李媛，劉文秀

（天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，天津，300191）

0 引言

在環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)中，多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀發(fā)揮著極其重要的作用，而多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀檢測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度對整個監(jiān)測工作產(chǎn)生著重要的影響，因此在環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)中，多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀的性能起著至關(guān)重要的作用。如何保證多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀的性能滿足要求成為環(huán)境空氣質(zhì)量領(lǐng)域極其關(guān)心的問題。當(dāng)多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀存在檢測結(jié)果偏差較大的問題時，會嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量監(jiān)測的結(jié)果。因此，在多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀應(yīng)用之前需要對氣體校準(zhǔn)儀進(jìn)行流量偏差檢測，以保證所使用的多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀的流量偏差符合要求。

本文基于對多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀的偏差檢測系統(tǒng)進(jìn)行自動檢測的方法，由原有的人工逐個檢測方法改為自動檢測，進(jìn)而大幅提高檢測效率。

1 實(shí)現(xiàn)方法

1.1 系統(tǒng)的組成

多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀的流量偏差檢測系統(tǒng)包括：校準(zhǔn)儀101、流量計(jì)102、工控機(jī)103、多串口通信卡104、數(shù)字量采集器105、開關(guān)電源106、電磁閥107和接口轉(zhuǎn)換器108。

校準(zhǔn)儀為多個；每個校準(zhǔn)儀的氣體入口均與零氣源連通，每個校準(zhǔn)儀的氣體出口均與流量計(jì)的氣體入口連通；在每個校準(zhǔn)儀的氣體入口處均設(shè)置有一個電磁閥；工控機(jī)的通信接口與多串口通信卡的總線接口連接，多串口通信卡的多個端口分別與流量計(jì)、數(shù)字量采集器和多個校準(zhǔn)儀電連接；數(shù)字量采集器的多個輸出接口分別與多個電磁閥電連接；校準(zhǔn)儀用于控制并采集管道內(nèi)的流量大??；工控機(jī)用于向校準(zhǔn)儀輸出流量指令并采集所述校準(zhǔn)儀的流量大小，還用于打開待測校準(zhǔn)儀所對應(yīng)的電磁閥，關(guān)閉除待測校準(zhǔn)儀所對應(yīng)的電磁閥以外的電磁閥，并采集所述流量計(jì)的流量值；在同一時刻，最多只有一個電磁閥處于打開狀態(tài)。

流量計(jì)進(jìn)行平行試驗(yàn)的系統(tǒng)中，多串口通信卡的型號為MOAX CP-168U，數(shù)字量采集器的型號為C2000 MD88；校準(zhǔn)儀的數(shù)量為3個，多串口通信卡的COM3～COM5接口分別連接一個校準(zhǔn)儀；多串口通信卡的COM4接口與所述流量計(jì)電連接；多串口通信卡的COM10接口通過接口轉(zhuǎn)換器與數(shù)字量采集器連接。

1.2 實(shí)現(xiàn)過程

1.2.1 流量值測定流程

打開待測校準(zhǔn)儀的氣體入口處的電磁閥，關(guān)閉除待測校準(zhǔn)儀以外的校準(zhǔn)儀的氣體入口處的電磁閥。向待測校準(zhǔn)儀通入零氣，同時向待測校準(zhǔn)儀發(fā)送預(yù)設(shè)的流量指令，使待測校準(zhǔn)儀按照預(yù)設(shè)的流量指令調(diào)整開合程度；實(shí)時獲取待測校準(zhǔn)儀檢測的流量值，根據(jù)待測校準(zhǔn)儀檢測的流量值判斷流量是否穩(wěn)定。

當(dāng)流量穩(wěn)定后獲取流量穩(wěn)定后的待測校準(zhǔn)儀與流量計(jì)檢測到的流量值；判斷是否所有的校準(zhǔn)儀均完成檢測，得到第一判斷結(jié)果；若第一判斷結(jié)果表示否，則更換待測校準(zhǔn)儀并返回步驟“向待測校準(zhǔn)儀發(fā)送流量指令，使待測校準(zhǔn)儀按照流量指令調(diào)整開合程度”；若第一判斷結(jié)果表示是，則根據(jù)流量穩(wěn)定后的待測校準(zhǔn)儀與流量計(jì)檢測到的流量值判斷各個校準(zhǔn)儀的檢測偏差。

