在线测量技术（精选10篇）
在线测量技术 篇1
1 油浸式变压器
为了能使电能的传输更加有效, 电力输送采用高压输电方式, 但而高压电危险性较高, 日常生活会危及到人们的生命安全, 为了满足人们的用电需求, 必须采用变压器进行降压处理。
油浸式变压器适用于50、60赫兹的交流电, 其主要功能是将10k V、6k V或3.5k V的网络电压调配至适合工矿企业以及民用建筑使用的400V或230V母线电压。油浸式变压器在室内外皆可使用, 人们日常于电线杆上看到的可能就是容量为315k VA变压器。油浸式变压器对温度的要求较高, 其环境温度必须介于-25℃与40℃之间, 最高温度为日均30℃、年均20摄氏度。变压器所处环境湿度不得高于90%, 所处海拔高度必须低于1 k m。
油浸式变压器的主要结构有油箱、绕组和绝缘结构。油箱内盛有满满的变压器油, 变压器身浸于其中。变压器的核心部件是绕组和铁芯, 电流通过绕组进行转变和传输。变压器的绝缘结构是油纸, 温度过高会加速油纸的老化进程, 绝缘老化将会造成绕组发生匝间短路。
2 基本测量方法
2.1 直接测量法
直接测量法的操作非常直接, 在变压器的绕组内埋入众多的传感器, 通过传感器获知变压器的内部温度。这种方法的精确度随埋入点的数量增加而越加精准, 但缺点是成本高、维护技术有难度[1]。
2.2 光纤光栅法
这种方法是近年来兴起的引起广泛关注的测量方法, 其工作原理是利用光纤材料对光线的敏感性, 将直射到纤芯的紫外光反射或透射到滤波器上。这种方法的优点是对电磁干扰具有极为强大的抵抗能力, 且光线材料可以抵御外部介质的腐蚀, 具有非常优良的绝缘性能;缺点是造价成本高, 工艺难度高, 现场维护难度高, 因此难以普及使用。
2.3 热模拟测量法
热模拟测量法并非直接的测量, 而是通过模拟绕组与变压器油之间的温度差来测量变压器的温升平均值。其工作原理是加热电流流经一个电热元件, 产生了附加升温, 再使用电流匹配器进行调节, 使所升高的温度恰好与绕组油的温差相同。这种方法的缺点是受外界环境影响较大, 必须在规定的环境条件下进行测量。并且, 这种方法只能模拟平均温升, 而无法获知最高温度。另外, 电流回路还会增加设备维护的难度, 安全措施难以做好。
2.4 间接计算法
这种方法需要获知几种变压器其绕组的热点温度, 通过套入公式来间接计算需要测量的变压器的温度。这种计算方法的模型有三种, 分别基于技术标准、热路和热阻。这种方法的优点是计算结果准确, 实用性非常强。
3 在线测量技术的优越性
上文中提到, 直接测量法成本高昂且结果不精准, 光纤光栅法结果精准, 但成本高昂, 而热模拟法虽然在日德等许多国家都有应用, 但理论分析与实际情况有着巨大差别, 导致了测量结果的较大偏差。仅间接计算法按照《油浸式变压器负载导则》中提到的计算公式[2], 可以较准确地计算出变压器的热点温度。间接计算法经济实用、操作简便的优越性使其在变压器测温方面得到了广泛应用。由于间接计算法要通过几种变压器来间接获得最终结果, 计算过程耗费时间较长, 对计算机运算能力要求极高, 待结果得出后向有关部门反应, 有关部门再派出维护人员进行维修, 这使得间接计算法暴露出一个非常明显的缺点——计算复杂、反应不及时。
为此, 业界许多研究人员对变压器的温度测量方法进行了深入的研究, 目前已经取得了一定的研究成果, 制作出一种在线监测仪器。这种仪器基于负载导则, 模型依循旧版导则的简单计算公式, 受到外界影响的可能非常小, 结果的精确度非常高。由于计算公式涉及到的温度是稳态温度, 不必考虑不同时间段温度的变化会对最终结果造成影响。在线监测仪器内置GPRS模块, 可以与距离较远的变电站实现远程监测与控制。
4 在线测量系统
4.1 在线测量系统的工作原理
在线测量系统包括上位机、下位机、传感器和变压器本身。电力人员在油浸式变压器内安装在线监测仪器, 在线监测仪器包括N个温度传感器, 传感器在变压器温度上升时通过下位机中内置的GPRS模块将信息传送至变电站的控制中心, 变电站的工作人员通过上位机获得变压器的温变信息, 可以及时快速地安排人员前去维护。
下位机的主要部件有温度传感器与单片机处理单元。下位机在变压器上只需安置五个检测点, 即可对变压器的底部、油面、顶部、箱体以及环境五处温度进行及时的监测。下位机内置微处理器, 与传感器相连, 通过液晶屏显示即时温度。五处检测点, 有任何一点的温度值超过内置的温度标准, 将会引发微处理器发生报警信息。下位机通过内置的GPRS模块将信息传输至变电站内的上位机, 上位机内的相关软件通过代码编译, 迅速显示出工作人员可以理解的曲线和数据结果, 并作出音像报警和故障分析。
4.2 硬件
4.2.1 下位机
下位机的温度传感器通常为产自美国Dallas公司的DS18-B20半导体, 微处理器一般为Atmel公司生产的AT89-S52。这种微处理器的串口可以跨越较远的距离, 与GPRS模块进行数据传输。YM-12684液晶屏可以显示温度信息与故障代码。温度传感器通过屏蔽双绞线将温度信号传送至单片机中, 鉴于屏蔽双绞线的特性, 有效距离最多为50m。
4.2.2 GPRS模块
GPRS模块是远距离无线通信的核心, 通过TCP/IP协议, 数据可以畅通到达终端设备处。
4.3 软件
4.3.1 通信协议
在线测量系统的通信协议就是上文所提到的TCP/IP协议, AT指令集也能支持。
4.3.2 上位机和下位机软件
上位机的软件可以借助GPRS模块查询到来自下位机的变压器温度信息, 并显示温变数据、绘制温度曲线、打印温度报表、做出音像报警、记录故障信息、分析故障原因。下位机的软件依托于C语言指令, 循环读取各个端口的温度信息, 依照内置命令完成监控、报警功能。
5 结语
该文对油浸式变压器的工作原理、降温必要性、测温方法做了简单的分析, 并以此对油浸式变压器的温度在线测量系统做了分析和阐述, 点明其系统结构和工作原理, 希望对油浸式变压器温度的在线测量和电力部门的及时抢修提供参考意见。
摘要：油浸式变压器的主要结构就是绕组和绝缘结构。油浸式变压器对环境温度具有非常严格的要求, 若温度不符合要求将会影响到变压器性能的发挥, 过高或过低的温度都会使变压器发生故障。该文以油浸式变压器的温度测量为切入点, 阐述了在线技术如何对变压器温度进行监测, 以避免因温度过高而造成变压器损坏。
关键词：高压电,油浸式变压器,温度测试,在线测量技术
参考文献
[1]杨文琛, 毕露月.油浸式变压器绕组温度的测量方法研究[J].机电信息, 2014 (24) :98-99.
[2]高鹏, 杨亚奇, 米康民.变压器绕组热点温度在线测量的研究[J].山西电力, 2013 (2) :31-33.
在线测量技术 篇2
摘要：在线形工程测量中，应用GPS测绘技术不但精度有保证，而且方便、快捷，节省人力物力，本文在诉述GPS测绘技术在线形工程测量应用中GPS控制网的布设、外业测、内业差处理的同时，也阐述了各过程易出现的问题及处理方法。
关键词：GPS；长线测量；测绘
随着测绘技术的发展，GPS测绘技术已广泛应用于线形工程的方方面面，如道路、管线、长距离输水、电、气、油管路勘测等，以前按传统的控制测量、工程测量控制方法建网观测，工作量大、测绘时间长、效率低，同时在网形布设、观测方法、误差控制等方面都存在一定的问题，再加上线路狭长，周围控制点少，给测绘工作带来不便。线形工程中利用GPS测绘技术较好地解决了上述问题。1 GPS线路控制网的布设特点
用GPS技术分级建立线路控制网，线形工程长达数百千米，甚至上千千米，利用GPS技术能很好地解决这一问题，因为其布网形式灵活，与国家高等级点联测时，其边长不受限制，点间又不要求通视。控制网呈狭长状布设，每个闭合环至少含一条数千米的长边，与相邻互相通视的短边点相连，形成混合网。其网图采用分级布网，具有较高的精度及较高的可靠性，同时保证同级网点精度均匀。另外，高等级控制网统一布设，为次级加密测距导线提供高等级的控制点。2 GPS线路控制网的布设形式 2.1 线路控制网
线路控制网是由多个边连式、点连式基线形成的异步环构成的混合网。规范规定，每个独立环或附合路线不超过6条边（C级平均边长10~15 km，D级5~10 km），并与国家高等级点联测。2.2 GPS线路导线
（1）选点灵活，点位基础坚实稳定，便于安置仪器操作，便于布设通视方向，并能用常规方法扩展与联测。（2）相邻点不必都通视，只要有1对相邻点通视即可。
（3）每条GPS基线向量连同高一级GPS网点的基线向量，构成异步环作以检核。
（4）线路过长时，若跨多个投影带，可在分带交界附近布设一对互相通视的GPS点与国家控制点相连，以使测区内投影长度变形不大于2·5 cm/km。
（5）GPS控制网与附近高等级国家平面控制网点联测点不应少于3个。当控制网边长过长时，宜增加联测点，并使联测点分布均匀且能控制本控制网。
（6）低等级线路测量自成系统，不与国家高等级点联测时，其布网方式更加灵活，可采用网（1）作业组严格按调度计划，按规定时间进行同步观测。
（2）接收机启动前和作业过程中，应随时填写测量平差手簿中的项目、格式及内容。①接收机记录后，观测员及时将测站信息记录于手簿，发现异常，及时报告调度人员，采取相应措施；②接收机记录后，禁止人员或其他物体触动天线或遮挡信号，引起信号失锁；③观测期间，不得在天线附近50 m内使用电台，10 m内使用对讲机及手机以免干扰；④同一时段观测过程中，不能将接收机关闭又启动，进行自测试、改变卫星仰角限、改变天线位置、变换数据采样间隔，更不能关闭文件或删除文件等；⑤避免多路径效应误差，测站应远离大面积平静的水面（水面能反射卫星信号），测站不宜选在山坡、山谷及盆地中，测站宜远离高大建筑物（阻碍卫星信号）、高压输电线及发射台（塔）等电磁场干扰的地方。3 外业观测应注意的问题 3.1 观测计划线路控制网
编制观测计划表，对作业组按计划表下达作业调度命令。在实际作业中根据情况作出调整，做到统一指挥，协调作业，发现问题，及时解决。3.2 对观测员的要求
必须熟练掌握GPS接收机性能及作业过程，并能处理外业观测中可能出现的问题。
3.3 观测作业过程要求
