CN103913203B - 超声波水表流量系数处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声波流量检测技术领域，特别涉及一种超声波水表流量系数处理方法，包括如下步骤：从内存中取出本次检测得到的时差数值，记为t；根据程序内置时差分界数组A[m]得出时差分区编号i；从内存中取出本次检测得到的水温数值，即为w；根据程序内置水温分界数组B[n]得出水温分区编号j；根据时差分区编号i、水温分区编号j从程序内置二维系数矩阵K[m,n]中取出四个元素k_i,j、k_i,j+1、k_i+1,j、k_i+1,j+1并进行处理得到拟合系数k₀＝S₁＋(S₂－S₁)×δ_B；超声波声速系数W＝c₄×w⁴＋c₃×w³＋c₂×w²＋c₁×w；流体体积Q＝t×k₀×W。通过一系列的处理，使得超声波水表对流量的计算更为精确，避免了各种因素对处理结果的影响，同时简化处理过程，大幅降低水表制造成本。

Description

超声波水表流量系数处理方法

技术领域

本发明涉及超声波流量检测技术领域，特别涉及一种超声波水表流量系数处理方法。

背景技术

超声波水表是采用超声波时差原理，采用工业级电子元器件制造而成的全电子水表，与机械式水表相比较具有精度高，可靠性好，量程比宽，使用寿命长，无任何活动部件，无需设置参数，任意角度安装等优点，随着社会的进步，超声波水表的使用越来越广。

超声波水表在测量时，利用超声波脉冲在流体中顺流传播时间和逆流传播时间的差值来测量流体流速，再根据管道截面面积计算出管道内流体的流量。在测量时，由于超声波在水中传播速度很快，无论是顺流传播时间还是逆流传播时间都很小，故对时间的测量精度要求很高。现有的测量都是使用一个高频计数时钟，超声波脉冲在流体顺流传播过程中，即从发射到接收的过程中计数器对高频计数时钟进行计数，其顺流传播时间t就是计数值L除以高频计数时钟的频率f；逆流传播时间同理，也是通过计数器的计数值计算得出的。现有技术中，对流体的流量的处理，是通过超声波的传播时间、超声波的声速得出的，其并没有根据各方面因素对结果进行修正，使得处理结果存在误差，使得流体流量计算的不够准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声波水表流量系数处理方法，保证超声波水表流量计算的准确性。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种超声波水表流量系数处理方法，包括如下步骤：（A）从内存中取出本次检测得到的时差数值，记为t；（B）根据程序内置时差分界数组A[m]得出时差分区编号i；（C）从内存中取出本次检测得到的水温数值，即为w；（D）根据程序内置水温分界数组B[n]得出水温分区编号j；（E）根据时差分区编号i、水温分区编号j从程序内置二维系数矩阵K[m,n]中取出四个元素k_i,j、k_i,j+1、k_i+1,j、k_i+1,j+1并进行处理得到拟合系数k₀＝S₁＋(S₂－S₁)×δ_B；（F）超声波声速系数W＝c₄×w⁴＋c₃×w³＋c₂×w²＋c₁×w；（G）流体体积Q＝t×k₀×W。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：通过一系列的处理，使得超声波水表对流量的计算更为精确，避免了环境温度、流速等因素对处理结果造成影响；同时，这种处理方法简单，大幅降低电路制造成本，使得超声波水表能够得到广泛应用。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合图1，对本发明做进一步详细叙述。

一种超声波水表流量系数处理方法，包括如下步骤：（A）从内存中取出本次检测得到的时差数值，记为t；（B）根据程序内置时差分界数组A[m]＝{a₁,a₂,a₃,…,a_m}得出时差分区编号，其中超声波水表的时差检测范围为[t_min,t_max]且a₁＜t_min＜a₂＜…＜a_m-1＜t_max＜a_m，若t＜t_min或t＞t_max，超声波水表报错并停止流量检测，若a_i≤t＜a_i+1，时差分区编号即为i；（C）从内存中取出本次检测得到的水温数值，即为w；（D）根据程序内置水温分界数组B[n]＝{b₁,b₂,b₃,…,b_n}得出水温分区编号，其中超声波水表的温度检测范围为[w_min,w_max]且b₁＜w_min＜b₂＜…＜b_m-1＜w_max＜b_m，若w＜w_min或w＞w_max，超声波水表报错并停止流量检测，若b_j≤w＜b_j+₁，水温分区编号即为j。以上步骤也可以按照步骤C、D、A、B的顺序进行。（E）根据时差分区编号i、水温分区编号j从程序内置二维系数矩阵K[m,n]＝{{k_1,1,k_1,2,…，k_1,n},{k_2,1,k_2,2,…，k_2,n},…,{k_m,1,k_m,2,…，k_m,n}}中取出四个元素k_i,j、k_i,j+1、k_i+1,j、k_i+1,j+1，按作如下处理：δ_A＝(t－a_i)/(a_i+1－a_i)，δ_B＝(w－b_j)/(b_j+1－b_j)，S₁＝(k_1,1＋k_1,2＋…＋k_1,j)＋(k_1,j＋k_2,j＋…＋k_i,j)＋k_i+1,j×δ_A，S₂＝(k_1,1＋k_1,2＋…＋k_1,j+1)＋(k_1,j+1＋k_2,j+1＋…＋k_i+1,j+1)＋k_i+1,j+1×δ_A，拟合系数k₀＝S₁＋(S₂－S₁)×δ_B；（F）超声波声速系数W＝c₄×w⁴＋c₃×w³＋c₂×w²＋c₁×w；（G）流体体积Q＝t×k₀×W。通过这一系列的处理，得出的流量更为准确。

