导线通过就地柜的端子排与电机的温度测量输出端子相连, 可以同时采集、显示320点温度测量点且远程监控可通过微机编辑输出报告。
用连接导线将电机和测量仪器连接好后, 将每个热电阻的分度号和仪表的显示类型调整一致, 设置采集速率为10s, 并将产品电机的测量点与仪器的采集器的编号对应正确。
2.2.2 进行温升试验
仪器设置好之后, 就可以进行温升试验了, 温升试验一般包括空载温升试验, 短路温升试验。
空载温升试验就是在电机额定转速、额定电压、电枢绕组开路、无负载的工况下进行的绕组温度升高测量的试验。
而短路温升试验就是在电机额定转速、电枢绕组短路、额定励磁电流的工况下进行的绕组温度升高测量的试验。
拖动机拖动产品电机达到指定工况, 开始温升试验, 产品电机在开始的几个小时温度上升的会比较快, 时时监控, 每半小时按照温升标准比对, 温升试验的标准是每个小时内定子绕组和铁芯的温度上升不超过2℃, 直到定子绕组和铁芯达到热稳态平衡, 且符合标准, 结束温升试验。
2.3 温升试验后的数据整理
温升试验后, 对采集的数据进行整理, 以半小时为间隔提供温度测量的数据。
3 分析处理
分析问题的原因, 在空载温升试验时没有出现温度跳变的现象, 而在短路温升试验时出现温度跳变的现象, 这表明短路温升试验的大电流辐射对温度测量产生了影响, 导致温度测量出现了偏差。那么大电流辐射为什么会对温度测量产生了影响呢?从现场试验的测试设备构成发现:试验的测量回路采用的是普通的三芯铜导线, 而大电流对导线的电阻产生了影响, 导致电阻值增大且无规律, 进而对热电阻的测量产生了偏差, 这表明有不同频率的磁场对测量系统产生了干扰。如何解决呢?那么就要消除试验电流的温度测量系统的干扰, 在现场试验电流对温度测量系统干扰最大的就是测量线路, 只要消除了试验电流对测量线路的干扰, 就能极大的提高测量精度, 因此测量导线须选择同一规格、三芯屏蔽多股导线, 且屏蔽线接地, 材质以柔韧为好。而测量的仪器则要屏蔽工况频率以下的所有测量频率, 以减少非工况频率对温度测量的影响。
工业测量 篇7
一、工业测量系统的定向解算
工业测量系统的定向解算, 即是通过对定向观测值进行平差计算, 解算出各测站的空间位置及其姿态角 (称为测站参数) 。上述测站参数需要在一个统一的坐标系下来表述, 在工业测量系统中称该统一坐标系为“测量坐标系”, 其定义由软件设计人员自由定义或依据实际情况定义, 其X O Y平面一般为第一台仪器的度盘平面, 将其称为“水平面”, 它是否真正水平取决于第一台仪器是否严格水平。测站参数包括位置参数Xi, Yi, Zi和姿态参数Rxi, Ryi, Rzi, 实际上每一个测站形成了一个坐标系, 称“测站坐标系”, 一般定义为:原点为该台仪器的三轴中心, X轴正向为该仪器的零度盘方向在其度盘平面上的投影, Z轴为该仪器的竖轴方向, 向上为正向, 按右手规则确定Y轴。因此, 定向解算的目的实际上是求解各测站坐标系与测量坐标系的关系, 包括平移参数 (仪器位置参数) 和旋转参数 (姿态参数) 。旋转参数R xi, R yi反映了每台仪器度盘平面相对于“水平面”的倾斜状况。
二、补偿功能开或关与测站参数解算的关系
一般情况下通过脚螺旋整平仪器的办法不可能使仪器严格水平。由于仪器都带有电子补偿功能, 因此当仪器倾斜在一定范围内 (一般小于3′) 且打开了仪器的电子补偿功能时, 可以通过电子补偿得到仪器在水平状态下的水平角和垂直角, 此时相当于仪器是严格水平时测得的水平角和垂直角。
因此, 当打开各台仪器的电子补偿功能时, 认为仪器是严格水平的, 在定向解算过程中应固定旋转参数Rxi, Ryi为零, 也即强制仪器水平, 用带有条件的参数平差进行解算。相反关闭各台仪器的电子补偿功能时, 定向解算中则不应强制仪器水平。