實(shí)時獲取待測校準(zhǔn)儀檢測的流量值，根據(jù)待測校準(zhǔn)儀檢測的流量值判斷流量是否穩(wěn)定，具體包括：向待測校準(zhǔn)儀發(fā)送流量指令的時刻為初始時刻；實(shí)時并連續(xù)獲取所述校準(zhǔn)儀的流量值，得到實(shí)時流量序列；判斷當(dāng)前時刻距離所述初始時刻的時長是否大于第一預(yù)設(shè)時長，得到第二判斷結(jié)果；若第二判斷結(jié)果表示否，則繼續(xù)獲取校準(zhǔn)儀的流量值；若第二判斷結(jié)果表示是，則判斷當(dāng)前時刻與距離當(dāng)前時刻的時長為第二預(yù)設(shè)時長的時刻之間的時間段的流量值是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，得到第三判斷結(jié)果；第二預(yù)設(shè)時長小于所述第一預(yù)設(shè)時長；若第三判斷結(jié)果表示是，則確定所述第一判斷結(jié)果為流量穩(wěn)定；若第三判斷結(jié)果表示否，則獲取下一流量值，并更新當(dāng)前時刻為下一流量值所對應(yīng)的時刻；判斷更新后的當(dāng)前時刻距離所述初始時刻的時長是否小于第三預(yù)設(shè)時長，得到第四判斷結(jié)果；所述第三預(yù)設(shè)時長大于所述第一預(yù)設(shè)時長；若第四判斷結(jié)果表示是，則返回步驟“判斷當(dāng)前時刻與距離當(dāng)前時刻的時長為第二預(yù)設(shè)時長的時刻之間的時間段的流量值是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)”；若第四判斷結(jié)果表示否，則確定所述第一判斷結(jié)果為流量異常，發(fā)出故障報警。

向校準(zhǔn)儀發(fā)送所述預(yù)設(shè)的流量指令，使所述待測校準(zhǔn)儀按照預(yù)設(shè)的流量指令調(diào)整開合程度，具體包括：每隔第四預(yù)設(shè)時長向待測校準(zhǔn)儀發(fā)送一次預(yù)設(shè)的流量指令，發(fā)送順序?yàn)榘凑疹A(yù)設(shè)流量值從低到高的順序依次發(fā)送。

1.2.2 流量值判定方法

多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀流量的偏差檢測方法，是根據(jù)流量穩(wěn)定后的待測校準(zhǔn)儀與流量計(jì)檢測到的流量值判斷各個校準(zhǔn)儀的流量偏差是否合格。

利用線性回歸算法，即Excel軟件中的slope函數(shù)和intercept函數(shù)計(jì)算流量穩(wěn)定后待測校準(zhǔn)儀檢測到的流量值與流量穩(wěn)定后流量計(jì)檢測到的流量值之間的斜率和截距；利用相關(guān)性函數(shù)，即Excel軟件中的correl函數(shù)計(jì)算流量穩(wěn)定后待測校準(zhǔn)儀檢測到的流量值與流量穩(wěn)定后流量計(jì)檢測到的流量值之間的相關(guān)系數(shù)。將斜率、截距和相關(guān)系數(shù)均與對應(yīng)的預(yù)設(shè)閾值范圍進(jìn)行對比，進(jìn)而確定待測校準(zhǔn)儀的流量檢測偏差是否合格。

2 數(shù)據(jù)分析

該實(shí)驗(yàn)以美國熱電公司的多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀146I為例，對3臺146I的零氣質(zhì)量流量計(jì)分別進(jìn)行2、3、4、5、6、7、8 L/min7個點(diǎn)的流量自動檢測，每個流量值檢測三次，檢測結(jié)果見表1和圖1。

圖1 多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀的偏差檢測系統(tǒng)連接圖

表1 多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀流量偏差檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì) 單位：（L/min）

圖1 不同標(biāo)準(zhǔn)流量值下流量偏差檢測結(jié)果

結(jié)果顯示，3臺多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀146I流量值的準(zhǔn)確度測試結(jié)果中1#校準(zhǔn)儀3個流量值超出了規(guī)范中要求的+1%的范圍，分別為：2.953、2.963和3.954（L/min）；2#校準(zhǔn)儀4個流量超標(biāo)值，分別為：2.966、3.954、3.959、3.955和4.945（L/min）；3#校準(zhǔn)儀流量值均能達(dá)到規(guī)范要求。3臺校準(zhǔn)儀的截距a、斜率b和相關(guān)系數(shù)r的值均能滿足a<滿量程+1%、0.99≤b≤1.01和r>0.9999的指標(biāo)要求。

1#校準(zhǔn)儀流量自動檢測結(jié)果中，14%流量值的準(zhǔn)確度不合格；2#校準(zhǔn)儀19%流量值的準(zhǔn)確度不合格；2#校準(zhǔn)儀的流量值全部合格。針對檢測結(jié)果，可以對1#和3#校準(zhǔn)儀零氣質(zhì)量流量計(jì)未達(dá)到指標(biāo)要求的流量點(diǎn)，3、4和5 L/min的流量點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)后再次進(jìn)行自動檢測。

3 結(jié)論

多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀的偏差檢測系統(tǒng)進(jìn)行自動檢測的方法，可以大幅提高檢測效率。構(gòu)建多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀的偏差檢測系統(tǒng)，對流量偏差進(jìn)行維穩(wěn)判定，利用線性回歸算法獲得流量偏差的指標(biāo)結(jié)果，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)再次驗(yàn)證該方法可以精準(zhǔn)針對流量值準(zhǔn)確度不合格的流量點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)后再次進(jìn)行自動檢測，進(jìn)而可以將自動檢測取代原有的人工逐個檢測方法。