CN113390452B - 一种开关型仪表校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开关型仪表校准方法及装置，该方法将开关型仪表的开关状态切换时对应的物理量检测分离为独立检测通道，分别记录物理量和该物理量对应的时间戳，以及开关信号和该开关信号对应的时间戳，并以开关型仪表的开关状态切换时的时间戳为媒介，确定开关动作值，有助于消除因信号传输、判断导致的时间延时偏差，降低对检测/校准系统信号传输实时性的要求。

Description

一种开关型仪表校准方法及装置

技术领域

本发明涉及开关型仪表的校准技术，具体涉及一种开关型仪表校准方法及装置。

背景技术

开关型仪表在温度、压力等控制领域是一种常见的控制设备，例如，温度开关、压力开关(用于温度、压力领域的开关型仪表)是温度/压力达到特定值产生开关动作的元件或装置，主要由温度敏感元件/压力感应元件和动作开关等组成，起到控制、保护和限制的作用，广泛应用于电动机、家用电气等；开关动作值是其关键的指标，特别是高精度控制场合，开关动作值更是影响控制效果的关键因素。因此，开关型仪表需要定期校准其开关动作值。

传统的开关型仪表的校准过程为(以压力开关校准为例)：首先配置一可控的压力源和标准器，并将标准器和被校准开关型仪表与压力源接通；然后对压力源升压或降压；当压力开关动作时，立即读取标准器上的压力示值，并将标准器上的压力示值与压力开关的整定压力进行比较，得到实测误差。

温度开关型仪表校准原理同理。上述过程中，人为读取标准器上的压力示值存在较大的人为误差，个人的反应时间和判断时间不同，读取压力示值也不同；为消除人为影响因素，现在普遍由人为读取示值改为由计算机/处理器(控制单元)进行判断、读取，即随着压力持续上升或下降，标准器周期性地读取压力值，开关型仪表发生动作时，动作信号传送至控制单元，控制单元根据动作信号立即获取并记录标准器当前检测的压力值作为开关型仪表的动作值。

但在校准过程中，压力源提供的压力是随时间变化的，从开关动作发生到当前压力值的读取，中间包括开关信号的传输和处理，不可避免存在时间间隔；另一方面，压力值采样是离散的，基于前述时间间隔，可能出现，开关动作发生于前一时刻，控制单元在当前时刻获取动作信号并执行压力获取，此时控制单元获取的压力值是当前时刻的，发生采样时间的延迟。以上两个方面导致，现有开关型仪表的校准存在系统误差。

发明内容

本发明提供一种开关型仪表校准方法，以便尽可能消除由于信号传输导致的开关动作值的系统误差以及消除对数据传输实时性的高度依赖。

本发明采用以下技术方案：

一种开关型仪表校准方法，包括以下步骤：

检测步骤，按照预设的第一采样频率检测施加于被校开关型仪表的随时间变化的物理量的值，并记录每一物理量值对应的物理量时间戳；按照预设的第二采样频率检测被校开关型仪表的开关信号，并记录获取的开关信号及其对应的开关时间戳；其中，物理量检测与开关信号检测独立并行进行，所述开关信号是被校开关型仪表的开状态或关状态的电信号，所述物理量随时间变化包括物理量值逐渐上升或逐渐下降；

校准值确定步骤，根据开关时间戳、物理量时间戳以及物理量时间戳所对应的物理量值，确定被校开关型仪表的开关动作值，该开关动作值作为被校开关型仪表发生开关状态切换时的物理量校准值。

上述开关型仪表校准方法中，所述校准值确定步骤包括：

找到与所述被校开关型仪表发生开关状态切换时的开关时间戳的时刻相同的物理量时间戳，将该物理量时间戳所对应的物理量值作为该开关型仪表的开关动作值；或者，

找到与所述被校开关型仪表发生开关状态切换时的开关时间戳的时刻最接近的物理量时间戳，将该物理量时间戳所对应的物理量值作为该开关型仪表的开关动作值；或者，

选取所述被校开关型仪表发生开关状态切换时的开关时间戳之前、之后或者之前和之后的一段时间内的若干个物理量值，并对选取的物理量值进行拟合，将开关时间戳对应的物理量拟合值作为开关型仪表的开关动作值。

上述开关型仪表校准方法中，所述检测步骤中，检测过程中，设定开关型仪表的开关动作值的预判值NV₀为基准，将NV₀-ΔNV值处作为上调节点，从上调节点开始，使施加于被校开关型仪表的物理量相对于上调节点之前以较低的速率上升，或者，将NV₀+ΔNV值处作为下调节点，从下调节点开始，使物理量相对于下调节点之前以较低的速率下降，其中，ΔNV为预设的物理量阈值。