测量平差手簿中的项目、格式及内容。①接收机记录后，观测员及时将测站信息记录于手簿，发现异常，及时报告调度人员，采取相应措施；②接收机记录后，禁止人员或其他物体触动天线或遮挡信号，引起信号失锁；③观测期间，不得在天线附近50 m内使用电台，10 m内使用对讲机，以免干扰；④同一时段观测过程中，不能将接收机关闭又启动，进行自测试、改变卫星仰角限、改变天线位置、变换数据采样间隔，更不能关闭文件或删除文件等；⑤避免多路径效应误差，测站应远离大面积平静的水面（水面能反射卫星信号），测站不宜选在山坡、山谷及盆地中，测站宜远离高大建筑物（阻碍卫星信号）、高压输电线及发射台（塔）等电磁场干扰的地方。4 内业平差优化处理 4.1 GPS控制网的边长精度
GPS网主要用于布设首级平面控制网，每隔数千米布设一对互相通视、边长在500~1 000 m的埋石点，这样形成长短边较悬殊的控制网。为了能有效地检核外业基线成果，网中必须形成符合网形要求、满足规范和等级要求的异步闭合环。尽管基线解算符合要求，因边长过于悬殊（几百米至几十千米），若将长短边一起参与平差，就会降低短边的精度，影响整网的精度（原因是长边系统误差明显大于短边系统误差，长边绝对误差比短边小很多）。4.2 内业平差优化处理
由于上述线路GPS网点位的特点，通过多次实践提出了一个有效的优化处理方法，将平差处理中形成异步环较长的边（10 km以上）只作为检核基线成果的解算，不纳入网平差，这样能提高GPS网点的精度。4.3 基线检验具体过程
（1）同步环闭合差检验。基线所组成的同步环应进行闭合差检验，其闭合差应符合规定：ωx≤n /5σ，ωy≤n /5σ，ωz≤n /5σ，ω≤3n /5σ。其中，ωx、ωy、ωz为坐标分量闭合差；ω为环的全长闭合差；n为闭合环的边数；σ为相应等级规定的精度。
（2）异步环闭合差检验。若干条独立边或采用不同数学模型解算的同步边组成的闭合环，其闭合差应符合规定：ωx≤3nσ，ωy≤3nσ，ωz≤3nσ，ω≤3 3nσ。
（3）重复观测基线边的检验。重复观测的基线边较差应符合规定：ds≤2σ。所有基线解应进行独立环检验，一般情况下网中不得有不参加闭合差检验的基线存在。
（4）优化处理。确定待定点传算路线，在待定点均能解算的情况下，将控制网中形成异步环的较长边删除，再进行自由网平差、三维约束平差、二维约束平差。尽管表面上网型类似支导线，基线边为点连式，但基线已进行过检核，其解算成果还是可靠的。平差作业中异常问题及处理方法
（1）单一基线解算。方差比、均方差、中误差、精度因子符合要求，而同步环坐标分量闭合差超限，数值达2×10-4~4×10-4，说明基线外业观测中存在粗差，通过异步环闭合差检核，人工剔除含有粗差基线边。（查基线详解分析，外业观测中因电信号干扰或其他情况阻挡信号，导致信号失锁，引起周跳，而周跳又没有得到修复引起粗差。）
（2）线路控制网平差。基线解算合格，同步环、异步环检验通过，平差成果中仍有几个点坐标错误。检查外业观测记录及存盘数据文件，发现一个测站点在2个观测时段内赋予了2个测站名，且与以前测站重名，基线边强制平差，产生粗差。修改测站名，重新平差，结果正确。
（3）线路控制网基线边检验。线路控制网中各基线边检验时，利用自由网平差、三维约束平差、二维约束平差成果发现有一点高程错1 m左右，检查基线解算，起算数据及平差过程，没发现异常，检查外业观测记录、测站信息、仪器高时发现有一站仪器高输错1 m，将仪器高更正，重新平差，结果正确。
在线测量技术 篇3
1.涂布、印刷
涂布是指根据各种不同的需要，将糊状聚合物、熔融态聚合物或聚合物熔液涂布于纸、布、塑料薄膜、各种板材或其他各种材料上，制得复合材料（膜）、板或有涂层材料的方法。涂布技术广泛应用于包装领域、光伏、材料处理及各种特种涂层及性能材料的生产领域上。印刷（Printing）是将文字、图画、照片、防伪等原稿经制版、施墨、加压等工序，使油墨转移到纸张、织品、塑料品、皮革等材料表面上，批量复制原稿内容的技术。
从生产工艺角度看，都是将一种可流动的物料，通过某种方法转移到另一个材料的表面上（见图1），而最终产品的质量就和这种物料的流动性，也就是流变性有关，行业内往往用黏度来表征。
2.涂布、印刷中的黏度
当进行涂布C o a t i n g、喷涂Spray、印刷Printing、施胶Sizing、点胶Dispensing、裹浆Wrapping等过程时，往往需要先进行物料的黏度测量和控制，物料黏度的不稳定或流变特性的问题会影响完成该过程之后的产品质量，譬如涂层的厚薄、均匀性、收缩性、色彩的一致和均匀性、黏合性等，甚至影响产品的最终质量，像光电转换率、黏合力等。
在生产中，很多厂家为了提高生产效率和产量，不断提高设备的运转速度，加快零部件在生产线上的通过速度，而忽视了这种变化导致所用物料的流变特性也发生了相应的改变，最终影响产品的品质。
很多人认为物料的黏度是一成不变的，用黏度计测得的物料黏度在任何情况下是不变的，即使是有些测量触变指数TI的客户，对该测量方法的真正含义也不是十分清楚，往往认为在提高设备运转速度的过程中，不需要对物料的流变性进行调整或改进，其主要原因是对物料的流变特性缺乏全面的了解。
流体分为牛顿流体和非牛顿流体，牛顿流体是指流体的黏度不随剪切率条件变化而变化，换一句话说，如果是用同样的测量方法和仪器，在不同的转速下测量，黏度是不变的；而非牛顿流体是指流体的黏度随着剪切率条件变化而变化。见图2、3、4。
在涂布过程中，绝大部分浆料的黏度都是随着剪切率的提高不断降低，这些物料是剪切变稀的非牛顿流体，同时在同样的剪切速率下，黏度也不同，说明这个物料具有触变性，它的内部结构在受到剪切后会发生改变，而在撤去剪切后不能完全瞬时恢复到初始的状态，这种流体类型是现实中遇到比较常见的，很多高分子材料或体系都是假塑性剪切变稀并带有一定的触变性。
黏度的测量方法有多种，大体有毛细管黏度计、流出杯式黏度杯、旋转式黏度计和振动式黏度计等。影响黏度的因素有：黏度与其温度、组分和助剂、溶剂等的浓度、粒径等密切相关，与温度和气压的关系不大，不同测量方法的测量精度及测量单位是不同的，不能互相换算。目前在现场常用实验室旋转法或黏度杯进行测量。
在线黏度测量控制方案
涂布生产管理者须基于产品需要来选择黏度计，这取决于很多因素，包括操作员认可，一致的测量和控制，与现有机器匹配，费用节省预期以及保养维护。统一的黏度测量和控制达到浆料减少和成本节省，长期的运行优良也是对运行和服务的一种成本节省。
从图5可以看出，在自然状态下黏度的变化曲线，涂布浆料随着时间的推延，黏度不断上升，如果不及时补充适量的溶剂，浆料的黏度将有很大的变化，最终涂布产品的质量也会有很大的波动。
在涂布车间，黏度计的首要功能不单单是精确地测量黏度，而是保持浆料配比在一个预定的水平上以保证昂贵浆料的经济使用，当然要符合最终产品的质量。总之，作为一个生产经理或操作者，安装一个现代的黏度测量和控制设备后，你可以实现以下目的：
更好的涂布质量和一贯性
开车时大量减少废料
减少不合格品
通过节省浆料和溶剂迅速得到
回报
减少冲洗
更好的浆料黏附性
图6是利用Brookfield的TT-100、AST-100和VTE250在线黏度计在涂布行业中的使用原理图，TT-100和AST-100都是管道式安装的，可以承受高温高压，因此可以直接安装在管道系统中直接测量浆料的黏度；而VTE250在线黏度计仪器结构简单、经济实惠，但需要将浆料泵入敞口的样品腔，浆料利用高度产生的液位差流出样品腔进入收集槽，也可以将在线黏度计直接安装在涂布机的料槽上面。
Brookfield针对涂布行业的需求，专门开发了各种在线黏度计及其配套的显示控制器来实现测量和控制油墨黏度的双重目的，系统结构示意见图6。
用泵将浆料从浆料桶中吸出，通过管道进入在线黏度计进行测量，信号通过处理后可以直接显示或送入PLC，显示控制器或PLC根据黏度信号和预先的黏度值进行比较，如果黏度值低于设定值，仪器继续测量；随着浆料中溶剂的挥发，黏度逐渐上升，如果超过了设定值，就会给出一个信号，打开溶剂阀，加入一定量的溶剂，调整黏度，这种过程周而复始，使得浆料的黏度一直控制在一个很小的区间内，这样就达到了自动测量和控制浆料的黏度，不需要进行人工测量黏度和添加溶剂。
目前，很多现场都是使用最原始的涂料杯来进行测量，涂料杯的测量方法比较简单，但测量精度很差，每半秒到一秒的差异实际真实的黏度会差异很大，不能满足控制的高精度要求。同时也无法实现在线实施测量监控的目的。
用流出杯、涂料杯测量中存在的问题及解决方案：
目前在涂布或印刷生产现场，大多采用流出杯、涂料杯作为现场监控的主要手段，常用的流出杯有赞恩杯（Zahn）、福特杯（Ford）、I S O杯、岩田杯（J I S）、壳杯（Shell）、涂4杯等。
如图7，测量时由操作人员将被浸入物料中，提起杯的同时，或提起到一定位置时按下秒表计时，待物料流完时计时结束，记录秒表读数，一般都以秒计，有些要求高的以0.1秒计。这种方法测试简单，但存在以下问题：
1.由于提起并计时开始很难有一个一致的位置，同时每个人因此即使是同一个人，在观察和判断的情况也会有不同，因此测量同一种物料是也会存在近0.5秒甚至1秒的差异，而这半秒到一秒的差异，将导致物料的实际黏度相差几十cP。
2.每一种流出杯、涂料杯都有一个合适的测量范围，Zahn 5号杯的最佳测量范围是7～65秒，如果使用这个杯子测量的读数小于7秒或大于65秒，就需要换不同号的杯子了，不能用5号杯了，而这一点几乎没有人知道，基本都是用一种杯测所有的物料，然后就按这个读数制定相应的控制标准，造成物料的黏度实际上没有真正的得到控制，测量的值也没有真正的黏度测量意义，失去了测量和控制的客观和公正。
3.我们曾经有一个客户，使用涂4杯作为测量工具，不同的物料测量范围约12～16秒，记录的精度为0.01秒，控制的精度要求在0.5秒内，但是最终的产品总是有问题，后来采用AST-100在线黏度计作为测量和控制，经测量溶剂的在线读数约2cP，涂4杯的读数约10秒；低黏度物料的在线读数约30cP，涂4杯的读数约12秒；中等黏度物料的在线读数约50cP，涂4杯的读数约14秒，高黏度物料的在线读数约60cP，涂4杯的读数约15秒，从以上的测试结果可以看出，流出杯、涂料杯的测量方法是有一定适用范围的，对于太低或太高黏度的测量就不合适；同时读数和真实黏度之间的关系不是简单的线性倍数关系，不能直接换算，需要根据物料的流变特性来进行统计后才能进行数据换算。
从以上的实际使用情况来看，流出杯、涂料杯的测量方法已不适合现代大规模、大批量、高速的现代化生产要求了，需要使用在线粘度测量控制系统来进行快速、连续、自动的控制物料的黏度。
我们在客户现场采用安装在线黏度计和人工采用流出杯法，同时进行测量，得到数据结果比较如下，如果是同一操作工人，对流出杯的测量十分认真地话，见图8，可以看出两者的数据非常吻合。