当多台仪器中有部分仪器打开或关闭补偿功能时, 由前面测量坐标系X O Y平面的定义, 其他仪器是否“水平”实际上是相对于第一台仪器而言的, 因此第一台仪器补偿功能是否打开很重要。如果第一台仪器补偿功能打开, 也即第一台仪器严格水平, 则其他某台仪器补偿功能打开时, 解算中应强制该台仪器水平, 相反某台仪器补偿功能关闭时, 解算中应不强制该台仪器水平。如果第一台仪器补偿功能关闭, 也即第一台仪器未严格水平, 则无论其他某台仪器补偿功能是否打开, 解算中都不应强制该台仪器水平。
综上所述, 从定向解算是否要求强制仪器水平的角度来看, 如果要强制仪器水平, 则必须打开第一台仪器和所强制仪器的补偿功能。如果不要求强制仪器水平, 则建议关闭仪器的补偿功能, 仪器的倾斜参数可以通过定向观测和解算来准确求得。
三、不同测量条件下补偿功能的开或关
当仪器的补偿功能打开时, 经补偿改正后的角度
因此当补偿功能打开时, 角度测量误差除电子度盘传感器测量误差外, 还包含垂直轴倾斜测量误差, 尤其在俯仰角很大的情况下 (在工业测量中常常遇到) , 该项误差影响更明显;而补偿功能关闭时, 则不包含垂直轴倾斜测量误差。所以关闭补偿功能有利于提高角度测量精度 (当然此时的水平角和天顶距是以度盘平面为基准的, 不以水平面为基准) , 而仪器倾斜参数通过定向观测和解算求得。
在进行实际测量中, 如果测量环境较好, 如没有振动、没有较大环境条件变化, 在较长的测量时间内仪器处于稳定状态 (仪器倾斜姿态不发生变化) , 建议关闭仪器的补偿功能。但当测量条件较差, 如有振动或仪器不均匀受热等因素, 经过较长测量时间, 仪器的倾斜状态将会发生变化, 此时建议打开仪器的补偿功能, 可以通过电子补偿, 始终保持仪器的水平状态。
四、实验数据
我们在实验室内测量环境稳定的条件下进行了三组数据测试实验 (实验中采用三台仪器构成系统) 。第一组实验, 仪器未整平 (倾斜量约30秒) , 补偿功能关闭;第二组实验, 仪器未整平 (倾斜状态与第一组同) , 补偿功能打开;第三组实验, 仪器精确整平 (倾斜量小于2秒) , 补偿功能打开;三组实验中, 仪器未搬动位置。每组实验定向完成后, 分别测量了五个点 (三组实验中该五点完全相同) 和四个基准尺位置 (三组实验中该四个位置基本相同) , 表1、2为误差统计结果。表1分别对三组实验中所测量的五个点的点位误差进行统计。
从表1误差比较可以看出, 当补偿功能打开时, 无论仪器是否精确整平, 测量的点位误差相当, 而补偿功能关闭时, 点位误差略小于补偿功能打开的情况。因此, 在稳定的测量环境下, 关闭补偿功能有利于提高测量精度。
对于测量的四个基准尺位置, 每一个位置测量了基准尺的两个端点, 可以计算该两端点的空间距离, 同时基准尺长度是已知的, 表2列出了各组实验中, 计算的空间距离与已知基准尺长度的差值 (绝对值) , 该差值的大小一定程度上也反映了点测量误差。
上表2数据也表明, 补偿功能关闭时, 点测量精度较高。
综上所述, 当测量环境稳定的情况下, 关闭补偿功能有利于提高测量精度, 建议关闭仪器的补偿功能。而在不很稳定的测量条件下, 建议打开仪器的补偿功能, 可以始终保持仪器输出水平状态下的角度观测值。而在定向解算中, 需要正确处理好强制仪器水平与补偿功能开或关的关系, 从而保证高精度地获取测量结果。
参考文献
人体测量在服装工业中的应用 篇8
1. 人体测量学的发展
1.1 手工测量中的常见问题
传统的人体测量方法主要采用软尺、测高计、滑动计等手工工具, 但由于人体为弹性活体, 真实尺寸很难通过常规测量获得。不同的测量人员对同一被测者同一被测部位所测得的尺寸差异较大。
1.2 三维人体测量技术
人体测量是服装设计和生产中重要的基础性工作。人体形状为复杂的曲面, 要对其进行精确的测量并获得全面细致的人体数据是很困难的。利用三维人体测量仪可以大大提高测量的精度, 其可分为接触式和非接触式两种。
2. 人体测量在服装领域中的应用
在服装业中, 作为服装人体工学重要分支的人体计测是服装生产、科研和教学必不可少的一个环节, 在服装业中占据着不可忽视的地位。