上述开关型仪表校准方法中，所述校准值确定步骤之前还包括偏差校正步骤，物理量检测与开关状态切换信号检测的工作时钟相对于同一基准进行偏差校正。

上述开关型仪表校准方法中，偏差校正步骤包括：

在同一时刻获取物理量检测的第一时钟信号和开关信号检测的第二时钟信号；

记录该时刻第二时钟信号和第一时钟信号相对于同一基准的对应关系，利用各自对应关系分别对物理量时间戳和开关时间戳进行偏差校正，所述基准为同一时刻的系统时钟信号；或者

以第二时钟信号和第一时钟信号中的任一个为所述基准，记录该时刻第二时钟信号和第一时钟信号的对应关系，利用该对应关系对物理量时间戳或开关时间戳进行偏差校正。

上述开关型仪表校准方法中，偏差校正步骤在检测步骤前进行，或者与检测步骤并行进行，或者在校准值确定步骤和检测步骤之间进行。

上述开关型仪表校准方法中，第一采样频率和第二采样频率相等，且开关信号检测和物理量检测的起始时刻同步，物理量时间戳和开关时间戳依照采样顺序用排序序号表示，校准值确定步骤中，将与所述开关型仪表的开关状态切换时对应的开关时间戳序号相同的物理量时间戳所对应的物理量值作为开关型仪表的开关动作值。

本发明还提供一种开关型仪表校准装置，该校准装置包括处理模块、第一数据获取部和第二数据获取部，处理模块分别与第一数据获取部和第二数据获取部信号连接，处理模块被配置为：

从第一数据获取部获取施加于开关型仪表的随时间变化的物理量的值，以及每一物理量值对应的物理量时间戳；

从第二数据获取获取开关型仪表的开关信号，以及该开关信号对应的开关时间戳；

根据开关状态切换时的开关时间戳、物理量时间戳以及物理量时间戳所对应的物理量值，确定开关型仪表的开关动作值。

上述开关型仪表校准装置中，第一数据获取部为物理量检测模块，物理量检测模块被配置为以第一采样频率检测施加于开关型仪表的随时间变化的物理量的值，并记录每一物理量值对应的物理量时间戳；

第二数据获取部为开关检测模块，开关检测模块被配置为以第二采样频率检测开关型仪表的开关信号，并记录获取的开关信号及其对应的开关时间戳。

上述开关型仪表校准装置中，第一采样频率与第二采样频率相等，且开关信号检测和物理量检测的起始时刻同步，处理模块被配置为将物理量时间戳和开关时间戳依照采样顺序用排序序号表示，将与开关状态切换时对应的开关时间戳序号相同的物理量时间戳所对应的物理量值作为开关型仪表的开关动作值。

上述开关型仪表校准装置中，被校准的开关型仪表为压力开关仪表，处理模块从第一数据获取部获取校准过程中的压力值以及对应的压力时间戳；或者

被校准的开关型仪表为温度开关仪表，处理模块从从第一数据获取部获取校准过程中的温度值以及对应的温度时间戳；或者

被校准的开关型仪表为过程信号开关仪表，处理模块从从第一数据获取部获取校准过程中的过程信号值以及对应的过程时间戳。

上述开关型仪表校准装置还包括一处理模块信号连接的物理量源模块，物理量源模块用于为开关型仪表提供变化的物理量，处理模块还配置为向物理量源模块发送控制指令，检测过程中，设定开关型仪表的开关动作值的预判值NV₀为基准，将NV₀-ΔNV值处作为上调节点，从上调节点开始，使施加于被校开关型仪表的物理量相对于上调节点之前以较低的速率上升，或者，将NV₀+ΔNV值处作为下调节点，从下调节点开始，使物理量相对于下调节点之前以较低的速率下降，其中，ΔNV为预设的物理量阈值。

上述开关型仪表校准装置中，所述开关检测模块设置多个，物理量源模块同时为多个独立并行的开关检测模块提供同一变化的物理量，用于实现多个开关型仪表同时校准。

本发明由于采取以上设计，具有如下特点：

1)本发明通过将开关型仪表的开关动作值检测中的物理量检测分离为独立检测通道，分别记录物理量和该物理量对应的时间戳，以及开关信号和开关信号对应的时间戳，并以开关型仪表的开关状态切换时的时间戳为媒介，确定开关动作值(即开关状态切换时的物理量值)，有助于消除因信号传输、判断导致的时间延时偏差(系统误差)，降低对检测/校准系统信号传输实时性的要求。

2)本发明在校准时通过对独立通道的时钟模块进行偏差校正，消除了由于不同时钟模块的时间偏差造成的校准偏差。

3)一些情况下，由于采样频率的限制，物理量对应的时间戳与开关状态切换时的开关时间戳并非完全吻合，本发明通过在开关型仪表的开关动作值的预判值附近的一定范围内，降低物理量值的变化速率，尽可能减小因存在时间戳不对应导致的物理量偏差。