有使用了在线黏度控制系统的客户说：“我们以前使用Zahn杯，但是结果差异太大了。”印刷人员解释道：“根据操作员的读数会得到不同的测量。有时你得到厚一点的膜有时薄一点的膜，并且油墨的流动性能有偏离，有时油墨太薄了结果得到透明的图层而不是不透明的。但是自从装上在线黏度计，黏度保持的非常好，只要溶剂槽满，我可以放心运行一整天而不去管。”
在线测量技术 篇4
1 GPS线路控制网的布设特点
用GPS技术分级建立线路控制网, 线形工程长达数百千米, 甚至上千千米, 利用GPS技术能很好地解决这一问题, 因为该技术布网形式灵活, 与国家高等级点联测时, 其边长不受限制, 点间又不要求通视。控制网呈狭长状布设, 每个闭合环至少含一条数千米的长边, 与相邻互相通视的短边点相连, 形成混合网。其网图采用分级布网, 具有较高的精度及较高的可靠性, 同时保证同级网点精度均匀。另外, 高等级控制网统一布设, 为次级加密测距导线提供高等级的控制点。
2 GPS线路控制网的布设形式
2.1 线路控制网
线路控制网是由多个边连式、点连式基线形成的异步环构成的混合网。规范规定, 每个独立环或附合路线不超过6条边 (C级平均边长10km~15km, D级5km~10km) , 并与国家高等级点联测。
2.2 GPS线路导线
(1) 选点灵活, 点位基础坚实稳定, 便于安置仪器操作, 便于布设通视方向, 并能用常规方法扩展与联测。 (2) 相邻点不必要求部通视, 只要有1对相邻点通视即可。 (3) 每条GPS基线向量连同高一级GPS网点的基线向量, 构成异步环作以检核。 (4) 线路过长时, 若跨多个投影带, 可在分带交界附近布设一对互相通视的GPS点与国家控制点相连, 以使测区内投影长度变形不大于2.5cm/km。 (5) GPS控制网与附近高等级同家平面控制网点联测点不应少于3个。当控制网边长过长时, 宜增加联测点, 并使联测点分布均匀且能控制本控制网。 (6) 低等级线路测量自成系统, 不与国家高等级点联测时, 其布网方式更加灵活, 作业组严格按调度计划, 按规定时间进行同步观测。
3 外业观测应注意的问题
3.1 观测计划线路控制网
编制观测计划表, 对作业组按计划表下达作业调度命令。在实际作业中根据情况作出调整, 做到统一指挥, 协调作业, 发现问题, 及时解决。
3.2 对观测员的要求
必须熟练掌握GPS接收机性能及作业过程, 并能处理外业观测中可能出现的问题。
3.3 观测作业过程要求
测量平差手簿中的项目、格式及内容。 (1) 接收机记录后, 观测员及时将测站信息记录于手簿, 发现异常, 及时报告调度人员, 采取相应措施。 (2) 接收机记录后, 禁止人员或其他物体触动天线或遮挡信号, 引起信号失锁。 (3) 观测期间, 不得在天线附近50m内使用电台10m内使用对讲机, 以免干扰。 (4) 同一时段观测过程中, 不能将接收机关闭又启动, 进行自测试、改变卫星仰角限、改变天线位置、变换数据采样间隔, 更不能关闭文件或删除文件等。 (5) 避免多路径效应误差, 测站应远离大面积平静的水面 (水面能反射卫星信号) , 测站不宜选在山坡、山谷及盆地中, 测站宜远离高大建筑物 (阻碍卫星信号) 、高压输电线及发射台 (塔) 等电磁场干扰的地方。.
4 内业平差优化处理
4.1 GPS控制网的边长精度
GPS网主要用于布设首级平面控制网, 每隔数千米布设一对互相通视、边长在500m~1000m的埋石点, 这样形成长短边较悬殊的控制网。为了能有效地检核外业基线成果, 网中必须形成符合网形要求、满足规范和等级要求的异步闭合环。尽管基线解算符合要求, 因边长过于悬殊 (几百米至几十千米) , 若将长短边一起参与平差, 就会降低短边的精度, 影响整网的精度 (原因是长边系统误差明显大于短边系统误差, 长边绝对误差比短边小很多) 。
4.2 内业平差优化处理
由于上述线路GPS网点位的特点, 通过多次实践提出了一个有效的优化处理方法, 将平差处理中形成异步环较长的边 (10km以上) 只作为检核基线成果的解算, 不纳入网平差, 这样能提高GPS网点的精度。
4.3 基线检验具体过程
(1) 同步环闭合差检验。 (2) 异步环闭合差检验。 (3) 重复观测基线边的检验。 (4) 优化处理。
5 平差作业中异常问题及处理方法
(1) 单一基线解算。方差比、均方差、中误查、精度因子符合要求, 而同步环坐标分量闭合差超限, 数值达2×l0-4~4×10-4, 说明基线外业观测中存在粗差, 通过异步环闭合差检核, 人工剔除含有粗差基线边。
(2) 线路控制网平差。基线解算合格, 同步环、异步环检验通过, 平差成果中仍有几个点坐标错误。检查外业观测记录及存盘数据文件, 发现一个测站点在2个观测时段内赋予了2个测站名, 且与以前测站重名, 基线边强制平差, 产生粗差。修改测站名重新平差, 结果正确。
(3) 线路控制网基线边检验。线路控制网中各基线边检验时, 利用自由网平差、三维约束平差、二维约束平差成果发现有一点高程错1m左右, 检查基线解算, 起算数据及平差过程, 没发现异常, 检查外业观测记录、测站信息、仪器高时发现有一站仪器高输错lm, 将仪器高更正, 重新平差, 结果正确。
(4) 异常问题处理。采用独立坐标系时以线路中任一点坐标起算, 按独立系转换法平差, 平差后发现控制点点位与实际位置反相, 出现错误, 通过检查发现, 二维约束平差时, 平差参数的中央子午线经度值错误, 修复错误, 重新平差, 结果正确。边连式、点连式或铰连式 (指沿线路方向, 布设成具有新结点, 同步环与同步环相套) 的布网方法。
6 结语
综上所述, GPS技术应用在线形测量中能够充分发挥其周期短, 精度高, 工作人员少, 经济适用的优点, 打破了线路控制测量时必须点间通视的常规。也更容易检查问题, 发现问题, 可靠性强。利用GPS技术进行线形控制测量, 还能够进一步提高测绘产品的质量, 创造良好的社会效益经济效益但是在观测过程中, 一定要注意站点应架设在利于GPS信号接收的地点。
参考文献
[1]康红星.GPS—RTK技术在城市控制测量中的应用[J].工程设计与建设, 2004, 1 (36) , 33～36.
在线测量技术 篇5
1.测量工作的基准面是（）。(5.0 分)A 地球表面 B海平面 C铅垂面 D大地水准面 用户解答： 大地水准面
2.斜坡上丈量距离要加倾斜改正，其改正数符号（）
A根据高差符号来决定 B上坡为正，下坡为负 C恒为正 D恒为负
用户解答： 恒为负
3.水准测量如用双面水准尺，观测程序采用“后-前-前-后”，其目的主要是为了消除（）
A水准尺刻划误差的影响 B仪器下沉误差的影响 C视准轴不平行于水准管轴误差的影响 D水准尺下沉误差的影响
用户解答： 仪器下沉误差的影响 4.经纬仪十字丝环检校的目的是（）
A使纵丝垂直于视准轴 B使纵丝铅垂 C使横丝水平D使纵丝垂直于横轴
用户解答： 使纵丝垂直于横轴
5.测回法测量水平角，计算角度总是用右目标读数减左目标读数，其原因是（）
A倒过来减可能得负数 B因为水平度盘刻度是顺时针增加的 C因为右目标读数大，左目标读数小 D 因为水平度盘刻度是反时针增加的
用户解答： 因为水平度盘刻度是顺时针增加的
6.在水平角观测中，一测回角值中误差为±10秒，若需平均角值中误差达到±5.0秒，则应测的测回数是（）
A4 B5 C2 D3 用户解答： 4 7.在水准测量中，高差h=a-b，若ma、mb、mh分别表示a、b、h之中误差，则（）
A mh= B mh=
C mh=
D mh=ma-mb 用户解答： mh=
8.某直线的坐标方位角为121º23′36″，则反方位角为（）
A 58º36′24″ B238º36′24″ C–58º36′24″ D301º23′36″ 用户解答： 301º23′36″ 9.视距测量的精度通常是（）
A1/2000 B高于钢尺 C低于钢尺 D1/4000 用户解答： 低于钢尺
10.从自动安平水准仪的结构可知，当圆水准器气泡居中时，便可达到（）
A望远镜视准轴水平B获取望远镜视准轴水平时的读数 C通过补偿器使望远镜视准轴水平D望远镜消除了视差
用户解答： 获取望远镜视准轴水平时的读数 11.经纬仪望远镜、竖盘和竖盘指标之间的关系是（）。
A望远镜转动，指标也跟着动，竖盘不动 B望远镜转动，竖盘跟着动，指标不动 C 望远镜转动，竖盘与指标都跟着动 D 望远镜转动，竖盘与指标都不动
用户解答： 望远镜转动，竖盘跟着动，指标不动
12.在（）为半径的圆面积之内进行平面坐标测量时，可以用过测区中心点的切平面代替大地水准面，而不必考虑地球曲率对距离的投影。
A10km B25km C50km D 100km 用户解答： 10km 13.在普通水准测量中，应在水准尺上读取（）位数。
A2 B4 C5 D3 用户解答： 4 14.水准测量中，设后尺A的读数a=2.713m，前尺B的读数为b=1.401m，已知A点高程为15.000m，则视线高程为（）m。
A17.713 B 16.401 C 16.312 D 13.688 用户解答： 16.312 15.竖直角（）。
A不能为零 B可为正，也可为负 C只能为负 D只能为正 用户解答： 可为正，也可为负
16.普通水准尺的最小分划为1cm，估读水准尺mm位的误差属于（）。A可能是偶然误差也可能是系统误差 B 既不是偶然误差也不是系统误差 C系统误差 D偶然误差
用户解答： 偶然误差
17.某段距离丈量的平均值为100m，其往返较差为+4mm，其相对误差为（）。
A1/25 B1/250 C 1/25000 D1/2500 用户解答： 1/2500 18.水准仪精平是在怎样的前提下进行的（）。
A读数 B 粗平C水准管气泡居中 D照准目标 用户解答： 照准目标
19.GPS定位技术是一种（）的方法。
A摄影测量 B 常规测量 C 不能用于控制测量 D 卫星测量 用户解答： 卫星测量
20.闭合水准路线高差闭合值的理论值等于（）。
A起点的高程 B零 C起点与终点的已知高差 D无法确定 用户解答： 零
12.在（）为半径的圆面积之内进行平面坐标测量时，可以用过测区中心点的切平面代替大地水准面，而不必考虑地球曲率对距离的投影。
A10km B25km C 50km D 100km 用户解答： 10km 13.在普通水准测量中，应在水准尺上读取（）位数。