2.1 人体测量与数字化量身定制
随着社会的进步和人们生活水平的提高, 消费者服装穿着品位也在不断提高, 人们对服装合体程度要求越来越高, 工业化成衣尺寸合体性和舒适性远远不能满足消费人群的需要, 尤其是特殊尺寸的人体。量身定制即对不同形体进行量身定做, 是服装行业前景广阔的领域之一, 它是一种完全以顾客为中心的服装生产制作系统, 一种高自动化的生产方式。
2.2 人体测量与服装生产的合体性
无论是服装批量生产商还是个体制作者, 要生产出舒适合体的服装, 都必须以对目标消费者的人体计测为基础, 从而适合人体的生长、静态或日常运动时的变化。服装设计师在运用这些已测量的人体尺寸时, 应将其作为设计依据, 并在其基础上进行修正, 从而达到穿着上的合体和视觉上的美观。
2.3 人体测量与服装用标准人体模型的研制
服装用标准人体模型, 是在一定的人体测量数据的统计处理与体形分析的基础上制作的, 对群体体形特征具有高度代表性, 能代替真人在一定场合使用的生产实验工具。
2.4 人体测量与服装规格标准的制定
服装号型国家标准是根据服装生产需要在人体计测基础上建立的人体尺寸系统, 是服装工业重要的基础标准和编制各类服装规格的依据。目前一次人体信息数据库统计了我国北方、华东和西南地区1350个成年男性各项身体数据后表明:中国男性体型趋向高大、强壮, 华东地区成年男子10年来平均身高从170.02厘米增至171.77厘米、长高1.75厘米便是明证。体型明显变化了, 10多年前的服装号型标准自然需要改进。为此, 东华大学服装设计和工程系研究人员建议, 把原来国家标准的4种号型 (Y、A、B、C, 即瘦体、标准体、稍胖体和肥胖体) , 进一步细化成7种号型 (Y、YA、A、AB、B、BC、C, 依次为瘦体、偏瘦体、标准体、稍胖体、胖体、偏肥胖体和肥胖体) 。为了对服装用人体尺寸和服装号型进行及时的补充和修订, 使制作出来的服装穿着时能够最好地起到修饰体型和体现人体美的作用, 需要进行大量的人体测量工作。
2.5 人体测量与国民体型原型的研究
原形法是服装结构设计方法之一, 它是以人体主要控制部位的净体尺寸为依据, 绘制具有服装基本结构的原形, 然后再根据具体款式的特点, 在原形的基础上加放、剪切、转省、展开等处理, 使之成为所需的服装。原形的本质是将人体上半身由三维立体化转为二维平面化, 它保证了服装结构最基本的合体性。目前, 我国尚无适合本国国民体格的原型, 而世界发达国家如英、法、美、日等都早已形成较成熟的原型技术, 并根据风格的不同形成各种流派, 在其服装设计和生产中起着重要作用。要建立适合的原型, 最根本的途径就是首先建立人体体型尺寸的检测系统, 在不同区域进行大量的人体计测, 为我国原型的建立提供数据依据。
2.6 人体测量与服装功能研究分析
在服装教育和科研中, 经常会涉及到服装对人体体表的压迫度、体表温度与透气性关系、伴随运动产生的体型变化及皮肤的伸缩、偏位等方面的研究, 这就需要合理的处理服装的放松量。放松量是人体之间的空隙, 影响着服装造型及设计理论的建立, 因此必须进行精确的人体数据测量对放松量进行合理控制。
3. 结语
由于我国地广人多, 进行大范围的人体计测并非易事, 需要耗费大量的人力物力和财力, 因此限制了国家和服装企业对人体计测的操作, 也限制了企业对人体计测结果的应用, 从而造成我国相当一部分服装的结构设计缺乏对人体的理解以及对整体造型均衡感的把握, 制作出来的服装穿着时不能最好地起到修饰体型和体现人体美的作用。因此, 我国必须多方面加强服装人体测量技术的发展, 加强服装行业对人体计测的重视和对人体计测的规范化, 建立动态的人体计测体系, 成立大型的人体计测数据库, 以利于计测信息和研究结果的传播、以人体计测数据为服装细部规格设计基础, 提高我国服装业科技含量、整体档次和质量水平, 以适应国际服装市场的发展。
参考文献
[1].徐军, 陶开山.人体工程学[M].中国纺织出版社, 2002.11.