附图说明

图1为本发明开关型仪表校准系统的实施例一的结构示意图；

图2为本发明开关型仪表校准系统的实施例二的结构示意图；

图3为本发明开关型仪表校准方法的一个实施例的流程示意图。

主要标号：

110-MCU主板，111-主控芯片，112-系统时钟模块；120-开关检测模块，121-开关信号处理单元，122-开关检测时钟模块；130-压力检测模块，131-压力信号处理单元，132-压力检测时钟模块，133-压力传感器；140-压力源模块；

200-压力开关。

具体实施方式

本发明中开关型仪表包括但不限于压力开关(例如安全阀)、温度开关、电测开关，其中，电测开关包括测量电路和开关电路，当电物理量(例如电压、电流等)达到特定值时产生开关电信号，用于对电物理量的工作范围进行限制。本发明提供的开关型仪表校准方法适用于上述任一种开关型仪表，实现该方法的校准系统的结构形式因校准的物理量不同，选用的硬件结构、产品型号和电路参数有所不同。

为了尽可能消除由于信号传输导致的开关动作值的系统误差以及消除对数据传输实时性的高度依赖，本发明提供一种开关型仪表校准装置，该装置包括处理模块、第一数据获取部和第二数据获取部，处理模块分别与第一数据获取部和第二数据获取部信号连接，处理模块被配置为：

从第一数据获取部获取施加于开关型仪表的随时间变化的物理量的值，以及每一物理量值对应的物理量时间戳；

从第二数据获取获取开关型仪表的开关信号，以及开关信号对应的开关时间戳；

根据开关状态切换时的开关时间戳、物理量时间戳以及物理量时间戳所对应的物理量值，确定开关型仪表的开关动作值。

第一数据获取部为物理量检测模块，物理量检测模块被配置为以第一采样频率检测施加于开关型仪表的随时间变化的物理量的值，并记录每一物理量值对应的物理量时间戳；

第二数据获取部为开关检测模块，开关检测模块被配置为以第二采样频率检测开关型仪表的开关信号，并记录获取的开关信号及其对应的开关时间戳，其中，所述开关信号是被校开关型仪表的开状态或关状态的电信号。

被校准的开关型仪表为压力开关仪表，处理模块从第一数据获取部获取校准过程中的压力值以及对应的压力时间戳；或者

被校准的开关型仪表为温度开关仪表，处理模块从从第一数据获取部获取校准过程中的温度值以及对应的温度时间戳；或者

被校准的开关型仪表为过程信号开关仪表，处理模块从从第一数据获取部获取校准过程中的过程信号值以及对应的过程时间戳。

基于上述装置，本发明还提供一种开关型仪表校准方法，包括：

检测步骤，按照预设的第一采样频率检测施加于开关型仪表的随时间变化的物理量的值，并记录每一物理量值对应的物理量时间戳；按照预设的第二采样频率检测开关型仪表的开关信号，并记录获取的开关动作信号及其对应的开关时间戳；其中，物理量检测与开关信号检测独立并行进行，所述物理量随时间变化包括物理量值逐渐上升或逐渐下降；

校准值确定步骤，根据开关状态切换时的开关时间戳、物理量时间戳以及物理量时间戳所对应的物理量值，确定被校开关型仪表的开关动作值，该开关动作值作为被校开关型仪表开关状态切换时的物理量校准值。

具体的，校准值确定步骤包括：

找到与所述被校开关型仪表发生开关状态切换时的开关时间戳的时刻相同的物理量时间戳，将该物理量时间戳所对应的物理量值作为为该开关型仪表的开关动作值；或者，

找到与所述被校开关型仪表发生开关状态切换时的开关时间戳的时刻最接近的物理量时间戳，将该物理量时间戳所对应的物理量值作为该开关型仪表的开关动作值；或者

选取所述被校开关型仪表发生开关状态切换时的开关时间戳之前、之后或者之前和之后的一段时间内的若干个物理量值，并对选取的物理量值进行拟合，则开关时间戳对应的物理量拟合值作为开关型仪表的开关动作值。

下面以压力校准装置为例，结合具体实施例和附图，对本发明开关型仪表校准方法及系统进行详细描述。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

实施例一：

参见图1，压力(仪表)校验仪，可用于对压力开关200(即开关型压力仪表)进行校验，这里，处理模块为MCU主板110，第二数据获取部为开关检测模块120，第一数据获取部为压力检测模块130，开关检测模块120和压力检测模块130分别和MCU主板110信号连接。

MCU主板110包括主控芯片111和系统时钟模块112，主控芯片111作为压力校验仪的中央处理单元，负责压力校准过程的控制、管理以及压力校准数据的处理，系统时钟模块112可以为其他模块提供时间基准。