A2 B4 C5 D 3 用户解答： 4 14.水准测量中，设后尺A的读数a=2.713m，前尺B的读数为b=1.401m，已知A点高程为15.000m，则视线高程为（）m。
A17.713 B16.401 C 16.312 D13.688 用户解答： 16.312 15.竖直角（）。
A不能为零 B 可为正，也可为负 C只能为负 D只能为正 用户解答： 可为正，也可为负
16.普通水准尺的最小分划为1cm，估读水准尺mm位的误差属于（）。A可能是偶然误差也可能是系统误差 B既不是偶然误差也不是系统误差
C系统误差 D 偶然误差 用户解答： 偶然误差
17.某段距离丈量的平均值为100m，其往返较差为+4mm，其相对误差为（）。
A1/25 B1/250 C 1/25000 D1/2500 用户解答： 1/2500 18.水准仪精平是在怎样的前提下进行的（）。
A读数 B 粗平C水准管气泡居中 D照准目标 用户解答： 照准目标
19.GPS定位技术是一种（）的方法。
A 摄影测量 B常规测量 C不能用于控制测量 D 卫星测量 用户解答： 卫星测量
20.闭合水准路线高差闭合值的理论值等于（）。
A起点的高程 B零 C起点与终点的已知高差 D无法确定 用户解答： 零
中国农大 水利工程测量-在线作业_B 最终成绩：100.0 一 单项选择题
1.水准仪安置在与前后水准尺大约等距之处观测，其目的是（）。
A视准轴与水准管轴不平行的误差 B 消除望远镜调焦引起误差 C包含A与B两项的内容 D 地球曲率和折光差的影响
用户解答： 包含
2.双面水准尺的黑面是从零开始注记，而红面起始刻划（）。
A一根从4677开始，另一根从4787开始 B两根都是从4687开始
C一根从4687开始，另一根从4787开始
D两根都是从4787开始
用户解答： 一根从4687开始，另一根从4787开始 3.观测值的中误差，其概念是（）。
A代表一组观测值取平均后的误差 B每个观测值平均水平的误差 C代表一组观测值中各观测值的误差 D代表一组观测值的平均误差
用户解答： 代表一组观测值中各观测值的误差 4.所谓等精度观测，一般是指（）。
A观测值的结果是一样的一系列观测
B 相同技术水平的人，使用同精度的仪器，采用相同的方法，在大致相同外界条件下的观测
C根据观测数据，计算观测结果的精度是相同时
D相同技术水平的人，使用同一种仪器、采用相同的方法，在大致相同外界条件下所作的观测
用户解答： 相同技术水平的人，使用同精度的仪器，采用相同的方法，在大致相同外界条件下的观测
5.在水准测量中，A点和B点的高差hAB与hBA之间的关系是（）。
A符号与数值都相同 B符号相同，但数值不同 C符号不同，但数值都相同 D符号与数值都不相同
用户解答： 符号不同，但数值都相同
6.使经纬仪竖轴中心（水平度盘的刻划中心）与地面点（角顶点）位置处在同一铅垂线的操作是（）。
A精密整平B概略整平C 对中 D 瞄准目标 用户解答： 对中
7.水准测量时，校核条件最好的是（）。
A往返路线 B 闭合路线 C 支水准路线 D 附和路线 用户解答： 附和路线
8.平面控制网的形式较多，不是平面控制网的是（）。
A导线网 B中点多边形 C三角网 D闭合水准路线 用户解答： 闭合水准路线
9.三角网计算前，应对各内角编号，已知边所对的角编号为（）。
A c B a C b D 三者都可 用户解答： b 10.在1∶2000的地形图上，量得某地的面积为120mm2，则地面的实际面积为（）。
A480m2 B240m2 C144m2 D120m2 用户解答： 480m2 11.水准器的分划值越大，说明（）。
A内圆弧的半径大 B整平精度高 C气泡整平困难 D 其灵敏度低 用户解答： 其灵敏度低 12.自动安平水准仪，（）。
既没有圆水准器也没有管水准器
没有圆水准器
既有圆水准器也有管水准器 没有管水准器
用户解答： 没有管水准器 13.水准测量中，仪器视线高应为（）。
前视读数+后视点高程
后视读数+后视点高程
后视读数+前视点高程
前视读数+前视点高程
用户解答： 后视读数+后视点高程 14.竖直角绝对值的最大值为（）。
A270° B90° C180° D 360° 用户解答： 90°
15.坐标方位角的取值范围为（）。
A-180°~180° B 0°~360° C 0°~270° D-90°~90°
用户解答： 0°~360°
16.对某边观测4测回，观测中误差为±2cm，则算术平均值的中误差为（）。
A±0.5cm B ±1cm C±4cm D ±2cm 用户解答： ±1cm 17.三角高程测量中，采用对向观测可以消除（）的影响。
A水平度盘分划误差 B地球曲率差和大气折光差 C视差 D 视准轴误差
用户解答： 地球曲率差和大气折光差 18.展绘控制点时，应在图上标明控制点的（）
A点号与高程 B高程与方向 C点号与坐标 D坐标与高程 用户解答： 点号与高程
19.小平板配合经纬仪联合测图是按（）交会法测定碎部点的。
A一个距离和一个方向 B一个角度和一个高程 C 两个角度 D 两个距离 用户解答： 一个距离和一个方向
20.地面两点A、B的坐标分别为A（1256.234，362.473），（1246.124，B352.233），则A、B间的水平距离为（）m。
A207.070 B 103.535 C14.390 D 4.511 用户解答： 14.390
中国农大 水利工程测量-在线作业_C 最终成绩：95.0 一 单项选择题 1.水准面可定义为（）。
处处与重力方向相垂直的平面
处处与地心引力方向相垂直的曲面
处处与重力方向相垂直的曲面
处处与地球椭球法线方向相垂直的曲面 用户解答： 处处与地心引力方向相垂直的曲面
2.计算中误差时，一般要采用最或是误差（改正数）ｖ来计算，其原因在于（）。
观测值的真值一般是不知道的
最或是误差的总和等于零，可作校核计算
每个观测值的改正数是一样的为了使中误差计算得更正确
用户解答： 观测值的真值一般是不知道的
3.水准测量记录表中，如果∑h=∑a-∑b, 则正确的是（）。
A记录 B计算 C 三者都对 D 观测 用户解答： 计算
4.用大平板测图时，测绘1:1000比例尺地形图时，平板仪对中误差不得大于（）。
A5mm B 10mm C50mm D 20mm 用户解答： 50mm 5.渠道中线测量时，每隔一定距离(20m或50m)打一木桩为里程桩，加桩应打在（）。
A遇到与其他渠道或道路相交之处 B 线路纵向或横向有显著变化之处 C 要同时考虑A与B的情况
D 线路纵向有显著变化之处而不考虑横向变化 用户解答： 要同时考虑
6.用高程为24.397m的水准点，测设出高程为25.000m的室内地坪±0.000，在水准点上水准尺的读数为1.445m，室内地坪处水准尺的读数应为（）。
A1.042m B 2.048m C 0.642m D0.842m 用户解答： 0.842m 7.我国境内某点A的高斯坐标为X=112223m，Y=19343800m，则A点属于6º带的带号及中央子午线的经度为（）。
A11带、63º B11带、66º C 19带、117º D 19带、111º 用户解答： 19带、111º
8.坡度是两点间高差与其实际水平距离的（）。
A和 B 积 C 差 D比 用户解答： 比
9.某路线转折点的里程为0+380.89，通过计算，圆曲线的切线长T=41.30m，曲线长为L=81.45m，则曲线中点的里程为（）。
A0+422.19 B 0+421.04 C 0+339.59 D 0+380.32 用户解答： 0+380.32 10.水准测量中，调节脚螺旋使圆水准气泡居中的目的是使（）。
A十字丝横丝水平B 视准轴水平C 竖轴铅垂 D A,B,C都不是
用户解答： 竖轴铅垂
11.转动目镜对光螺旋的目的是（）。
A看清十字丝 B看清读数 C 消除视差 D 看清物像 用户解答： 看清十字丝
12.水平角观测时，照准不同方向的目标，应如何旋转照准部？（）
总是顺时针方向
总是逆时针方向
盘左逆时针、盘右顺时针方向
盘左顺时针、盘右逆时针方向
用户解答： 盘左顺时针、盘右逆时针方向 13.接图表的作用是（）。
表示本图幅与相邻图幅的位置关系
表示本图的边界线或范围
表示本图的图名
表示相邻图幅的经纬度
用户解答： 表示本图幅与相邻图幅的位置关系
14.某导线的 =-0.08m，=+0.06m，导线全长 =506.704m，该导线的全长相对闭和差为（）。
A1/4000 B 1/1354 C 1/9576 D 1/5067 用户解答： 1/5067 15.直线方位角与该直线的反方位角相差（）。
A180° B 90° C 270° D360° 用户解答： 180°
16.下列几种方法中，哪种方法不能测设点的平面位置（）。
A距离交会法 B仪器高法 C 直角坐标法 D 极坐标法 用户解答： 仪器高法 17.用罗盘仪测出的是（）。
A真方位角 B 坐标方位角 C三北方向 D 磁方位角 用户解答： 磁方位角
18.经纬仪在测站上要对中、整平，通过对中达到（）。
水平度盘中心与测站在同一铅垂线上
仪器中心螺旋的中心与测站在同一铅垂线上
仪器基座中心线与测站在同一铅垂线上
仪器的水平度盘中心与中心螺旋的在同一铅垂 用户解答： 水平度盘中心与测站在同一铅垂线上 19.水准仪的（）应平行于仪器竖轴。
A管水准器轴 B十字丝横丝 C 视准轴 D 圆水准器轴 用户解答： 圆水准器轴
20.相对高程是由（）起算的地面点高度。
A任意水准面 B 竖直面 C 水平面 D 大地水准面 用户解答： 任意水准面
中国农大 水利工程测量-在线作业_D 最终成绩：一 单项选择题
1.高斯投影，其平面直角坐标系（）。
X轴是投影带中央经线的投影，Y轴是赤道 X轴是投影带中央经线，Y轴是赤道的投影 X轴是测区的中央经线，Y轴是垂直于X轴 X轴是赤道的投影，Y轴是投影带的中央经线
用户解答： X轴是投影带中央经线，Y轴是赤道的投影
100.0
2.大地体指的是（）。
A地球椭球体 B由大地水准面所包围的形体 C实际的地球表面 D由水准面所包围的形体 用户解答： 由大地水准面所包围的形体
3.在渠道纵断面测量时，已知某测站水准仪的视线高是77.850m，前视中间点的读数为1.56m，转点的读数为1.958m，则转点的高程为（）。
A79.808 B 75.892 C 77.452 D 78.248 用户解答： 75.892 4.在1∶2000的地形图上，量得两点间的距离为12mm，则地面的实际距离为（）。
