动态数据采集系统误差分析
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动态数据采集系统误差分析，数据收集误差，数据收集误差
前沿：动态数据采集系统误差分析
(一)远程自动监测系统
远程自动化监测系统是地热动态监测系统信息化、标准化和提高有效数据采集率的发展目标。远程自动化监测系统具备井口数字化计量、采集地热资源采灌信息(包括流量、水温、压力、水位等),实现远程传输;终端具备数据存储和输出功能,为地热科研、资源评价、生产提供基础数据,为行政管理部门制定地热资源勘查、开发、利用管理制度和规划提供技术支持。
地区现已安装了多套 WS-1040地下水动态自动监测仪,以提升地热动态监测水平。该仪器采用进口压力传感器和温度传感器组成小巧的复合式探头,装入一个密封的不锈钢圆筒内放入井中,将水位压力信号和水温值转变为电信号,通过电缆与主机连接。探头内部有存储单元,测量的数据自动保存在存储单元内,可定期通过接口将数据调入计算机中(图6-12)。测试探头应安装在水泵进水口以上5m的位置,信号线应逐级与泵管捆绑固定,直至井口出线法兰处,要保证信号线出井口的密封。
图6-12 固定在泵管上的投入式探头和井口智能监测仪
图6-13至图6-15为市目前推行的单眼地热井井口各种监测仪器仪表的相对位置和布线示意图,以这种位置顺序和方式在采、灌井井口主管道上设计安装地热井井口监测仪器仪表,能保证观测到真实、准确的动态数据。
图6-13 开采井远程监控系统井口仪器仪表布置图
①井口装置;②蝶阀;③单阀水嘴;④温度变送器;⑤压力变送器;⑥电磁流量计;⑦除砂器
1)“DX”为管道直径,电磁流量计为表前5DX,表后为3DX;若为涡街流量计,则表前为10DX,表后为5DX;
2)管道中的阀门应按照工程要求需要设置与电磁流量计相连接的法兰为标准法兰,GB/T9119 2000;
3)为保证测量数值稳定,压力变送器与温度变送器之间间距要不小于200mm
图6-14 回灌井远程监控系统井口仪器仪表布置图
①井口装置;②蝶阀;③温度变送器;④压力变送器;⑤电磁流量计;⑥单阀水嘴;⑦液位计
1)DX为管道直径(φ150mm);
2)与电磁流量计相连的法兰为标准法兰;
3)若⑤为涡街流量计,则表前为10,表后为5
图6-15 地热回灌井智能监测系统仪器仪表布置图
由于放置于井底的自动监测系统受温度(＞80℃)、压力(液面埋深＞120m)及流体腐蚀性影响等,自动监测系统的关键部件——传感器芯片稳定性较差,传输数据误差大;加之探头捆绑固定于泵管,与下泵、提泵同步操作,安装质量不稳定,监测成本增加。因此,常常需要人工监测配合。
(二)地热井口监测仪器仪表
由于地热水质本身特点,在安装和组件中按要求施工,以保证测试数据的准确性和测试仪器仪表的使用寿命。
1.电磁流量计的安装方法
1)按图纸安装在主管道位置上,旋转倾斜角小于20°。
2)流量计受现场条件限制,不能按图纸安装时,按照产品说明书明示的其他安装方式安装,但必须安装在地热井口处所有分水管及设备之前。
3)流量计安装要严格按照管道中水流方向与箭头标识方向一致。
4)流量计主体与显示部分的信号连接严格按照说明书所示连接。
5)流量计主体配置变送器,输出直流电流信号,信号应为4～20mA。
6)正确选择流量计测试量程,兼顾冬夏季采量的变化。
7)流量计应配有出厂标定证书(仪表常数)。
2.温度传感器的安装方法
1)温度传感器主体部分按图纸安装在主管道位置上;配套附件中应包括管道螺栓盲堵,一旦探头需要拆卸及维修,应及时封堵。