开关检测模块120包括开关信号处理单元121和开关检测时钟模块122，开关信号处理单元121用于对输入的模拟开关信号进行处理，并将处理后的开关信号传输至MCU主板110，开关检测时钟模块122用于为开关检测模块120工作提供时钟服务和控制信号。可选的，开关检测模块120可独立设置，也可以集成至MCU主板110中。

压力检测模块130包括压力信号处理单元131、压力检测时钟模块132和压力传感器133，压力传感器133用于检测压力源模块140提供的压力，压力信号处理单元131获取压力传感器133检测的压力模拟信号(例如4-20mA)进行处理，并将处理后的信号传输至MCU主板110，同样，压力检测时钟模块132用于为压力检测模块130工作提供时钟服务和控制信号。

完成压力开关200的校准还需要配置一压力源模块140，该压力源模块140可以配置在压力校验仪内，也可以外置，压力源模块140可以在MCU主板110的控制下产生预定压力，压力源模块140的压力通过压力管路与压力开关200连通，压力检测模块130的压力传感器133串接在上述压力管路中用于实时检测压力值，其中，压力传感器133为标准压力传感器；若压力源模块140为外置模块，则压力源模块的控制可以无需MCU110参与，例如，可以采用人工手动控制压力源。

以0.5V-4.5V压力开关为例，工作状态下，施加于压力开关上的压力在低于阈值压力时，压力开关会输出第一电信号(4.5V，表示导通状态)，施加于压力开关上的压力在大于等于阈值压力时，压力开关会输出第二电信号(0.5V，表示关断状态)，开关检测模块120的开关信号检测单元121可准确识别这种高低电压信号之间的变换。

本领域技术人员可知，压力开关200的开关状态切换时的开关信号检测精度与处理器的开关信号(开状态或关状态信号)采样频率正相关，应用场合不同要求的开关采样频率也不同，一般开关采样频率满足检测精度要求。以下内容均是在开关采样频率满足要求的前提下进行的，对此不再赘述。

压力开关200的校准过程如下：

压力源模块140持续升压或降压，压力传感器133按照预设的采样频率检测压力管路内的压力值，压力信号处理单元121接收压力传感器133检测的压力值进行处理，同时基于压力检测时钟模块132生成该压力值检测对应的压力时间戳，压力检测模块130将检测的一个压力值和该压力值检测时刻的一个压力时间戳封装成一个压力数据(数字量)周期性传输至MCU主板110，并存储在MCU主板110的存储器内。

同时，当压力源模块140提供的压力到达开关型压力仪表对00的压力阈值时，开关型压力仪表发生关断或打开动作，开关信号处理单元121按照预设的采用频率检测并记录开关信号及其对应的开关时间戳，开关检测模块120将开关信号和该信号产生的开关时间戳封装为开关数据发送至MCU主板110，并存储在MCU主板110的存储器内。

MCU主板110的主控芯片111以开关数据中的所述压力开关200的开关状态切换时的开关时间戳为基准，找到与该开关时间戳时刻相同的压力时间戳(如果有)，则将该压力时间戳对应的压力值作为压力开关200的开关动作值；或者，找到与所述压力开关200的开关状态切换时的开关时间戳最接近的压力时间戳，则将该压力时间戳所对应的压力值作为压力开关200的开关动作值；或者选取所述压力开关200的开关状态切换时的开关时间戳之前、之后或者之前和之后的一段时间内的若干个压力值，并对选取的压力值进行拟合(例如最小二乘拟合)，则该开关时间戳对应的压力拟合值作为开关型仪表的开关动作值。

一些应用场景中，开关检测模块120和压力检测模块130的采样频率不同，由此产生的结果是，所述压力开关200的开关状态切换时的开关时间戳时刻和压力时间戳时刻并不对应，例如该开关时间戳时刻对应于两个相邻压力时间戳时刻之间，此时，前一时刻的压力值对应于压力开关状态切换前的压力值，理论上，从前一时刻到该开关时间戳时刻，压力存在极小变化，后一时刻的压力值对应于压力开关变动后的压力值，理论上，从该开关时间戳时刻到后一时刻，压力也存在极小变化，且这两种变化的变化方向是相反的，从提高校准精确度的角度出发，需要尽可能地减少这一极小的压力变化。

优选的，通过尽可能减小开关动作前后时刻的压力变化速率来减小检测得到的开关动作时的压力值偏差：即所述压力开关200的开关状态切换时的开关时间戳时刻和压力时间戳时刻之间的时间偏差(以下简称时间戳偏差)ΔT0导致的开关动作时的压力值的偏差，主要取决于该开关动作时压力源模块140的压力变化速率v，压力变化速率越快，压力值偏差(ΔT0×v)越大，为尽可能减小该压力偏差值，采用以下方案：