A24m B 12m C144m D 48m 用户解答： 24m 5.坐标反算是根据直线的起、终点平面坐标，计算直线的（）。
A水平距离与水平角 B 水平距离与方位角 C 斜距与方位角 D 斜距与水平角 用户解答： 水平距离与方位角
6.某直线的坐标方位角为163°50′36″，则其反坐标方位角为（）。
A343°50′36″ B 253°50′36″ C196°09′24″ D-16°09′24″ 用户解答： 343°50′36″
7.在地形图上，量得A点高程为21.17m，B点高程为16.84m，AB的平距为279.50m，则直线AB的坡度为（）。
A6.8% B 1.5% C-6.8% D-1.5% 用户解答：-1.5% 8.用角度交会法测设点位时，测设数据是（）。
A两个距离 B 一个距离和一个角度 C一个距离和一个高程 D 两个角度 用户解答： 两个角度
9.导线外业的测量工作不包括（）。
A导线转折角的测量 B导线边长丈量 C导线角度闭合差的计算 D选定并埋设导线点
用户解答： 导线角度闭合差的计算 10.测设点的平面位置的基本方法不包括（）。
A距离交会法 B 直角坐标法 C 仪高法 D 极坐标法 用户解答： 仪高法 11.高斯投影属于（）。
A等面积投影 B 等角投影 C 等长度投影 D 等距离投影 用户解答： 等角投影
12.在地形图上，长度和宽度都不依比例尺表示的地物符号是（）。
A半依比例符号 B非比例符号 C 地物注记 D 比例符号 用户解答： 非比例符号
13.下列各种地形图比例尺中，比例尺最大的是（）。
A1：500 B1：2000 C1：5000 D 1：1000 用户解答： 1：500 14.测定点平面坐标的主要工作是（）。
A测量水平距离和水平角 B 测量水平角 C 测量水平距离 D 测量竖直角 用户解答： 测量水平距离和水平角
15.设AB距离为200.23m，方位角为121°23′36″，则AB的x坐标增量为（）m。
A-104.302 B 170.919 C-170.919 D 104.302 用户解答：-104.302 16.附合导线与闭合导线坐标计算的主要差异是（）的计算。
A坐标方位角与坐标增量 B坐标增量与坐标增量闭合差 C 坐标方位角与角度闭合差 D 角度闭合差与坐标增量闭合差 用户解答： 角度闭合差与坐标增量闭合差
17.地形图的比例尺用分子为1的分数形式表示时，（）。
分母大，比例尺大，表示地形详细
分母小，比例尺大，表示地形详细
分母小，比例尺小，表示地形概略
分母大，比例尺小，表示地形详细
用户解答： 分母小，比例尺大，表示地形详细 18.下面那种说法是错误的（）。
等高线一定是闭和的连续曲线
等高线与山脊线、山谷线正交
等高线在任何地方都不会相交
同一等高线上的点的高程相等
用户解答： 等高线在任何地方都不会相交 19.山脊线也称（）。
A山谷线 B 分水线 C示坡线 D集水线 用户解答： 分水线
20.地形图上有27、28、29、30、31、32、33、34、35m等相邻的等高线，则计曲线为（）。
在线测量技术 篇6
我国华北、华东等区域电网都已步入装机、负荷双过亿的特大电网时代。尊重电网的物理规律，从系统全局角度对电力系统进行监测、控制和规划是特大电网发展的必然趋势。广域测量系统WAMS(Wide Area Measurement System)正是顺应这一趋势而诞生的电网动态过程监测分析系统。
我国自90年代中期开始进行WAMS的研究，目前WAMS的应用和研究已达到世界先进水平。以华北电网为例，到2008年6月份，接入华北网调WAMS主站的PMU子站达71个，覆盖了500 kV主网架大部分厂站和部分220 kV发电厂，上传遥测量达到16 000多个，大大提高了电力系统动态过程的可观测性。
作为互联电力系统动态过程监测分析的重要手段，WAMS在规模不断扩大的同时，其高级应用功能也日益得到重视[1,2,3,4,5,6,7]。WAMS系统的分析控制等高级应用功能高度依赖于相量测量装置PMU(phasor measurement unit)的动态数据质量。关于PMU的动态性能测试可分为实验室测试[8]和现场测试。迄今为止，各厂家的PMU产品只是在实验室内进行过离线检验，而在实际运行环境中的精度并没有严格地经过检验。而PMU的动态测量性能是其区别于传统SCADA的最重要特征之一，因为许多现场环境中的实际信号难以在实验室中复现，因此有必要在WAMS主站开发相量测量算法，对PMU自身记录的采样数据(暂态录波数据)进行分析计算，计算结果与同时段该PMU上传的动态数据进行比较，从而判断PMU动态数据质量的好坏。
本文以华北电网WAMS系统的实测数据为例，论证了PMU动态性能在线监测的必要性与可行性。
1 PMU动态性能监测指标
在线PMU测试中主要应找出PMU在以下方面存在的动态特性问题：
(1）滤波延迟差异引起的计时不一致
PMU的相量计算实际上是包含平均处理过程，该过程包含或等值于一个滤波器。该滤波器带宽过大导致引入过多的不感兴趣频段的信号，带宽过窄将导致信号延迟并使曲线被不合理平滑，丧失快速变化信息。
(2）频率的非正常突变
电力系统作为一个惯性系统，其频率是不能突变的。现有采用电气量测量频率的方法往往在暂态过程中测量结果会出现突变，从而影响动态过程监测分析的可信性。
(3）频率偏移引起的栅栏效应和泄漏误差
非同步采样时，离散傅立叶变换结果存在栅栏效应(grid effect)和泄漏(leakage)误差，这部分误差会造成相量计算结果存在固定偏差和虚假振荡。
(4）采样定理得不到满足而引起的混叠误差
目前我国PMU厂家所生产的PMU产品采样频率基本分为4 800 Hz和10 000 Hz两种。实际电力系统信号中往往包含高于采样频率一半的分量，例如HVDC控制系统引起的高频分量等，这些高频分量会对离散傅立叶变换的计算结果产生混叠效应(aliasing effect)。一般情况下，电力系统中高频分量的含量很小，混叠效应引起的误差不会太大。
(5）数据延迟比较
带有正确时标的PMU相量可能由于子站或通信系统的延迟，在不同的时刻到达主站，这将影响后续的分析计算，并进一步影响控制效果，因此有必要比较子站PMU在结果输出上的延迟。
(6)GPS同步错误
GPS同步错误来自于GPS故障，时标与量测时间匹配错误等原因。
2 PMU动态性能监测分析方法
目前，我国几大PMU生产厂家生产的PMU均具有暂态数据录波功能。暂态录波数据是子站装置按照其采样间隔记录采集的通道瞬时值，录波数据采样频率分4 800 Hz(即每周波96点)和10 000 Hz(即每周波200点)两种。录波数据本身的精度取决于A/D转换的精度，目前接入华北电网WAMS的相量测量装置的A/D转换分辨率一般为16位，完全可以满足重现现场真实信号和相量计算的要求。
在调度中心WAMS主站对PMU的暂态录波数据进行计算分析，分析结果与同时段PMU上传的相量测量结果进行比较，可以找出PMU测量结果不合理的地方。
由于各PMU厂家的具体相量测量算法属于商业机密，同时为了避免投资浪费，一个厂站只能安装一套PMU装置，因此，不可能对不同PMU实现同信号(现场信号)的比较测试。在线PMU测试主要应通过比较不同的PMU量测结果与主站计算结果的差异，寻找数据中的矛盾或异常，在此基础上，对出现的矛盾或异常加以解释，从而达到评价各PMU动态性能的目的。
3 实际算例分析
本部分算例均基于华北电网广域测量系统所记录的实际电压数据。
在华北电网调度中心WAMS主站对A电厂和B电厂的PMU子站进行扰动触发后，将同一时段的暂态录波数据和动态数据召唤到主站。在主站对电压录波数据进行计算分析后与子站上传的电压相量动态数据进行对比分析。
为避免滤波延迟，主站对录波数据没有进行滤波，对录波数据的分析处理直接采用文献[7,8,9]的算法。
3.1 频率测量对比
图1给出了A电厂的频率分析结果。图中两条曲线分别为基于2008年3月26日17:27:39的录波数据在主站的频率计算结果和子站PMU上传的同时段频率动态数据。图2给出了这两条曲线之间的差别。图1和图2中纵坐标为Hz。
由图1和图2可以看出，在WAMS主站基于A电厂的录波数据计算得到的A电厂频率与同一时间段该厂PMU装置上传到主站的频率有一定差别，二者的差别在0.004 Hz左右。
图3给出了B电厂的频率分析结果。图中两条曲线分别为基于2008年3月26日17:27:28的录波数据在主站的计算结果和子站PMU上传的同时段结果。图4给出了这两条曲线之间的差别。
由图3和图4可以看出，在WAMS主站基于B电厂的录波数据计算得到的B电厂频率与同一时间段该厂PMU装置上传到主站的频率基本一致，二者的差别在0.002 Hz以内。
为比较A厂PMU装置和B厂PMU装置的动态性能，图5给出了同一时间段内，B电厂和A电厂的频率分析结果。由于本时段电网基本处于稳态运行，因此电网各节点频率应基本一致。由图5可以看出，B电厂的主站计算频率和子站上传频率以及A电厂的主站计算频率基本一致，而A电厂的PMU上传频率与其他三条曲线差异较明显。
3.2 幅值测量对比
图6给出了基于A厂PMU录波数据的主站幅值计算结果和子站上传的A电厂幅值结果。图中纵坐标为500 kV线路相电压的有效值，单位为伏特。
图7给出了这两条曲线之间的相对差别(以线电压500 k V为基准，对应的基准相电压为500/1.732=288.675 kV)。
由图6和图7可以看出，基于A厂PMU真实录波数据的幅值计算结果与A厂PMU子站上传的同时段幅值结果基本一致，二者的误差在1‰以内。
图8给出了基于B电厂PMU录波数据的主站幅值计算结果和子站上传的B电厂幅值结果之间的相对差别。由图8可以看出，基于B厂PMU真实录波数据的幅值计算结果与B厂PMU子站上传的同时段幅值结果存在固定差别，其相对差别在5‰以上。
3.3 角度测量对比
图9给出了主站基于A厂PMU录波数据的电压角度计算结果和该厂PMU装置上传的A电厂电压角度。图中纵坐标为弧度。
由图9可以看出，基于真实录波数据的幅值计算结果与子站上传的同时段角度结果之间的差别在0.011弧度(对应角度为0.7˚)左右。
图10给出了主站基于B电厂PMU录波数据的电压角度计算结果和B电厂PMU装置上传的同时段电压角度之间的差别(弧度)。
由图10可以看出，基于B电厂PMU真实录波数据的角度计算结果与子站上传的同时段角度结果之间差别较大，达到了0.0255弧度(对应角度为1.4˚)左右。