2)温度传感器主体探头部位,应处于管道中心线以下。
3)探头部位应采用聚四氟护套,并根据地热水温度,选择合适的测温量程和精度。
4)温度传感器主体配戴变送器,输出直流电流信号,信号应为4～20mA。
3.压力传感器的安装方法
1)压力传感器应按图纸安装在主管道位置上;配套附件中应包括管道螺栓盲堵,一旦探头需要拆卸维修,应及时封堵。
2)压力传感器根据测试压力范围,选择合适的量程和精度。
3)压力传感器输主体配置变送器,输出直流电流信号,信号应为4～20mA。
4)凡具备安装标准井口管路的地热井口,应按照标准图进行施工或改造。
4.水位监测仪的安装方法
1)测试探头随潜水电泵一并安装,将其固定在与潜水电泵连接处第二根扬水管自下而上1m处。探头采用卡箍固定,内衬胶皮护套,固定时用力不宜过大,信号线保护套须逐节泵管捆绑固定,直至井口出线法兰处。
2)安装时探头底部测孔不得被任何物体遮挡或堵塞,不得破坏探头与通气管导线之间的密封,不得磕碰测试探头。
3)井口基座上安装出线法兰,出线后应采用压兰保证出线口密闭,防止空气泄漏,加速井、泵管腐蚀,并方便拆装。
地热井井口主要监测仪器仪表安装方式见图6-13至图6-15。
5.下位机安装的安装方法
1)需安装在方便监测、维护及环境较好的位置。
2)采用支架固定机箱;如现场条件较差或防雨措施较差,机箱上部安装遮水挡板。
3)安装机箱支架时应保证两支架水平,高低位置适合人员观测及维修。
6.电源要求
1)220V交流电源,电源容量大于500VA,有接地端。
2)在下位机附近安装电源箱,内置不少于3个两孔插座和3个三孔插座,断电保护装置及下位机接线端子若干(视测试数据的数量而定)。
7.信号传输线安装要求
1)信号传输线可采用普通信号线或屏蔽信号线,需用不同颜色信号线区分不同传感器的接地线及信号线。
2)在机房电气控制柜中,安装的电流互感器用于测量潜水泵电机变频后的电流,电流互感器的副边不得有开路。
3)各路信号线(水位测试、压力、温度及流量等)无论分线还是集中走线,要全部进入线桥(PVC管或PVC线槽),或地下走线,直至下位机电源机箱入口端,不得走明线。
8.通讯方式的安装要求
现场应安装有固定电话或网络接口,并接至下位机安装位置,以便用于连接网络通信。
井口监测仪表安装及布线见图6-16;网络监测系统见图6-17;计算机监控数据采集系统平面布置见图6-18。通过该套系统,可实现地热井口动态采集数据,由计算机按事先设定好的频率通过远程向监控中心传输,中心系统可远程掌握地热井瞬时开采量、回灌量、水位动态变化;可累计地热井开采量和回灌量,监控是否超量开采;监控中心可对数据进行存储、分析,生成必要的报表和曲线(市国土资源和房屋管理局,2006)。
图6-16 供热站井口监测仪表安装、布线图
图6-17 供热站网络监测系统图
图6-18 典型地热利用系统计算机监控数据采集系统平面布置图(图修改)
(三)数据整理
1.资料整理步骤
1)考证基本资料;
2)审核原始监测数据;
3)按照统一数据处理格式整理数据;
4)编制成果汇总的相关文字和图表;
5)原始数据建库和整编成果验收、归档。
2.基本资料的考证
1)考证包括:监测井位置、编号和热储层位等;
2)影响监测精度的因素;
3)监测井类别、监测项目、频次的变动情况;
4)监测工具精度校核情况。
经考证,若发现导致监测数据不符合设计布设目的的或测具校核不符合要求的,其相应监测数据不予整编,及时要求进行复测,并将考证结果详细阐述于成果总结中。
3.原始监测数据审核
1)监测方法和误差。
2)原始记录表填写格式。