[2].戴鸿.服装号型标准及其应用[M].中国纺织出版社, 2001.8.
[3].李明菊.基于人体测量技术的服装定制工业化生产[J].中国纺织大学学报, 2000 (8) :107-109.
软测量技术在工业上的实施探讨 篇9
软测量技术是一门有广阔发展前景的新兴工业技术。对其研究已经历了从线性到非线性,静态到动态,无校正功能到有校正功能,随着它在理论研究和实践中的不断完善和发展必将成为工业控制舞台上的重要角色,并将取得令人满意的经济和社会效果。可靠的软仪表可以避免昂贵的硬件设备费用,这对开发适合中国国情的控制系统具有特殊的意义。
1 软测量技术
传统测量技术通常是建立在传感器等硬件基础上,而软测量技术则是建立在数学模型的基础上通过状态估计的方法对无法在线测量的参数进行在线估计。软测量的基本思路是:根据某种最优准则,选择一组既与主导变量(Primary Variable即待测变量或待估变量)有密切联系而又容易测量的变量,称为辅导变量(secondary Variable,又称二次变量),通过构造某种数学关系,用计算软件实现对主导变量的估计。
考察图1所示的过程对象输入/输出关系。其中y代表主导变量,θ代表辅导变量,d和μ分别表示可测的干扰和控制变量。软测量的目的就是利用所有可获得的信息求取主导变量的“最佳”估计值,即构造从可测信息集θ赞到y赞的映射。特别地,由偏差变量表示的线性软仪表可以写成:3
从原则上讲,可测信息集θ赞包括所有的可测主导变量y(主导变量y中的部分可能是可测的),辅助变量θ,控制变量μ和可测干扰d。在这样的框架结构下,软仪表的性能,即y的性能,将依赖于过程的描述,噪声和扰动的特性,辅助变量的选取以及“最佳”的含义(即给定某种准则)。
根据上述,建立软仪表就是构造一个数学模型,是一种强调通过θ求得y的估计值,并且在许多建立软仪表的方法中要以一般意义下的数学模型为基础。软测量仪表除了能“测量”主导变量,还可以估计一些反映过程特性的工艺参数,如精馏塔的塔板效率,反应速度和催化剂的活性等。
在工业过程中,许多系统的输出不能及时测量。如果通过历史测量和分析数据建立准确的过程模型,就可以将系统的输出实时地反映出来。这种由工业过程输入值通过估计器(软件模件)实时得到系统输出的方法也称为软测量技术。
2 软测量仪表的开发
2.1 软测量仪表的开发流程
软仪表的开发过程遵循所有设计实践工作的一般规律,根据设计方法学对设计进程的研究,软仪表的开发过程可分为明确任务、方案设计、具体实践、验收总结等四个阶段。
2.1.1 明确任务
整体了解控制系统的组成,明确软仪表测量对象的边界,分析测量对象的内外影响因素,明确软仪表工作环境条件,测量精度要求,完成时间,了解系统涉及到的有关物理量软仪表输出的使用对象,以及国内外该领域软仪表的研究应用情况等,即预先明确用户需求及测量对象特征,并从此为出发点来开发软仪表。如对于筛料干点软仪表,目的是要对常压塔二线产品(筛料)的质量指标(干点)进行在线估计,该软仪表要在HONEYWELL的TDC-3000的DCS上实施,筛料干点的质量指标要求控制在290~300℃,所以要求软测量仪表的误差不超过4℃,影响筛料干点的质量指标的主要因素是常压塔的操作条件。
2.1.2 方案设计
软仪表软件是否能够开发出来本阶段起着至关重要的作用。方案设计就是在明确任务的基础上,深入分析研究对象的机理,了解与其相关的参数,特别是在选择数学模型结构、辅助变量与测量点时,要尽可能多的制定出与在线校正方法相关的候选方案。将各方案组合后,根据可实现性、经济性、可靠性等准则优化后确定总的实施方案。