3.4 算例分析
当原始信号频率偏离额定频率(50 Hz)的数值在0.1 Hz以内时，A厂和B厂PMU静态测量误差指标都为：电压(电流)幅值<0.1%;频率误差<0.001 Hz;角度误差<0.1°。
主站算法的测量精度[9]：原始信号频率偏离额定值(50 Hz)小于0.5 Hz的情况下，频率测量误差小于0.000 02 Hz，幅值测量误差小于0.01%，角度测量误差小于0.000 3°。在0.5%的白噪声干扰下，主站算法的测量精度为：频率测量误差小于0.001 Hz，幅值测量误差小于0.015%，角度测量误差小于0.015°。
由以上算例可以看出，PMU子站的相量计算结果与主站根据同时段PMU录波数据的计算结果之间存在一定差别：A厂PMU装置的频率测量精度略差于B厂PMU装置，但其幅值和角度测量精度要略好于B厂PMU装置。
根据分析结果可知，由于现场存在干扰，无论是A厂还是B厂的PMU装置的测量性能都达不到其出厂精度。以上仅为根据不同PMU装置量测结果之间的差异进行的定性分析，但已充分说明有必要制订相关标准和分析手段对各厂站的PMU在线测量精度进行分析比较。
本算例只针对PMU的相量测量精度进行了分析，对滤波延迟、GPS故障等没有进行分析，这部分工作有待于进一步开发新的算法进行综合考虑。
4 结语
基础数据是调度自动化专业最重要的资源。自动化系统的数据处理、信息共享和高级应用功能的实现在很大程度上依赖于基础数据的准确性与可靠性。随着调度决策对自动化系统的依赖程度不断加深，基础数据的好坏直接影响电网的安全稳定运行。
相量测量装置(PMU)及其基础之上的广域测量系统为电力系统各领域中的新应用功能的研究提供了技术上的新思路和新手段,随着其应用理论体系的成熟完善以及在电力系统中的推广应用,将会把现有电力系统动态分析与监控技术全面提升到一个新的水平。在开发基于PMU动态数据的高级应用功能的同时，应高度重视PMU基础数据的质量问题，制订相关标准，实现PMU量测性能在线评估，为高级应用功能的开发完善打好基础。
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一种转动惯量在线测量方法 篇7
转动惯量是刚体转动中惯性大小的量度,是物体质量特性参数中的主要指标。目前测量物体转动惯量的方法很多,主要有:扭摆法[1,2,3,4,5]、复摆法[6,7]、单轴扭振法及落体观察法[8]。这些方法主要是基于扭摆原理测量物体的转动惯量。这些试验方法对于回转机械这类整机系统都有一定的局限性[9]。如扭转振动法、平行线悬挂法、 落体观察法只适合测小型不规则体,对于大型不规则体并不适用;几何计算法是测量回转机械传动系统常用的方法,该方法首先计算或测量有关转动部件的转动惯量,然后利用叠加公式计算出整个鼓轮的转动惯量,然而这种方法计算由于鼓轮加工误差以及安装存在误差等因素影响,导致转动惯量测量精度不高。
航空、兵器、船舶、铁路、汽车生产等领域以鼓轮作为储能设备的试验测试台中,转动惯量的准确测量对于试验产品的测量精度显得尤为重要。比如航空机轮刹车装置动力试验台、火炮转台伺服测试试验台、船舶推进系统陆上试验测试台、动车刹车试验台、汽车测功仪等。这些试验台回转体转动惯量的特点:转动惯量大; 试验台的转动惯量是鼓轮系转动惯量,是一个组合惯量 (即不仅包含鼓轮本身转动惯量,还包含轴系上其他回转体,如联轴器、电机转子、应急刹车装置等形成的附加惯量)。几何计算法因为前述原因在计算这类鼓轮系转动惯量时误差较大,所以采用合适的方法准确测量鼓轮系转动惯量是科学研究及生产实践的必要环节。
为此针对鼓轮系惯量测量,提出一种在鼓轮系安装调试完成后,利用自身拖动控制系统对鼓轮系整个回转惯量进行测量的方法。
1 测试原理
以某航空机轮、轮胎和刹车装置动力试验台为例对此进行研究。航空机轮、轮胎和刹车装置动力试验台是航空轮胎动态性能,机轮和刹车装置刹车性能测试的专业试验设备,在刹车性能试验中,鼓轮系除了用以模拟机场跑道外还用于模拟飞机的着陆动能,该能量的精度极大影响着刹车试验性能品质,根据旋转体能量公式: E =(1 2)Jω2可知,由于高速旋转下光电编码器速度测试精度很高,误差可以忽略不计,因而能量精度完全取决于鼓轮系惯量的测试精度,需要精确对鼓轮系转动惯量进行测试。
试验台传动部分结构如图1所示,由直流电动机、 联轴器、刚性连接轴、力矩轴、主轴、支撑轴承座与轴承、 主鼓轮等组成。鼓轮系回转部分转动惯量包括:主鼓轮惯量、主轴附件惯量、电机转子惯量等。
根据机械系统等效动力学理论,鼓轮系回转部分机械力学模型可等效为绕轴旋转的质量盘和轴支承结构 (如图2所示)。在主轴上施加可控的加速力矩T,测量该力矩作用下轴系旋转角加速度 ε,即可通过计算间接测量鼓轮系转动惯量∑J ,如式(1):
按照上述思路,将所有轴系附加惯量集中到主鼓轮惯量中,记为Jg,那么所要测试的鼓轮系惯量,建立试验台鼓轮系动力学测试模型,如图3所示。
电机带动鼓轮系加速转动过程中轴系受力情况为: 电机电磁力矩Te、鼓轮轴承摩擦损耗力矩Tgzc、鼓轮风阻力矩Tgfz。其中Te为鼓轮系加速力矩,其余力矩均为鼓轮系的制动力矩。 Ts表示力矩计读数,是鼓轮系加速力矩的测量值。显然可以建立下述动力学方程:
由式(2)可知,选用高精度动态性能良好的动态力矩计以及分辨率足够的光电编码器,只要精确测量加速过程中主鼓轮风阻损耗以及轴承摩擦损耗,就可以精确测量鼓轮系转动惯量Jg。
2 测量方法与数据处理
利用试验台电拖控制系统对鼓轮系回转体惯量进行在线测量。某试验台电拖控制系统由计算机(上位机)、s7-300 PLC(下位机)及其模块、DCS800直流驱动器等组成,对直流电动机采用速度电流双闭环调速控制模式(其中速度闭环控制率为PI控制,在PLC中实现), 系统控制框图见图4。
2.1 鼓轮系速度相关损耗力矩测试
风阻损耗与鼓轮形状以及旋转速度相关,当鼓轮外型确定后转速成为影响风阻损耗的惟一因素。鼓轮在高速旋转下风阻损耗是十分严重的,风阻损耗约与转速立方成正比。鼓轮轴承损耗力矩为鼓轮自重引起的轴承摩擦力矩,在整个测试过程表现为一恒量,因此将两项合并为鼓轮速度相关损耗力矩。
测试原理:利用鼓轮处于匀速旋转时力矩计测量值 (Ts)等于鼓轮速度相关损耗力矩的原理进行测试,对测量结果通过开环观测法进行验证。
测试过程描述如下:
(1)通过反复调试,整定好驱动系统控制参数(包括速度控制器参数以及电流控制器参数)。
(2)在电机额定速度范围内(nmin~nmax)均匀细分速度,速度梯度等级为 Δn。控制电机分别匀速运转在nmin, nmin+ Δn, nmin+ 2Δn,…,nmax,在每个恒速运转段运转一段时间后读取力矩计测量值(在恒定速度下,该值为定值)并按照速度索引方式存储在鼓轮损耗补偿器中。
(3)在每个恒速运转段测试完成后,使鼓轮损耗补偿器模块投入运行,同时封锁速度控制器,即速度环开环进行验证,观察电机速度保持情况(此时电机应当保持该转速大约15 s左右),如有需要可以重新测试。
(4)对步骤(2)、(3)所测试并得到验证的数据进行处理。将鼓轮速度相关损耗补偿器中存储的速度-力矩数据进行数据拟合得到风阻-速度方程Tfz= f (n)+ Tfz0,式中f (n) 项即为电机鼓轮风阻力矩Tgfz,常数项Tfz0即为鼓轮自重引起的轴承摩擦损耗力矩Tzc0。
利用拟合得到的风阻—速度方程重新设计鼓轮损耗补偿器程序,以便后面惯量测试时使用。
2.2 轴系加速度测量
轴系速度传感器采用光电编码器,分度值为360。 PLC测速模块采用西门子公司的FM350-1,该模块可以自动计算转速信号。加速度信号是速度的微分,因为FM350的闸门时间设定为50 ms,因此采用直接微分法计算角加速度误差很大,经过笔者试验,采用惯性滤波+ 三点微分法计算角加速度,精度较高。图5为角加速度计算模型。
2.3 鼓轮惯量测量
以不同角加速度 ε1⋯εn进行惯量测试试验,每个角加速度值 εi上进行多次测试试验求其平均值作为鼓轮系该加速度下的有效值。具体做法如下:
(1)打开鼓轮风阻补偿器模块,以最小设计角加速度值 ε1驱动电机带动鼓轮从静止状态加速(即鼓轮处于恒加速度控制),当鼓轮速度经过半基速时,采集并记录当时的力矩计读数Ts|n = ne2(此时力矩计读数中包括了加在 鼓轮上的 加速力矩Ta| ω = ωn2、风阻补偿 力矩Tfzb| ω = ωn2、轴承摩擦损耗力矩Tzcb| ω = ωn2)。由于鼓轮速度相关损耗已经测试并得到验证,根据风阻-速度拟合方程可以计算出半基速下鼓轮损耗力矩,依据下式计算该加速度工况下的鼓轮惯量值:
(2)同样方法再进行二次试验,得到 ε1试验工况下相应的惯量值J12,J13,从而求其均值得到该加速度工况下的惯量平均测试值J1;
(3)重复步骤(1),(2)对 ε2⋯εn等加速度工况分别测试,得到相应的惯量值J2⋯Jn;
这样在不同加速度下便可得到鼓轮惯量的序列值J(εi),最后对惯量序列值计算其代数平均值得到鼓轮惯量测量值。为了保证每个加速度下惯量值计算的准确度,可以重复多次进行测试。
3 试验结果及分析
应用以上方法对试验台鼓轮系进行转动惯量测量试验。根据式(3)、式(4)、式(5)分别在不同加速度下多次测量读数力矩值并取其平均值计算鼓轮转动惯量,部分计算数据如表1所示。
将上述各角加速度下计算的惯量值求和取其均值得到鼓轮系惯量值为10 301.46 N·ms2,试验台鼓轮系惯量设计值为10 374 N·ms2,测试误差为-0.7%,显然测试结果具有较高的精度,多次测量结果表明有很好的一致性,说明试验方法是合理可行的。
4 结语
(1)在此提出的回转体传动系统转动惯量的在线测量方法是可行的,且被测系统具有一般性,因此这种测量方法在实际工程生产中具有普遍意义。
圆度误差在线测量与影响因素分析 篇8
1 圆度误差在线测量现状
圆度误差是指回转体的同一正截面上实际轮廓对理想圆的变动量。它是高精度回转体零件的一项重要精度指标, 其测量是一个重要、复杂的工作。目前主要采用圆度仪和三坐标测量仪对圆度误差进行测量。而在线测量是测量仪器长期安装在机器设备上, 连续不断地采集有关数据并实时进行分析。
现代工厂作业中, 圆度误差对于数控机床来说, 是可以无障碍的作用于数控机床的精度、性能等方面。而现代工厂所拥有的技术中, 接触测量是较为常见的, 也是使用率最高的圆度误差测量方法。而在接触性测量中, 又可以分为两:特定的圆度测量用具和利用特定的感应器来收集数据的微型机器圆度测量[1]。