3)各监测点监测资料的合理性检查。通过与历次数据对比分析数据的合理性,出现较大误差的数据应确定为“可疑”数据,资料使用中应不予考虑,并及时安排复测。
4)测压水头(压力)对比和分析采用历年同月静测压水头(静压力)对比分析,最好以每年集中开采期前一个月数据进行对比,出现较大误差的可采用年平均静测压水头(静压力)对比分析,并根据同月测压水头(压力)数据编制热储测压水头(压力)平面分布图。
4.水位资料整理
为消除井筒效应,在采用监测所得的不同温度下水位埋深数据资料来分析热储层动力场变化特征时,需要进行温度统一校正。由于地热流体密度与温度呈现一一对应的特点,通过线性回归计算可近似地认为二者呈线性关系,则校正水位埋深可由公式6-1来计算:
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
式中:h为校正后的水位埋深(m);H为取水段中点埋深(m);ρ平为地热井内水柱平均密度(kg/m3);h1为观测水位埋深(m);ρ1为统一温度对应的密度(kg/m3);h0为基点高度(m)。
5.压力换算
根据水位数据换算热储压力采用公式6 2进行。
P(z)=(z-s)·ρ平·g 6-2
式中:P(z)为z点热储压力(Pa);z为热储的埋深或计算深度(m);s为观测的水位埋深(m);g为重力加速度(m/s2);ρ平为地热井内水柱平均密度,即井口温度和井底温度平均值所对应的流体密度(kg/m3);
6.地热资源前景分析
在研究地热资源条件的基础上,根据监测资料编制图件,论证地热资源开发潜力、开发利用前景和地热资源开发对环境的影响,提出进一步开发利用建议。
7.地热资源监测图件编制
(1)编制原则
图件编制要素应直观反映地热资源动态,开发利用现状以及开发利用潜力及前景。
(2)编制图件内容
实际材料图:反映动态监测工作投入的实物工作,动态监测点布局。
开发利用现状图:直观表现各地区地热资源的开发利用现状。
主要热储压力(水位)平面分布图:反映近期和当前主要热储层压力(水位)分布状况,用以对比分析热储压力在开采条件下变化趋势。
主要热储压力(水位)下降速率等值线图:反映热储开发压力下降情况;要素包括压力(水位)下降速率,构造单元开采量。
主要热储流体化学图:要素包括流体水质类型分区和矿化度等值线,反映区域热储流体化学特征,分析流体补、径、排条件。
主要热储开采状况分区图:综合分析以上数据,划分开采状况分区,作为开发潜力和前景分析依据。
(四)年度动态监测报告编写
考虑到能反映完整的供暖期与非供暖期地热资源动态,年度动态数据统计周期为上一年度11月至当年10月,年度动态监测报告形成周期为上一年度11月至当年12月。
(1)年度总结重点分析热储测压水头(压力)变化,可采用以下分析方法:
1)从地热井已有监测历史数据进行对比分析,形成对比结论;
2)分区进行对比分析,阐明各分区变化趋势;
3)全区对比分析,分析全区热储压力(测压水头)变化趋势。
(2)年度总结报告主要内容
前言
主要阐述项目背景、目的和任务、完成工作量、项目经费使用情况等。
第一章 地热地质条件
主要地质背景,监测区断裂构造、储层分布、地热流体补径排特征等(根据近期地热勘查工作成果简单描述)。
第二章 开发利用现状及本年度工作
1)不同行政区、不同热储层采、灌井分布;采、灌量;资源利用状况等,形成相应图表;
2)上一年度主要监测结论、成果;
3)本年度监测网布设、数据采集、分析情况。
第三章 压力场(测压水头)动态分析