软仪表模型是软仪表设计的核心,有线性模型,非线性模型和智能模型等多种类型。线性模型指输出变量和输入变量之间为线性关系,可以用Brosillow估计器构造或自适应方法建立,非线性模型指输出变量和输入变量之间为非线性关系,可以用统计回归、模式识别或机理建模等方法得到的。智能软仪表模型包括模糊模型的和人工神经元网络型等多种形式,其优点是可以较好地逼近非线性特性,尤其适用于复杂、难以精确描述的系统。其中人工神经元网络模型具有较强的自学能力,但网络的适用性与训练方法好坏及训练样本数量及其分布的特性依赖很大。
2.1.3 具体实施
本阶段是软仪表设计方案的具体实现过程,包括确定系统硬件组成、现场实验、数据处理以及软仪表调试等几个方面,该阶段应对软仪表的各个组成部分进行结构和成本优化,以便经济而且可靠地实现软仪表的设计目标,该阶段同时要确定软仪表所涉及的所有技术参数,精度等级等。这一阶段工作也是一个现场调试的过程,可能会在实施中发现新问题,如属于模型系数修正等小的变动,可能在局部工作范围内加以调整。
对于筛料干点的软仪表的实施,方案很多,可在后述的各种方案中选择一种合适的方案。
2.1.4 验收总结
整理出技术文档并组织验收,技术文档包括软仪表开发文件,调试文件,校验文件,程序流程图和说明书,软仪表操作,使用文件等。
2.2 蒸馏装置的DCS简介
蒸馏装置(CDU)和该厂的一套催化装置(FCCU)由气动单元组合仪表直接改造为HONEYWELL的DCS系统,93年订货,94年正式投用,该DCS系统采用当时最先进的LCN/UCN/APM系统,软件版本为R410。该套DCS由三层网络构成,第一层为LCN(LOCIAL CONTROL NETWORK)网,在该网络上共有19个节点,其中蒸馏装置有4台万能操作站(US,UNIVERSALORKSTATION),2个冗余的网络接口模件(NIM,NETWORKINTERFACE MODULE),还有一个历史模件(HM41,HARDWAREDISK MODULE),而催化装置则有6台操作站,1个工程师站(USX),2个冗余的网络接口模件(NIM),一个计算机网络接口模件(PCNM,PERSONAL COMPER NETWORK MODULE),也有一个历史模件(HM43),CDU的LCN通过1250米光缆与FCCU的LCN相连,构成一条大的LCN网。
第二层是UCN(UNIVERSAL CONTROL NETWORK)网,由两对冗余的NIM和五对冗余的APM(ADVANTIED PROGRESS MANGER)组成,其作用是完成过程数据的采集与控制。CDU与FCCU的大部份现场仪表采用HONEYWELL的智能变送器,使DCS与变送器之间实现数字通讯。
第三层网是以太网(ETN,ETHER NETWORK),其作用是将LCN网上的数据传送到个人计算机上。通过1500米光缆,利用FCCU的PCNM,将两套装置的生产过程数据及时地送到总厂调度室。USX是基于UNIX操作系统的工程师站,它可将LCN上的数据实时地送到PC机上。
3 软测量的实施方案探讨
针对用不同方法建模的软测量以及模型的复杂程度,可使用不同的建模方法。
3.1 若软测量模型是基于多元线性回归的方法建立,若二次变量的个数较少,模型比较简单,则实施起来很方便,在一般的单回路调节器上就可以实现(如兰炼乙表产的FC系列PMK调节器),用DCS实现就更简单了,只需在APM内建立简单的计算点即可。