预判压力开关200的开关动作值P₀，预判方法包括基于压力开关的标称开关动作值(整定压力)，或者从压力开关最近一次校准记录中获取动作压力值，或者在正式校准之前，进行一次预测(预测量过程可以使用较快的压力变化速率进行，不考虑测量精确度和可信度)，根据预测量结果确定动作压力值。

以压力开关200的开关动作值的预判值P₀为基准，在升压过程中，先以较高的速率升压，当压力达到P₀-ΔP时，ΔP优选为P₀的5％-20％，压力源模块140以较低的速率升压；在降压过程中，先以较高的速率降压，当压力达到P₀+ΔP时，压力源模块140以较低的速率降压。

MCU主板110的主控芯片111根据接收的压力检测值，生成控制指令发送给压力源模块140，控制压力源模块140的压力变化速率。

一些应用场景中，由于压力检测模块130和开关检测模块120具有各自的工作时钟，上述校准过程对各工作时钟的同步性有要求，否则获取的开关物理量存在较大的偏差。为此，本发明在校准时对压力检测模块130和开关检测模块120的工作时钟相对于同一基准进行偏差校正。

一种偏差校正通过软件方式实现，获得开关检测时钟模块122相对于系统时钟模块112的第一同步时间偏差ΔT1和压力检测时钟模块132相对于系统时钟模块112的第二同步时间偏差ΔT2，即：

在校准前或者校准中，同一时刻，MCU主板110同时从开关检测模块120和压力检测模块130获取开关检测时钟模块122对当前时刻的计时信号t₁和压力检测时钟模块132对当前时刻的计时信号t₂，同时，从系统时钟模块112获取当前时刻的系统计时信号t₀，计算第一同步时间偏差ΔT1＝t₁-t₀，对开关时间戳进行修正，即可得到以系统时钟为基准的开关动作数据；计算第二同步时间偏差ΔT2＝t₂-t₀，对压力时间戳进行修正，即可得到以系统时钟为基准的压力量数据。

可以理解的，具体的实施中，可以省略系统时钟，而以开关检测时钟模块122或者压力检测时钟模块132中的一个作为基准，此时只需要获取开关检测时钟模块122相对于压力检测时钟模块132的第三同步时间偏差ΔT3，对压力时间戳或开关时间戳进行偏差校正。

本领域技术人员可知的，还可由其它偏差校正的技术方案，具体实施例中不再一一列举，实际校准作业中择其一执行即可。

在开关信号检测的采样频率和压力值检测的采样频率相等，且开关信号检测和压力值检测的起始时刻同步的情况下，压力时间戳和开关时间戳可依照采样顺序用排序序号表示。

具体的，MCU主板110同时向开关检测模块120以及压力检测模块130发送频率同步指令，频率同步指令中包括频率值，例如每两个相邻时刻间的时间间距为50ms(即每秒钟采样20次)，开关检测模块120被配置为在获取频率同步指令后，按照前述频率值执行计时以及开关信号的检测，压力检测模块130被配置为在获取频率同步指令后，按照前述频率执行计时以及压力信号的检测，在此基础上，开关检测模块120按照前述采样频率周期性的检测开关状态，当压力开关200的开关动作触发时，开关检测模块120获取并产生开关动作数据的时刻一定为50ms的某个倍数点，压力检测模块130以50ms为间隔周期性地获取压力数据，基于此，按照开关数据中的时间戳，必然能找到一个和其时间戳时刻相同(在允许误差范围内)的压力数据。在此实施例中，压力时间戳和开关时间戳的起始时刻同步，压力检测模块130与开关检测模块120的样本采集频率相同，则压力时间戳和开关时间戳可以用顺序数字(例如第XX个)等非时间单位来进行计数，这种方式可以理解为是对时间的一种单位转换。将与所述压力开关200的开关状态切换时的开关时间戳序号相同的压力时间戳所对应的压力值作为压力开关200的开关动作值。

该校准方案中，压力检测模块130和开关检测模块120同时且独立进行检测，两个模块互不干扰的进行检测，并记录检测量对应的时间戳，并以时间戳为基准媒介，将开关型仪表的开关动作值检测中的物理量检测分离为两个独立检测通道，有助于减小因信号传输、判断导致的时间延时偏差，降低检测/校准系统的信号传输的实时性要求，同时，在作业过程中，理论上实现了压力信号和开关动作信号的同步采集而非先后采集，消除了现有技术方案中的系统误差。

实施例二：

如图2所示，为校准开关型压力仪表的压力校准系统的实施例二，该实施例与实施例一不同之处在，压力校准系统包括多个开关检测模块120，且每一开关检测模块120可用于检测一个压力开关200，多个开关型压力开关200共用一个压力源模块140和一个压力检测模块130，即多个开关检测模块120分别连接至MCU主板110，多个压力开关200通过压力管路与压力源模块140连通且相互连通，压力检测模块130的压力传感器133串接在压力源模块140的压力管路上。各模块的结构与功能与实施例一相同，这里不再赘述。