微型机器圆度测量系统在国内并未得到大量使用, 所以, 我们现在常用的测量手段大部分来自于圆度测量仪器。在圆度误差测量的时候, 它们会表现出如下特性:
1) 相比于现在先进的测量方法来说, 以前老旧的方法表现出一些明显的缺点, 它的测量设备较为简陋, 测量方法简单上手, 但是这种测量方法会有一些不稳定因素, 因为它是手工测量, 所以对测量人的测量方法有较高的要求, 如果测量人的方法不当, 可能会有测量误差的出现, 而且人工测量的测量效率较低, 无法做到完全的在线测量。
2) 在诸多测量方法中, 圆度仪、三坐标测量仪这些测量仪器相对于其他测量仪来说具有测量精度大的优点, 但是这几类仪器在实际测量的时候, 它的内容繁琐, 且它的测量成本相比于其他来说相对较高, 对于现代工厂的经济条件来说并不适合。
3) 在现代的一些测量方法中, 存在一种可以在线测量的系统, 那就是在线微型检测。它的检测精度高[2], 但是自身也存在着缺点, 那就是相比于前面两种方法来说, 它的可适性不足, 而在现代技术中, 仅仅可以达到接触测量, 所以, 它并不适用于大多数的测量。
总体来说, 对于非接触检测的分析手段, 是数控机床的圆度误差检测的基本条件。这种处理技术相对于以前的圆度误差检测手段来说, 显得相对落后。
2 数控机床圆度检测误差的影响因素
数控机床圆度误差在线测量会受到各种各样的因素影响, 但是影响最大的还是以下几种:1) 受机床的主轴的回转精度的作用;2) 通过作用于机床顶端的夹具;3) 在实际操作时, 加工配件的作用;4) 操作时, 外力对于测量结果的作用;5) 操作过程中, 配件自身的影响;6) 加工时, 加工技术的作用。
另外一种情况则是:在测量时, 被检测的那一方的实际因素相比于其想象的因素来说, 他们之间存在较大差异。在实际操作中, 这个误差是普遍存在的, 我们不应该逃避它, 我们要正视误差, 找到误差出现的深层原因, 分析是哪里出了问题, 可能是因为测量用具的问题, 还可能受到测量时其所处的环境所影响, 操作人员的专业度等问题。正是因为这些测量时出现误差的原由[3], 我们才可以找出原因, 以至我们在下次测量时可以避免。而我们的最终目标就是要使测量误差尽可能的缩小到可以忽视的地步。这就需要我们能够清晰的认识测量时可能出现误差的几点原因:1) 测量用具误差。这种误差是测量工具在设计的时候、在生产的过程中以及在投入实际操作的工作中, 因为某些原因所导致测量用具自身出现误差。2) 测量方法误差。这里所说的误差是在测量时由于测量手法的错误而导致测量结果的偏差。3) 测量时所处的环境误差。环境误差的具体体现可能是, 在实际测量时, 会受到当地环境条件的影响。可能是当地的一些气候条件的作用, 还有周围电力磁场的影响等。4) 操作人员的误差。以人主导的测量误差是在具体测量过程中, 操作人员可能出现的测量错误。这种失误的情况较多, 且难以预估。
3 结束语
就整个社会的技术发展水平来说, 数控机床的发展应用是呈上涨的趋势, 而在数控机床的技术水平日益提高的时候, 圆度误差检测技术也随之在不断的进步发展。同时, 在电脑技术与相关视觉软件对于图像处理能力不断发展的今天, 在以后的数控机床检测方面, 非接触在线圆度误差检测一定会越来越得到重视[4]。所以, 为了在今后的圆度误差测量技术中可以有更显著的发展进步, 对于那些巨大的、非短轴型的配件的圆度检测手段的分析是十分重要的。同时, 对于电脑技术以及视觉软件对于图像的处理技术水平的整体分析思考也将是圆度误差的前进目标与工作重心。
摘要：现在社会对于科学技术的要求越来越高, 数控机床的出现则满足了这一要求。数控机床的发展在一定意义上引导着机床控制技术的前进方向。本文就数控机床圆度误差在线测量及其影响因素进行分析与研究, 使数控机床圆度误差在线测量技术更加成熟, 以至于它能更好的为现代工厂生产做出贡献。
关键词：数控机床,误差分析,影响因素
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好氧微生物耗氧速率的在线测量 篇9
人类进入21世纪后, 污水生物处理的计算机建模和优化控制成为污水处理发展的重要方向。对于好氧微生物处理过程, 传统的控制策略有时间程序控制、流量程序控制、DO限定控制等方式。这些针对物化控制参数的控制策略并不能从微生物的角度出发, 反映微生物的活性。因此, 很有必要选择一种从生物角度反映微生物状态的指标作为优化控制参数, 实现在线实时控制, 这将必然有利于好氧微生物污水处理系统和排放出水的稳定性和运行过程的经济性。
污水处理中好氧微生物的耗氧速率 (OUR) 也称呼吸速率或氧利用速率, 它是指单位时间单位体积混合液中微生物的耗氧量, 是表征好氧微生物的微生物活性状态的重要指标。
现有的测定耗氧速率的方法很多, 测量仪层出不穷, 但是其测量过程很多都是非实时、非在线的, 并不能用于污水处理厂的实时运行控制中。因此, 研制一种实时的好氧微生物耗氧速率测定仪对工业化的好氧微生物处理过程的计算机优化控制, 开发稳定、实时的耗氧速率测定仪有着十分重要的意义。
2 测量平台的设计及组成
测量平台按照功能可以分为污水处理工艺过程系统和数据采集控制系统。
2.1 污水处理工艺过程系统
本测量平台实施于某微电子厂有机污水处理系统, 该污水处理系统采用的是水解酸化-高负荷好氧生物接触氧化工艺。由废水调节池、p H调节池、水解酸化池、高负荷好氧生物接触氧化池组成, 是一套典型的A-O工艺流程。本系统中的接触氧化池是耗氧速率监测对象, 通过对接触氧化池中的好氧微生物的耗氧速率的测量, 实现对过程的优化控制。
2.2 基于TCP/I PEt her net的数据采集和控制系统
污水处理数据采集和控制系统包括:以TCP/IP协议为基础的环型以太网、监测模块 (各种监测仪器仪表以及传感器) 、I/O模块 (数据采集板卡) 、工控机、电气控制柜、仪器仪表柜和执行器 (现场控制设备) 等。
在现场控制层, 工作站接受来自中央控制层服务器的控制指令。通过I/O模块, 对现场工艺设备进行连续控制, 并实时采集工艺过程的各个状态变量以及水质监测参数。
在上位机服务器上, 利用Matlab/Simulink工具箱编制的控制模型, 通过I/O板卡, 实现对工艺现场的水质参数的在线监测和实时采集。
3 耗氧速率测量
3.1 耗氧速率测量原理
耗氧速率测量原理主要分为基于测量液相中的溶解氧浓度原理和测量气相氧气分压的原理。本文实现的耗氧速率软测量是通过测量液相中溶解氧浓度, 基于液相DO浓度的耗氧速率测量原理的总物料平衡为:
式中, So为液相的溶解氧浓度;So*为液相的饱和溶解氧浓度;SO, in为通过液相进入系统的DO浓度;KLa为氧传递系数 (基于液相体积) ;Qin为进入系统的液体流量;Qout为出系统的液体的流量;r0为液体中微生物的耗氧速率;VL为液相体积。
3.2 耗氧速率测量方法
最初的耗氧速率的测量, 是完全用手工方法实现的。其原理也主要是对气相氧气浓度的测量, 是应用一些物理原理, 如:压力法、体积法等。随着电化学溶解氧传感器的出现, 大大推进了耗氧速率测量仪的发展。对于不同的耗氧速率测量仪, 有着不同的测量过程和测量原理。
耗氧速率测定方法有很多种, 虽然其最基本的原理类似, 但是它们在具体的测量过程中还是有着一定的区别, 如:测定系统是否有DO传感器、混合液流态是否连续、呼吸室是否密闭、得出的OUR数据是否实时等。
下面通过列举两种最常见的耗氧速率测定仪, 来讨论耗氧测量的方法。
3.2.1 WARBUGE (瓦勃仪)
瓦勃呼吸速率测定仪是一种常见的测定耗氧速率的测量仪器, 其原理如下:恒温定容条件下气体量的任何变化均可反映在气压计上的压力改变。在恒温和连续搅动条件下, 一定量菌种与污水在定容反应瓶里反应, 测定由于微生物耗氧导致的反应瓶氧分压降低 (用碱液吸收所产生的CO2) , 即可推算耗氧量。
瓦勃呼吸仪是一种典型的通过测量氧气分压的耗氧速率仪, 已有很长的历史。这种方法的缺点:样品体积小, 取样要求精细, 若操作技术欠熟练, 误差较大。实验时污泥要离心、生理盐水 (或蒸馏水) 洗涤3次后方可测定, 过程比较繁琐。很难做到连续测量, 因此得到的数据只能用于废水可生化性的评估或对好氧微生物状态的评估, 也很难应用于实际污水处理过程的控制中。
其他还有一些基于气相氧气体积或者压力的测量方法, 如:容量式耗氧仪测定是在恒压系统中进行, 且用电解电池来计算氧消耗。例如SPromat (由Voith制造) 。组合式耗氧仪是在体积和压力均变化的系统中测定氧消耗。例如HACH耗氧仪 (由Voith制造) 。这些测量仪都在一定时期、一定条件下对耗氧速率的测量做出了很大的贡献。
3.2.2 耗氧速率瓶测量法
现在, 多数耗氧仪采用DO传感器测定DO浓度, 从DO浓度的变化计算耗氧速率。耗氧速率瓶测量法是较为常见的一种方法。该测量法的测量原理如下:对一定温度, 一定浓度的好氧微生物混合液进行曝气并到饱和状态。然后将上述饱和溶解氧的污泥混合液倒满内装搅拌棒的测定瓶中, 并塞上安有溶氧仪电极的橡皮塞, 保持密封并注意瓶内不应产生气泡。恒温状态下进行适当搅拌, 用DO仪测定混合液的DO浓度。由DO仪测定DO浓度随时间变化的斜率, 来测量耗氧速率。
本装置恒温密闭, 排除了气流波动和温度变化等外界因素对DO测定的影响, 适于实验室与现场测定。但是其测量过程比较复杂, 需要一定的时间, 因此其测量结果也必然为间歇式的。有一些研究人员通过增加呼吸瓶的数量, 或者改变呼吸室进出方式 (采用交叉进出) , 也可以得到一系列的测量结果。
这种方法曾被认为是标准法, 也在国内的大部分的教科书和试验指导书中使用, 但后续研究发现此法测定值低于实际值。因为在取样时刻与实际测定时刻之问的时间差内呼吸速率会迅速下降。这种测量方法的测量条件要求比较高, 对微生物浓度较高、底物浓度较高或者溶解氧浓度过低的情况下测量误差都比较大。因此在实际的污水处理过程的在线控制中, 还有一定的局限性。
类似的基于溶解氧传感器的测量方法也很多, 比如1992年Ciaccio提出的敞开式间歇呼吸仪也采用类似的方法。但要注意周围空气中氧气的影响, 而多数开式呼吸仪均连续曝气;优点在于连续输入氧气, 适应于高污泥浓度情况。
几乎上面所有的呼吸仪均可以用来测定好氧微生物悬浮物中的基质或废水的生物降解活性;但是只有能连续采集数据的呼吸仪对于实时监测曝气池中好氧微生物的耗氧速率和好氧微生物处理工艺的过程控制有实际应用意义。