3.2 若基于回归模型建立的软测量二次变量的个数较多,且要进行输入数据的处理,特别是使用到非线性回归时,用常规仪表就难以实现,此时要用DCS来实施,如对于蒸馏装置的TDC-3000系统,可使用APM/CL或AM/CL来实现,用CL(CONTROL LANGUAGE)来编制程序,把软测量模型移植到APM或AM中。
3.3 对于用神经元网络建立的软测量模型,不管是基于BP算法还是RBF算法,只要模型不是太复杂,隐层单元个数不是太多,都可以用APM/CL或AM/CL来实现,但若隐层单元数很多,计算很复杂,则用这种方法工作量很大,另外,若需要修改模型的结构或修改模型的权值参数,则需要重新编制CL语言程序,修改很麻烦。
3.4 对于复杂的神经元软测量模型,最好的方法就是将LCN网络上的过程数据通过以太网送到PC机上,基于PC机上的MATLAB软件平台和神经元网络软件包,在PC机上实现模型的计算,这种方法很容易实施模型的修改。在这套DCS中,有两种方法可将过程数据送到PC机上,一是通过PCNM模件,将LCN的数据送到以太网上(实时数据和历史数据均可),另一种方法是利用USX,将LCN的数据送到以太网上(实时数据和历史数据均可),但这种方案也有一个缺点,由于数据是单向传输,即只能由LCN到PC机,而反方向不能传输,因此,要使干点的估计值在DCS上显示,则需要将PC机上的计算结果通过一个触发电路变成一个4~20MA的DC电流信号或1~5V的DC电压信号,然后再送到DCS的模拟输入卡上。
3.5 若是基于主元分析方法建立的软测量模型,由于用CL语言无法实现矩阵的运算(如求特征根值),也必须将过程数据送到PC机上实现软测量的计算。
4 软测量在工业上实施时要注意的问题
4.1若是采用神经元网络建模,要注意输入的训练数据的代表性和广泛性。神经网络是靠过去的例子,也就是已获得的数据,经过学习和训练来解决问题的,只有过去的经验数据越丰富,越全面,训练过的网络性能才会越好,因此,训练数据应尽可能包含问题的全部模式,尽可能用正交设计方法来获得足够的数据来训练网络。所有的数据应尽可能独立而没有相关关系。另外,还应适当考虑随机噪声的影响,在设计训练数据组时,要将可能出现的噪声考虑进去。
4.2在设计训练样本时,要避免人为因素的干扰,有时网络设计者偏重于某一数据区,在设计训练样本时,若将样本的模型集中于某一区域,则训练样本的网络对这一区域的预测可达到很高的精度,但网络投用后,会发现网络对其它区域的预测精度很低,这是由于训练样本受人为因素的干扰而没有能包括全部可能的模式。
4.3软测量仪表采用DCS的数据时,由于实时数据更新较快(一般更新时间是1秒),即使采用历史数据,更新时间也只有一分钟,这样输入数据很容易受随机噪声的干扰,为了使二次变量和估计值更平滑,实施中可以将前15组数据(每分钟一组)取平均后再作为二次变量的输入。
摘要：本文以某炼油厂蒸馏装置为例,论述软测量在工业上实施的步骤,探讨在TDC-3000上实施的几种方案和软测量在实施中应注意的几个问题。
关键词：软测量,在线测量,方案
参考文献
[1]赖惠鸽,朱学军,俞金寿.基于智能算法的污水处理软测量技术及其展望.化工自动化及仪表,2011-03-10.
[2]徐方舟.污水处理控制系统设计及其软测量的研究.江南大学,2011(,4).
[3]黄道平,刘乙奇,李艳.软测量在污水处理过程中的研究与应用.化工学报,2011,(1).