实施例二的压力校准系统可实现多个压力开关200同时校准，多个开关检测模块120之间相互独立工作，记录各自压力开关200的开关信号及其开关时间戳，各开关检测模块120传输至MCU主板110的压力数据存入对应的存储单元，通过存储单元地址来区分不同通道的压力开关200；确定开关压力值时，均以压力检测模块130记录的压力值及其压力时间戳为基准。其他校准过程与实施例一基本相同，这里不再赘述。

显然，上述校准过程也适用于其他开关型仪表的校准，例如开关型温度仪表，只需将压力源模块140替换为温度源模块，压力检测模块130替换为温度检测模块即可，其中，温度检测模块包括温度信号处理单元、温度检测时钟模块和温度传感器。

方法：

基于上述校准策略，本发明提供一种开关型仪表校准方法，该方法适用于开关型仪表的开关动作值的校准，开关型仪表为施加于该开关型仪表上的特定物理量的值在上升过程中或下降过程中达到特定值时产生开关动作的元件或装置。

该开关型仪表校准方法包括以下步骤：

检测步骤，按照预设的第一采样频率检测施加于开关型仪表的随时间变化的物理量的值，并记录每一物理量值对应的物理量时间戳；按照预设的第二采样频率检测开关型仪表的开关信号，并记录获取的开关信号及其对应的开关时间戳；其中，物理量检测与开关信号检测独立并行进行，所述开关信号是被校开关型仪表的开状态或关状态的电信号，所述物理量随时间变化包括物理量值逐渐上升或逐渐下降。

本领域技术人员可知的，实际检测中，开关动作值即到开关状态切换时检测到的物理量值，物理量检测至少在开关型仪表发生动作及其附近时间内，持续测量并记录这一时间内的物理量及其对应时刻的时间戳。判断开关型仪表即将或可能发生动作的点，在接近该点或者之前即开始进行物理量的持续测量和记录即可实现对开关型仪表发生动作及其附近时间内的物理量的持续测量和记录。因此，物理量及其对应时刻的物理量时间戳的记录可以持续进行，也可以仅在开关型仪表发生动作及其附近时间内进行，从而保证当变化的物理量值等于开关动作值时，该时刻的物理量能够被检测并记录。

作为优选技术方案，为开关型仪表提供变化的物理量过程中，物理量值上升速率或下降速率可以是匀速的，也可以是变化的，具体的，至少包括一个较低的速率和一个较高的速率，判断开关型仪表即将或可能发生动作的点，在接近动作点或者之前使物理量值以较高的速率变化，在接近该点时及其之后，使物理量值以较低的速率变化。

即检测步骤中，设定开关型仪表的开关动作值的预判值NV₀为基准，将NV₀-ΔNV值处作为上调节点，从上调节点开始，使施加于被校开关型仪表的物理量相对于上调节点之前以较低的速率上升，或者，将NV₀+ΔNV值处作为下调节点，从下调节点开始，使物理量相对于下调节点之前以较低的速率下降，其中，ΔNV为预设的物理量阈值。

一种典型的判断是否接近接近动作点的方法为，设定一个物理量阈值，判断开关型仪表可能发生动作的物理量值，当实际物理量值和预判的开关动作时的物理量值之差等于物理量阈值时，即视为接近开关动作点，并在之后的过程中一直以较低的速率改变物理量值，直至开关型仪表发生动作。

校准值确定步骤，根据所述开关型仪表的开关状态切换时的开关时间戳、物理量时间戳以及物理量时间戳所对应的物理量值，确定开关型仪表的开关动作值，该开关动作值作为被校开关型仪表开关状态切换时的物理量校准值。

校准值确定步骤具体包括：

找到与所述被校开关型仪表发生开关状态切换时的开关时间戳的时刻相同的物理量时间戳，将该物理量时间戳所对应的物理量值作为该开关型仪表的开关动作值；或者，

找到与所述被校开关型仪表发生开关状态切换时的开关时间戳的时刻最接近的物理量时间戳，将该物理量时间戳所对应的物理量值作为该开关型仪表的开关动作值；或者

选取所述被校开关型仪表发生开关状态切换时的开关时间戳前、后或者前和后的一段时间内的若干个物理量值，并对选取的物理量值进行拟合(例如最小二乘拟合，也可采用本领域技术人员所知的其它现有技术进行拟合)，将该开关时间戳对应的物理量拟合值作为开关型仪表的开关动作值。

当物理量记录数据中，没有和开关状态切换时的开关时间戳表征时刻相同的时间戳时，还可以采用本领域技术人员所知的其它现有技术中的数据处理方法，对一个或者多个物理量值进行处理，并将处理结果作为开关型仪表的测量动作值；数据处理方法应符合计量校准要求。