热储层测压水头动态变化趋势分析,需要根据测压水头历时曲线、下降速率发展趋势及历时曲线、平面等值线(热储测压水头、下降速率、单位降深等值线等)等相关数据处理结果和图件,得出热储压力(测压水头)横、纵向(时间、空间)上变化及分布,为开采区划提供直接依据。
回灌系统分析。分析各回灌对井利用状况,包括回灌水温、开采井热储压力(水位)和回灌井桶压力(水位)变化情况和回灌率(回灌量与开采量比值)等分析,初步分析影响回灌效果的因素,提出回灌初步建议。
建立集中开采区概念模型,并逐步完善,在此基础上利用数学模型进行短期预报。
第四章 温度场分析
分析温度场平面、纵向特征,重点分析回灌地区温度场变化情况。
第五章 流体化学特征
分析各热储层流体化学特征和流体特征离子历年变化趋势,对流体化学质量进行评价。
第六章 各热储层开采区划
根据压力(测压水头)动态下降趋势,按构造单元,以年降幅、目前测压静水头埋深情况和短期预报结果为依据划分各热储层开采区划,并针对各区特点提出地热开发利用建议。
结论和建议
结论应包括:①本年度地热井总数、开采量、回灌量;②监测网调整情况,数据采集率、质量保证程度;③分层分区开采量、回灌量、静水位、动水位(或热储压力)、降落漏斗变化、水位年降幅;④全区不同热储层化学场;⑤全区不同热储层温度场;⑥根据动态监测资料,对热储层特征、地质构造条件的新认识等。
建议应包括:①下一年度动态监测网调整、工作计划;②针对本年度监测工作中存在的问题,提出下一年度改进措施;③对地热资源开发、管理的建议。
(3)原始数据建库和资料成果验收、归档
测量系统分析时，样品一定要能代表过程变差吗？
前情提要
前面我们提到，测量系统分析是拿测量过程进行试验，通过方法一，确保了测量系统测量标准件时，测量误差能满足相应使用要求后，在实际测量过程中会有更多的导致测量误差的来源分量，此时在短期对测量过程中影响测量结果的各项因素进行有计划的安排实验，采集数据，分析他们对测量误差的影响,通常最典型的做法就是让不同的测量人员，在实际的生产环境中多次重复测量实际工件，来分析同一个人测量工件的重复性，对同一个零件测量时人员之间的变差，即通常的GRR%研究.
问:AIAG出版的MSA手册中的GRR%分析结果为什么和样品的选取高度关联?
答:AIAG出版的MSA手册中，通过有计划的一组试验获取测量数据后，分析测量过程中的再现性和重复性的变差时，如果测量目的是用来进行过程控制时，评价测量误差是否满足要求通常以总的研究变异为基准，而总的研究变异与所选样品之间的差异直接关联，故此时如果用占总研究变异做为基准，则样品的选取与结果高度相关，但现实的操作当中，这样做其实没有太多实际意义。
1、测量系统分析中测量误差评价的基准如何选取？
如上图所示，典型的GRR研究，通常用多个人，对同一个零件至少重复2次测量（AIAG的手册中推荐是3个人,每个人测量每个零件3次），在分析测量误差本身时，通常我们只关心在同一个零件上（即同一行中），不同人与人之间的再现性，以及同一个零件，同一个人的多次测量之间的重复性，这是我们真正关心的测量过程中的误差来源，而在竖着的同一列数值的差异，它是反应了零件与零件的差别，它与我们想要分析的测量误差本身并没有关系（这种差别与样品的选取高度相关）
当评价测量误差的可接受性时，AIAG手册提到需要考虑测量数据的用途
换一句话来说，评价测量误差时，需要看测量数据是用来做产品控制还是过程控制，当用来进行过程控制时，评价测量误差建议用过程变差为基准，而实际的过程变差为多少？是一个关健问题。