作为本发明的优选方案，所述的二维系数矩阵K[m,n]按如下步骤确定：（a）依据超声波水表管端的流态流体力学数据建模确定二维曲面r＝r(t,w)；（b）将二维曲面r在t＝a₁,a₂,a₃,…,a_m以及w＝b₁,b₂,b₃,…,b_n共m×n个坐标点上离散化得到r_i,j＝r(a_i,b_j)；（c）令k_i,j＝r_i,j，将k_i,j存储至二维系数矩阵K[m,n]。

更进一步地，所述的步骤c中，选取参数α和β，令k_i,j＝(r_i,j－β)/α使得k_i,j为一个较小的数值便于存储和计算，将k_i,j存储至二维系数矩阵K[m,n]；所述的步骤E中，根据拟合系数k₀计算流量系数r₀＝α×k₀＋β，其中α，β即为前面所选取的参数；所述的步骤G中，流体体积Q＝t×r₀×W。通过这样处理，减少了处理过程中数据的计算和存储量。

本方法可在保证数据处理精度要求的前提下极大简化流量数据计算过程，提高处理效率，降低处理器及存储器的硬件资源要求，使用1MHz至4MHz主频的处理器，存储空间在256Byte至1024Byte之间，即可正常完成流量计算处理过程。比使用本方案前与本方案后的硬件资源要求如下：

超声波水表的计量精度、使用寿命等都要优于机械水表，但由于超声波水表的成本的结构复杂、成本高，使得超声波水表并未广泛使用。通过以上数据我们可以发现，通过本发明的方案，超声波在数据处理上更简单有效，实现流体流量精确测量的同时大幅降低了成本，这对于超声波水表的推广来说极为重要。

Claims (2)

1.一种超声波水表流量系数处理方法，包括如下步骤：

(A)从内存中取出本次检测得到的时差数值，记为t；

(B)根据程序内置时差分界数组A[m]＝{a₁,a₂,a₃,…,a_m}得出时差分区编号，其中超声波水表的时差检测范围为[t_min,t_max]且a₁＜t_min＜a₂＜…＜a_m-1＜t_max＜a_m，若t＜t_min或t＞t_max，超声波水表报错并停止流量检测，若a_i≤t＜a_i+1，时差分区编号记为i；

(C)从内存中取出本次检测得到的水温数值，即为w；

(D)根据程序内置水温分界数组B[n]＝{b₁,b₂,b₃,…,b_n}得出水温分区编号，其中超声波水表的温度检测范围为[w_min,w_max]且b₁＜w_min＜b₂＜…＜b_m-1＜w_max＜b_m，若w＜w_min或w＞w_max，超声波水表报错并停止流量检测，若b_j≤w＜b_j+1，水温分区编号记为j；

(E)根据时差分区编号i、水温分区编号j从程序内置二维系数矩阵K[m,n]＝{{k_1,1,k_1,2,…，k_1,n},{k_2,1,k_2,2,…，k_2,n},…,{k_m,1,k_m,2,…，k_m,n}}中取出四个元素k_i,j、k_i,j+1、k_i+1,j、k_i+1,j+1，按作如下处理：

δ_A＝(t－a_i)/(a_i+1－a_i)，δ_B＝(w－b_j)/(b_j+1－b_j)，

S₁＝(k_1,1+k_1,2+…+k_1,j)+(k_1,j+k_2,j+…+k_i,j)+k_i+1,j×δ_A，

S₂＝(k_1,1+k_1,2+…+k_1,j+1)+(k_1,j+1+k_2,j+1+…+k_i+1,j+1)+k_i+1,j+1×δ_A，

拟合系数k₀＝S₁+(S₂－S₁)×δ_B；

(F)超声波声速系数W＝c₄×w⁴+c₃×w³+c₂×w²+c₁×w；

(G)流体体积Q＝t×k₀×W；

其中，所述的二维系数矩阵K[m,n]按如下步骤确定：

(a)依据超声波水表管端的流态流体力学数据建模确定二维曲面r＝r(t,w)；

(b)将二维曲面r在t＝a₁,a₂,a₃,…,a_m以及w＝b₁,b₂,b₃,…,b_n共m×n个坐标点上离散化得到r_i,j＝r(a_i,b_j)；

(c)令k_i,j＝r_i,j，将k_i,j存储至二维系数矩阵K[m,n]。

2.如权利要求1所述的超声波水表流量系数处理方法，其特征在于：所述的步骤c中，选取参数α和β，令k_i,j＝(r_i,j－β)/α使得k_i,j为一个较小的数值便于存储和计算，将k_i,j存储至二维系数矩阵K[m,n]；

所述的步骤E中，根据拟合系数k₀计算流量系数r₀＝α×k₀+β，其中α，β即为前面所选取的参数；

所述的步骤G中，流体体积Q＝t×r₀×W。