校准值确定步骤之前还包括偏差校正步骤，即物理量检测与开关信号检测的工作时钟相对于同一基准进行偏差校正。

具体的，偏差校正步骤包括：

在同一时刻获取物理量检测的第一时钟信号和开关信号检测的第二时钟信号；

记录该时刻第二时钟信号和第一时钟信号相对于同一基准的对应关系，利用各自对应关系分别对物理量时间戳和开关时间戳进行偏差校正，所述基准为同一时刻的系统时钟信号；或者

以第二时钟信号和第一时钟信号中的任一个为所述基准，记录该时刻第二时钟信号和第一时钟信号的对应关系，利用该对应关系对物理量时间戳或开关时间戳进行偏差校正。

图3为该开关型仪表校准方法的典型实施例的流程示意图，该实施例中，偏差校正步骤在校准值确定步骤和检测步骤之间进行。本发明并不限定偏差校正步骤的时间顺位，该步骤也可以在在检测步骤前进行，或者与检测步骤并行进行，只要在校准值确定步骤之前进行即可。

偏差校正步骤中，所述对应关系可以为固定的时间偏差关系，也可以是其他关系，这里以固定的时间偏差关系为例，描述具体的时间偏差校正步骤：

获取物理量检测模块的工作时钟相对于系统时钟的第二同步时间偏差ΔT2，并依据第二同步时间偏差ΔT2对物理量检测模块的工作时钟进行同步偏差校正；获取开关检测模块的工作时钟相对于系统时钟的第一同步时间偏差ΔT1，并依据第一同步时间偏差ΔT1对开关检测模块的工作时钟进行同步偏差校正；

或者，获取物理量检测模块的工作时钟相对于开关检测模块的工作时钟的第三同步时间偏差ΔT3，并依据第三同步时间偏差ΔT3对开关检测模块或物理量检测模块的工作时钟进行同步偏差校正。

具体实现按照设定基准校正时间偏差的方法可以是硬件层面的(例如替换特定的计时模块，又例如，通过断电/通电等方式进行初始化)，也可以是软件层面的，还可以是硬件和软件结合的方案，可以为其它具体实施例中描述的通过软件实现的偏差校正，也可以是现有技术中记载的其它类似方案。

本领域技术人员应当理解，这些实施例或实施方式仅用于说明本发明而不限制本发明的范围，对本发明所做的各种等价变型和修改均属于本发明公开内容。

Claims (13)

1.一种开关型仪表校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测步骤，仪表校准装置按照预设的第一采样频率检测施加于被校开关型仪表的随时间变化的物理量的值，并周期性地记录每一物理量值对应的物理量时间戳，其中，至少在被校开关型仪表发生动作及其附近时间内，持续测量并记录这一时间内的物理量值及其对应时刻的物理量时间戳；仪表校准装置按照预设的第二采样频率检测被校开关型仪表的开关信号，并记录获取的开关信号及其对应的开关时间戳；其中，物理量检测与开关信号检测独立并行进行，所述开关信号是被校开关型仪表的开状态或关状态的电信号，所述物理量随时间变化包括物理量值逐渐上升或逐渐下降；

校准值确定步骤，根据开关时间戳、物理量时间戳以及物理量时间戳所对应的物理量值，确定被校开关型仪表的开关动作值，该开关动作值作为被校开关型仪表发生开关状态切换时的物理量校准值。

2.根据权利要求1所述的开关型仪表校准方法，其特征在于，所述校准值确定步骤包括：

找到与所述被校开关型仪表发生开关状态切换时的开关时间戳的时刻相同的物理量时间戳，将该物理量时间戳所对应的物理量值作为该开关型仪表的开关动作值；或者，

找到与所述被校开关型仪表发生开关状态切换时的开关时间戳的时刻最接近的物理量时间戳，将该物理量时间戳所对应的物理量值作为该开关型仪表的开关动作值；或者，

选取所述被校开关型仪表发生开关状态切换时的开关时间戳之前、之后或者之前和之后的一段时间内的若干个物理量值，并对选取的物理量值进行拟合，将开关时间戳对应的物理量拟合值作为开关型仪表的开关动作值。

3.根据权利要求1所述的开关型仪表校准方法，其特征在于，所述检测步骤中，设定开 关型仪表的开关动作值的预判值，在物理量上升的过程中，先以较高的速率升高物 理量，当物理量到达上调节点后，使施加于被校开关型仪表的物理量以较低的速率上升，其 中，上调节点的值为，为预设的物理量阈值；

或者，所述检测步骤中，设定开关型仪表的开关动作值的预判值，在物理量下降 的过程中，先以较高的速率降低物理量，当物理量到达下调节点后，使物理量以较低的速率 下降，其中，下调节点的值为，为预设的物理量阈值。