AIAG的MSA手册中提到有四种方法确定评估测量误差的基准，其中第一个方法用研究变异来估计过程变差，只有当所取样本能代表预期过程变差时使用，很多企业基于AIAG出版的MSA附表中的表格来计算时，默认用这种方法，这种方法的一个明显缺点就是，样品的选取直接关系到GRR%的值，即生产过程中连续取10个零件，其变差非常小，会导致总的研究变异小，GRR%不能满足要求，而特意选择或者去制造超过公差范围的产品，GRR%就能满足要求。正是因为这个原因，导致当大家测量系统分析GRR%不满足要求时，都会认为是零件所取差异不大导致。这种做法的弊端非常明显，即使测量系统的分辨率只有公差的1/10,也可以去选择或制造在公差范围两侧的零件做为GRR研究的样品，使得GRR%符合10%的要求。然而这样的做法对实际测量过程的的分析与评价并没有什么现实意义。
AIAG出版的MSA手册中的第4种方法，认为用规范公差做为评估基准时，要求pp小于1.0时用，换一句话来说，如果pp大于1.0,则过程变差会比公差小，如果连公差百分比都不满足，谈占过程变差的百分比其实没有任何意义。
在标杆工厂，对于测量系统的GRR研究的公司标准中，通常只看测量误差占公差百分比是否满足要求，如果客户有特殊要求，通常基于pp要求反推过程变差做为基准即可，那些想用实际取的零件代表过程变差，通常只是一种"美好的愿望”而已。
所以，对于测量系统分析中的GRR%研究，Qdrive建议，零件间的差异没有特别要求，分析评价GRR%时，只看公差百分比（备注：我们分析GRR%时，通常要求前期量具分辨率和方法一/线性是满足要求后才能进行的，而正是因为有了这些前提，在GRR研究中才提出用公差百分比来进行分析，如果不满足这些前提，按过程变差进行的分析，很大的可能是在做数据游戏）。
2、计数型测量系统分析对零件样品有什么要求？
在前文中提到，在得到计量型特征值数据的测量系统GRR%研究中，对取样没有特殊要求，并且评价是否满足要求时，以公差为基准，或基于pp要求推的过程变差为基准，那么在属性类的检验过程分析中，对于取样是否有要求呢？
回答是肯定的， 对于计数型测量系统，目的是去评价在分类边界处的风险，无论是量具性能曲线，信号探测理论还是假设性试验的分析，分析的结果都是为了去分析在分类边界的风险，故这种试验的取样对是否在分类边界模糊区域取到合适的样本非常敏感，甚至如果必要还需要特地去制造处在分类边界模糊区域的样品用以评价测量系统。
3、总结
在这篇短文中，我们对AIAG的MSA手册中GRR研究和检验过程能力研究的取样要求进行说明，强调实践中对于GRR%研究的通常应该以公差为基准，如果公差百分比都不满足，但过程变差能满足要求，通常只是因为在零件选取上有意而为之，这对于运用统计学方法去分析和改善测量过程并没有什么实际意义，故GRR%研究所需的样品选取，通常没有特别的要求，希望通过取样来代表过程变差往往只是"美好的愿望"(备注：过程能力研究通常需要50件零件)。但对于检验过程的能力分析，取到分类界限附近的样品确是极为关健的，因为检验过程的能力证明，通常是评价检验过程对分类边界区域的样品进行区分的能力，这个时候的样品有时甚至需要特意去制造。
补充拓展：动态数据采集系统误差分析
主要内容是造成误差的原因有哪些，可以从实验的以下几个方面入手
1、数据采集，包括实验的数据，比如测量结果是否精确，测量过程中是否有误差
2、实验步骤，操作是否规范，
3、室内环境，有没有影响实验结果的外界因素
4、室内温度，温度对此实验会不会产生影响
5、实验本身的条件，器材是否完好，器材损坏会不会对实验结果造成影响，影响大不大
主要是分析不确定度。
不确定度有A类和B类，具体的我就不说了，教材上写了十页左右。。自己翻书看看吧 本回答被提问者和网友采纳