CN102538913A - 单声道超声水表流量测量特性校正方法 - Google Patents

单声道超声水表流量测量特性校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了单声道超声水表流量测量特性校正方法，包括以下步骤：1）分别计算出雷诺数为层流状态上限值、湍流状态下限值、水表流量测量上限时的面平均流速；2）根据现有已知校准方程计算出与面平均流速相对应的线平均流速；3）建立层流状态、过渡流状态、湍流状态时的拟合直线校正方程；4）超声水表测得的线平均流速
Figure 2011104412651100004DEST_PATH_IMAGE002
，比较
Figure 2011104412651100004DEST_PATH_IMAGE004
与v1以及v2，根据比较结果按照合适的拟合直线校正方程进行校正。本发明通过在不同流速分布状态下设置简便的线性校正方程对超声水表的流量测量特性进行校正，计算简单快捷，而且在实流状态下只要进行2～3个流量点微调，即可满足超声水表在整个流量测量范围内的测量准确度要求，可以达到既简便又准确的效果。

Description

单声道超声水表流量测量特性校正方法
技术领域
本发明属于家庭户用水表计量检测的技术领域，具体地说涉及一种单声道超声水表流量测量特性校正方法。
背景技术
目前国内外在用的水表95%以上是机械水表。机械水表的测量准确度最高只能达到2级水平，而且水表的流量测量特性弯曲、不可调整，只能通过设计、制造来保证。由此会给产品质量保证以及生产制造等环节带来了较大的影响。
随着谈水资源的日益紧缺，国内外水表标准、供水企业和广大用水户均希望水表的测量准确度和使用特性要有明显提升。而代表水表产品发展方向的新一代水表――电子水表（如：超声水表、电磁水表、射流水表等）便应运而生。超声水表是一种很有发展前景的电子水表，它具有测量范围宽、始动流量小、测量准确度高、压力损失低、无运动机械部件、耐久可靠、自带嵌入式计算机、可以方便特性校正等特点，并且测量准确度已能达到1级以上水平。
超声水表测量得到的管内流体的线平均流速                                                与实际计量用的面平均流速
Figure 546291DEST_PATH_IMAGE002
之间需要进行校正后方能得到准确的测量结果。校准的依据是管道内流速的分布状态，而流速的分布状态是随管内流体雷诺数的变化而改变，大致可以为三个区域：层流状态、湍流状态和过渡流状态，这样就增加了超声水表流量测量特性校正的困难度。
目前通行的做法是：将流量测量范围内分成有限个校正段，并对这些段给以不同的校正系数分别予以校正。这样做虽能保证这些校正点的测量准确性，但在校正点以外的测量段内就会出现较大的误差，尤其在每个段的两端会出现误差的最大值。如要使校正段的两端误差有所缩小，就必须将超声水表在流量测量范围内的特性分成很多段，分别实施校正，这样做的结果是：由于校正点过多，造成校正效率低下，不能满足批量生产的需要。而且，对湍流状态下的校正，由于涉及到对数运算等复杂数学公式，导致超声水表中嵌入式计算机运算出现困难，实时性变差；而在过渡流状态下由于没有现成的校正方程，测量准确性问题也很大。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种校正简便，校正效率高，能够满足水表测量准确性的单声道超声水表流量测量特性校正方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：单声道超声水表流量测量特性校正方法，其特征在于包括以下步骤：1）分别计算出水表内水流流速的雷诺数为层流状态上限值时的面平均流速VD1、水表内水流流速的雷诺数为湍流状态下限值时的面平均流速V D2以及水表内水流流速的雷诺数为水表流量测量上限时的面平均流速V D3；2）根据现有已知校准方程计算出分别与所述面平均流速V D1、V D2、V D3相对应的线平均流速V1、V2、V3；3）根据V D1与V1所确定的点与原点建立层流状态时的拟合直线校正方程，根据V D1与V1所确定的点以及V D2与V2所确定的点建立过渡流状态时的拟合直线校正方程，根据V D2与V2所确定的点和V D3与V3所确定的点建立湍流状态时的拟合直线校正方程；4）超声水表测得的线平均流速
Figure 486565DEST_PATH_IMAGE003
，比较
Figure 134584DEST_PATH_IMAGE004
与V1以及V2，若
Figure 485800DEST_PATH_IMAGE004
≤V1，按层流状态时的拟合直线校正方程进行校正；若≥V2，按湍流状态时的拟合直线校正方程进行校正；若V1＜
Figure 336305DEST_PATH_IMAGE004
＜V2，按过渡流状态时的拟合直线校正方程进行校正。
本发明通过在不同流速分布状态下设置简便的线性校正方程对超声水表的流量测量特性进行校正，计算简单快捷，而且在实流状态下只要进行2～3个流量点微调，即可满足超声水表在整个流量测量范围内的测量准确度要求，可以达到既简便又准确的效果。
在本发明中，步骤2中所述已知校准方程如下：层流状态时的校准方程为，湍流状态时的校准方程为，式中，
Figure 27552DEST_PATH_IMAGE002
是管道内面平均流速，
Figure 558896DEST_PATH_IMAGE001
是管道内线平均流速，