4.根据权利要求1至3任一项所述的开关型仪表校准方法，其特征在于，所述校准值确定步骤之前还包括偏差校正步骤，物理量检测与开关状态切换信号检测的工作时钟相对于同一基准进行偏差校正。

5.根据权利要求4所述的开关型仪表校准方法，其特征在于，偏差校正步骤包括：

在同一时刻获取物理量检测的第一时钟信号和开关信号检测的第二时钟信号；

记录该时刻第二时钟信号和第一时钟信号相对于同一基准的对应关系，利用各自对应关系分别对物理量时间戳和开关时间戳进行偏差校正，所述基准为同一时刻的系统时钟信号；或者，

在同一时刻获取物理量检测的第一时钟信号和开关信号检测的第二时钟信号；

以第二时钟信号和第一时钟信号中的任一个为所述基准，记录该时刻第二时钟信号和第一时钟信号的对应关系，利用该对应关系对物理量时间戳或开关时间戳进行偏差校正。

6.根据权利要求4所述的开关型仪表校准方法，其特征在于，偏差校正步骤在检测步骤前进行，或者与检测步骤并行进行，或者在校准值确定步骤和检测步骤之间进行。

7.根据权利要求1所述的开关型仪表校准方法，其特征在于，第一采样频率和第二采样频率相等，且开关信号检测和物理量检测的起始时刻同步，物理量时间戳和开关时间戳依照采样顺序用排序序号表示，校准值确定步骤中，将与所述开关型仪表的开关状态切换时对应的开关时间戳序号相同的物理量时间戳所对应的物理量值作为开关型仪表的开关动作值。

8.一种开关型仪表校准装置，用于权利要求1-7中任意一项所述的开关型仪表校准方法，包括处理模块、第一数据获取部和第二数据获取部，处理模块分别与第一数据获取部和第二数据获取部信号连接，其特征在于，处理模块被配置为：

从第一数据获取部周期性地获取并记录施加于开关型仪表的随时间变化的物理量的值，以及每一物理量值对应的物理量时间戳，其中，至少在被校开关型仪表发生动作及其附近时间内，持续测量并记录这一时间内的物理量值及其对应时刻的物理量时间戳；

从第二数据获取部获取开关型仪表的开关信号，以及该开关信号对应的开关时间戳；

根据开关状态切换时的开关时间戳、物理量时间戳以及物理量时间戳所对应的物理量值，确定开关型仪表的开关动作值。

9.根据权利要求8所述的开关型仪表校准装置，其特征在于，第一数据获取部为物理量检测模块，物理量检测模块被配置为以第一采样频率检测施加于开关型仪表的随时间变化的物理量的值，并记录每一物理量值对应的物理量时间戳；

第二数据获取部为开关检测模块，开关检测模块被配置为以第二采样频率检测开关型仪表的开关信号，并记录获取的开关信号及其对应的开关时间戳。

10.根据权利要求9所述的开关型仪表校准装置，其特征在于，第一采样频率与第二采样频率相等，且开关信号检测和物理量检测的起始时刻同步，处理模块被配置为将物理量时间戳和开关时间戳依照采样顺序用排序序号表示，将与开关状态切换时对应的开关时间戳序号相同的物理量时间戳所对应的物理量值作为开关型仪表的开关动作值。

11.根据权利要求8所述的开关型仪表校准装置，其特征在于，被校准的开关型仪表为压力开关仪表，处理模块从第一数据获取部获取校准过程中的压力值以及对应的压力时间戳；或者

被校准的开关型仪表为温度开关仪表，处理模块从从第一数据获取部获取校准过程中的温度值以及对应的温度时间戳；或者

被校准的开关型仪表为过程信号开关仪表，处理模块从从第一数据获取部获取校准过程中的过程信号值以及对应的过程时间戳。

12.根据权利要求9所述的开关型仪表校准装置，其特征在于，还包括一处理模块信号连接的物理量源模块，物理量源模块用于为开关型仪表提供变化的物理量，处理模块还配置为向物理量源模块发送控制指令；

检测过程中，设定开关型仪表的开关动作值的预判值，在物理量上升的过程中， 物理量源模块先以较高的速率升高物理量，当物理量到达上调节点后，使施加于被校开关 型仪表的物理量以较低的速率上升，其中，上调节点的值为， 为预设的物理量阈值；

或者，检测过程中，设定开关型仪表的开关动作值的预判值，在物理量下降的过 程中，物理量源模块先以较高的速率降低物理量，当物理量到达下调节点后，使物理量相对 于下调节点之前以较低的速率下降，其中，下调节点的值为， 为预设的物理量阈值。

13.根据权利要求12所述的开关型仪表校准装置，其特征在于，所述开关检测模块设置多个，物理量源模块同时为多个独立并行的开关检测模块提供同一变化的物理量，用于实现多个开关型仪表同时校准。