3.3 实现对OUR软测量的测量原理
现在, 让我们回到最一般的情况下。对于微生物的好氧反应, 好氧微生物反应器中溶解氧浓度的变化速率可以用下式表示:
如果对于在反应过程中没有进水出水的批式反应来说, Qin=Qout=0, 则方程变为如下形式:
式中, OURex为外源耗氧速率, mg/ (L·min) ;OURen为内源耗氧速率, mg/ (L·min) 。
3.4 对KLa测量
对于一个给定的曝气设备, 其充氧能力主要和曝气流量关联。在一定曝气流量和充氧效率下, 其充氧能力可以近似地认为是不变。
曝气过程是人为地通过一些设备加速向水中传递氧的过程, 常用的曝气设备分为机械曝气与鼓风曝气两大类, 无论哪一种曝气设备, 其实质都属于氧气在水中的传质过程, 氧传递机理为双膜理论。双膜理论常用来解释气体转移的机理, 此理论基于在气液交界面存在着两层膜 (气膜与液膜) 的物理模型。在氧气的传递过程中, 阻力主要来自液膜。
从上式可见, 我们只要求出曲线Y=ln (Cs-Ct) 的斜率即为
另外, 我们还需要考虑污水的饱和溶解氧值的变化, 溶解性气体的盐析现象的存在, 以及污水中充氧修正系数α、β值, 就可以得到下面的软测量公式。
3.5 在Mat l ab中建立耗氧速率软测量模型
Matlab是美国Math Works公司出品的用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。Simulink是Matlab最重要的组件之一, 它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
将上面的软测量的公式, 用Matlab的Simulink工具进行建模, 得到模型如图2所示。
其中, 通过Simulink中建立的模型, 实现了对理论公式的运算, 并且考虑现场曝气设备的运行状态, 得到耗氧速率的实时测量结果。由于Simulink可以通过数字量输出板卡控制信号, 因此, 该模型可以应用于对污水处理过程中微生物活性的表述, 以实现从微生物活性角度的优化控制。
4 结论
本文通过对耗氧速率机理模型的讨论, 提出了对耗氧速率的软测量模型, 并使用Matlab的Simulink工具箱作为建模工具, 实现耗氧速率软测量模型的建立, 对污水处理过程控制有着重要的意义。耗氧速率在线测量, 提供了一种能直接反映微生物本身状态的指标, 它直接与微生物的生长和底物的去除相关联, 对于好氧微生物污水处理系统中, 维持微生物活性和污水处理效果和效率, 有着十分重要的意义。
摘要：耗氧速率是可以表征污水处理中好氧微生物活性的重要指标, 论文通过对耗氧速率测量原理的深入探讨, 建立了Matlab中软测量模型, 实现了对该指标的在线实时软测量。耗氧速率实时测量对于好氧微生物污水处理系统中, 维持微生物活性及污水处理效果和效率, 有着十分重要的意义。
关键词：耗氧速率,污水处理,软测量,MATLAB建模
参考文献
[1]AverillMLaw, WDavidKelton.仿真建模与分析[M].北京:清华大学出版社, 2000.
[2]Metcalf&EddyInc.废水工程处理与回用[M].北京:清华大学出版社, 2003.
[3]Manfred Schutze, Alberto Campisano, Hubert Colas, Peter Vanrolleghem, Wolfgang Schilling, Real-Time Control of Urban Water Systems, International Conference on Pumps, Electromechanical Devices and Systems Applied to Urban Water Management PEDS[M]Valencia, Spain, 2003.
在线测量技术 篇10
在原油处理和储藏过程中,原油含水率的准确性和及时性直接影响到原油处理设备的正常运行。原油含水的波动会造成管输、燃油损耗并造成原油沉降罐的运行不稳定。由于原油在开发过程中使用化学助剂,原油所含水分的成分复杂,易造成设备和管道局部穿孔[1]。因此,在线检测原油含水率是原油开采、脱水、处理、集输计量、储运销售及石油炼制等过程的重要依据。
2 联合站储罐含水率的在线测量
原油含水率在线测量是不将原油中的水分脱出,采用一套微机化系统进行测量,用单个或多个传感器探头在线实时采样。在线分析测量又分为直接测量和间接测量。直接测量是根据原油和水在许多方面的物理特性及化学特性不同,采用不同测量原理的一次表进行测量。在线测量方法主要有:密度法、电容法、微波法、短波法、放射性法、中子水分测试仪法等。长期、稳定、精确进行在线测量较为困难,主要因为:(1)产油过程中,油水成分一直不断变化,而流程中一次仪表的标定不及时;(2)目前仪器对影响测量结果的参数修正不够;(3)原油成分复杂,附着在一次表的探头表面,易形成死油、死水区;(4)基于微机处理系统的仪表精度要求高,而大部分在现场使用的油田检测仪表,无法达到此精度要求;(5)位置一般固定,难测到其他层面的含水率。
本研究采用短波吸收的原理进行原油储罐含水率在线检测。短波吸收法是将电能以电磁波的形式辐射到乳化状态存在的油水介质中,根据油、水这两种介质对短波吸收的能力的不同来检测油水乳化液中的水含量[2]。电磁波通过介质时,总是有一部分被吸收,因此电磁波的出射能量总是小于入射能量[3]。这种能量的减少服从朗伯-贝尔定律(J.H.Lamber-A.Beer),即
式中µ--介质的吸收系数;N--介质的分子数
I入--电磁波入射波强;I出--电磁波出射波强。当保持出射波强一定时,电磁波的入射波强与吸收介质分子数成指数规律变化。吸收系数由介质特性决定的,各种介质的吸收系数µ是不同的。如果吸收介质由多种物质组成,则上式应为
在原油乳化液中,上式可变为
式中µ0--原油吸收系数;N0--原油分子数;
µW--水吸收系数;NW--水分子数。
根据实验可知,µ0<<µW,所以N0变化对I入的影响很小,可设电磁波通过纯油介质的入射波强为常数,即I0=I出eµ0N0,则上式可变为
说明电磁波的入射波强只与容器里的油中含水量成指数规律变化。基于这一原理可实现对原油含水的检测。
油田联合站储罐参数自动检测系统是通过安装在油罐中垂直运动的传感器实现移动检测。传感器由短波发生器、发射体、接收体组成。发射体和接收体以原油为介质,当原油含水率发生变化时,对短波的吸收能量也发生变化,传感器将这种变化转化为4～20mA的标准信号,通过二次仪表或计算机显示出油罐参数的检测数值。在每一个采样过程中传感器自上而下降至罐底时自动停住,接着传感器自动返回上升,升至油水乳化带时,以9 5%含水率数值为界限,划分出油水界面的位置。此时,传感器以等间隔上升检测罐中不同高度油层的含水率、温度等参数。当含水率变化大时,减小油层检测间隔,直到传感器检测至液面为止。
3 联合站储罐油量的在线测量
油田联合站沉降罐参数自动检测系统如图1所示,其检测过程是:通过安装在油罐中垂直运动的传感器实现移动检测,传感器由短波发生器、发射体(探头)、接收体(护罩)组成。发射体和接收体以原油为介质,当原油含水率发生变化时,对短波的吸收能量也发生变化,传感器将这种变化转化为4～20mA的标准信号,通过二次仪表或计算机显示出油罐参数的检测数值。在每一个采样过程中:传感器自上而下降至罐底时自动停住,接着传感器自动返回上升,升至油水乳化带时,以9 5%含水率数值为界限,划分出油水界面的位置。此时,传感器以等间隔上升检测罐中不同高度油层的含水率、温度等参数。当含水率变化大(或突变)时,减小油层检测间隔(即增加测量点数),直到传感器检测至液面为止。
在储罐参数的每一个采样过程,采样点数可能不相同,并且不是等间隔采样,所以把区间(ha,hb)分成n份,即ha=h0
曲线下方夹在直线h=ih-1,h=ih之间的区域是一个曲边四边形,它的一条曲边是原曲线y=f(h)的一段弧。若把区间分得足够细,这段小弧可近似地看成一段直线,于是这个曲边四边形可近似地用一个梯形来代替,而这个梯形的面积等于
所有这种梯形面积的和等于
由此可得储罐油量的动态测量公式为
在原油生产过程中,沉降罐的油水界面ah和液面hb都是随时间在不断变化。因此,积分限是可变的,在此称(1)式为原油储罐动态油量近似计算公式。为了进一步提高计算精度,定积分的近似计算可采用抛物线法或牛顿-柯特斯法。本研究以某联合站一储罐为例,该储罐测得一组数据如表1所示。
原油含水率Cw与储罐高度h的关系曲线如图3所示。
在人工测量中,所测罐内含水率通常仅取某点垂直线上的上、中、下三点的含水率,即认为是平均含水率。实际上这种测量结果很少有代表性。由于罐内含水率是油高的非线性函数,因此本研究采用梯形近似法和多项式回归法计算储罐油量:
1、采用梯形近似法计算
由于采样间隔不同,分别为T1=0.25(m),T2=0.5(m),T3=0.1(m),T4=0.2(m),可分为4段进行计算,即
设修正系数k=1,储罐直径D=17.146(m),罐内平均温度t1=40℃,原油密度ρt1=820.3 kg/m3,储罐净油量为
2、采用多项式回归法计算
根据现场数据,设y=f(h)=1-Cw,建立y与h之间的关系,采用4段回归曲线进行拟合,分段多项式回归方程为
储罐净油量的计算式为
上式中,
设修正系数k=1,储罐直径D=17.146(m),罐内平均温度t1=40℃,原油密度ρt1=820.3 kg/m3,储罐净油量为
由梯形近似法计算得到的油量为Gd1=801.45(t),由分段曲线回归法计算得到的油量为Gd2=803.44(t),由此可见,上述近似计算方法基本上能满足工程上的要求。
4 结束语
根据原油含水率非线性分布的变化规律,分析不同工艺条件下原油储量的测量方案,提出采用变积分限和不等采样间隔的定积分近似计算原理以及采用分段多项式回归方法计算拟合曲线下的积分,建立了原油储罐油量动态测量的数学模型。通过理论与实际应用相结合解决了油田联合站脱水工艺流程沉降罐油量的动态计算,为油田联合站原油储运动态、实时盘库系统的实现提供一条可行的途径。
参考文献
[1]张帆.原油含水对管道运行的影响[J].油气储运,1998,17(8):4-6.
[2]赵千锁,徐伟.短波原油含水监测仪及其应用[J].化工自动化及仪表,1996,23(1):60-62.