Figure 994557DEST_PATH_IMAGE007
是管道内流体的雷诺数。
在本发明中，步骤3中所述层流状态时的拟合直线校正方程为
Figure 687575DEST_PATH_IMAGE008
，所述过渡流状态时的拟合直线校正方程为，所述湍流状态时的拟合直线校正方程为
Figure 848615DEST_PATH_IMAGE010
，式中，
Figure 388050DEST_PATH_IMAGE002
是管道内面平均流速，
Figure 189653DEST_PATH_IMAGE001
是管道内超声水表实际测得的线平均流速。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术措施还包括：在实流条件下对三个流速分布状态下的拟合直线校正方程作进一步微调，调整其截距b或斜率k，使其更符合测量准确度的要求。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明通过在不同流速分布状态下设置简便的线性校正方程对超声水表的流量测量特性进行校正，计算简单快捷，而且在实流状态下只要进行2～3个流量点微调，即可满足超声水表在整个流量测量范围内的测量准确度要求，可以达到既简便又准确的效果。
附图说明
图1为本发明的整体结构原理框架示意图。
图2为代入实际参数时的校正曲线图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1。
现以测量截面内直径
Figure 565270DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 370241DEST_PATH_IMAGE012
的超声水表为例。
设层流区上限值（Re 1=2000）和湍流区下限值（Re 2=4000）为流速分布的两个分界点，则相应的线平均流速分界值为：V1、V2 。
现取：
Figure 888816DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 64582DEST_PATH_IMAGE014
 ；已知：
Figure 176764DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 338755DEST_PATH_IMAGE016
；
Figure 790465DEST_PATH_IMAGE017
； 所以：
Figure 261766DEST_PATH_IMAGE018
 ；在层流区，因为面平均流速与线平均流速之间符合下列关系：
Figure 346397DEST_PATH_IMAGE019
。
所以分界点线平均流速V1为：
Figure 691839DEST_PATH_IMAGE020
。
同理，在湍流区：
Figure 998056DEST_PATH_IMAGE021
。
又因为：
Figure 390991DEST_PATH_IMAGE022
。
所以分界点线平均流速V2为：
Figure 477765DEST_PATH_IMAGE023
。
将V1、V2存入超声水表嵌入式计算机的内存中。
校正开始时用标准校验台进行实流测量并校正。将测量台位调到某一面平均流速值
Figure 168509DEST_PATH_IMAGE024
，超声水表测出该流速值下的
Figure 142281DEST_PATH_IMAGE025
，通过计算获得
Figure 893068DEST_PATH_IMAGE026
，式中 
Figure 201559DEST_PATH_IMAGE027
为超声波在测量管正、逆向传播的时间差；
Figure 695994DEST_PATH_IMAGE028
为超声波在测量管逆向传播时间；
Figure 789852DEST_PATH_IMAGE029
为超声波在测量管正向传播时间；
Figure 773857DEST_PATH_IMAGE030
为超声换能器与测量管轴线之间的安装夹角。
接着，判断
Figure 524905DEST_PATH_IMAGE003
在哪个流速分布区间，根据不同区间按相应的校正公式进行校正：
Figure 370502DEST_PATH_IMAGE031
，按层流进行校正；
Figure 505817DEST_PATH_IMAGE032
，按湍流进行校正；
Figure 660723DEST_PATH_IMAGE033
，按过渡流进行校正。
校正举例：参考图2，图2为代入实际参数时的校正曲线图。
（1）水表校验台位调到某一面平均流速值，如：
Figure 881489DEST_PATH_IMAGE034
。而超声水表实际测得的线平均流速
Figure 530776DEST_PATH_IMAGE003
为0.05845（m/s）。
（2）
Figure 848494DEST_PATH_IMAGE003
与V1、V2作比较，可知测得的线平均流速正好落在下列区间内，0.0447 m/s＜
Figure 925034DEST_PATH_IMAGE003
＜0.07274 m/s；因此可以判断为过渡流状态。
（3）现用过渡流校正方程进行校正，见下式：VD=-0.02008+1.1989
Figure 429834DEST_PATH_IMAGE003
。
（4）校正后，超声水表实际得到的准确面平均流速为：VD=-0.02008+1.1989
Figure 882812DEST_PATH_IMAGE003
=0.0499957。

Claims (4)

1.单声道超声水表流量测量特性校正方法，其特征在于包括以下步骤：1）分别计算出水表内水流流速的雷诺数为层流状态上限值时的面平均流速VD1、水表内水流流速的雷诺数为湍流状态下限值时的面平均流速V D2以及水表内水流流速的雷诺数为水表流量测量上限时的面平均流速V D3；2）根据现有已知校准方程计算出分别与所述面平均流速V D1、V D2、V D3相对应的线平均流速V1、V2、V3；3）根据V D1与V1所确定的点与原点建立层流状态时的拟合直线校正方程，根据V D1与V1所确定的点以及V D2与V2所确定的点建立过渡流状态时的拟合直线校正方程，根据V D2与V2所确定的点和V D3与V3所确定的点建立湍流状态时的拟合直线校正方程；4）超声水表测得的线平均流速                                                ，比较
Figure 923562DEST_PATH_IMAGE002
与V1以及V2，若
Figure 855484DEST_PATH_IMAGE002
≤V1，按层流状态时的拟合直线校正方程进行校正；若
Figure 260052DEST_PATH_IMAGE002
≥V2，按湍流状态时的拟合直线校正方程进行校正；若V1＜
Figure 599678DEST_PATH_IMAGE002
＜V2，按过渡流状态时的拟合直线校正方程进行校正。
2.根据权利要求1所述的单声道超声水表流量测量特性校正方法，其特征在于：步骤2中所述已知校准方程如下：层流状态时的校准方程为，湍流状态时的校准方程为，式中，
Figure 2011104412651100001DEST_PATH_IMAGE005
是管道内面平均流速，
Figure 155610DEST_PATH_IMAGE006
是管道内线平均流速，
Figure 2011104412651100001DEST_PATH_IMAGE007
是管道内流体的雷诺数。
3.根据权利要求2所述的单声道超声水表流量测量特性校正方法，其特征在于：步骤3中所述层流状态时的拟合直线校正方程为
Figure 924721DEST_PATH_IMAGE008
，所述过渡流状态时的拟合直线校正方程为
Figure 2011104412651100001DEST_PATH_IMAGE009
，所述湍流状态时的拟合直线校正方程为
Figure 614459DEST_PATH_IMAGE010
，式中，
Figure 810823DEST_PATH_IMAGE005
是管道内面平均流速，是管道内超声水表实际测得的线平均流速。
4.根据权利要求3所述的单声道超声水表流量测量特性校正方法，其特征在于：在实流条件下对三个流速分布状态下的拟合直线校正方程作进一步微调，调整其截距b或斜率k，使其更符合测量准确度的要求。
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