CN106679745B - 超声波水表的温度补偿方法、水流量检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波水表的温度补偿方法、水流量检测方法和系统，获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间，根据超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速。根据超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。通过采集得到的超声波发射与接收时间计算超声波在水中传播的声速后，直接根据声速计算得到水温，无需增加温度传感器，在提高超声波水表的水流量检测准确度的同时还降低了超声波水表的硬件成本。

Description

超声波水表的温度补偿方法、水流量检测方法和系统

技术领域

本发明涉及仪表设备技术领域，特别是涉及一种超声波水表的温度补偿方法、水流量检测方法和系统。

背景技术

超声波水表是通过检测超声波声速在水中顺流逆流传播时因速度发生变化而产生的时差，分析处理得出水的流速从而计算出水的流量的一种新式水表。超声波水表具有优秀的小流量检测能力，能解决众多传统水表的问题，更加适合水费梯度收费，更加适合水资源的节约和合理利用，具有广阔的市场和使用前景。

超声波水表通常会因为温度导致超声波传播时间变化，影响流量计算精度，因此需要进行温度补偿。传统的超声波水表温度补偿方法是在超声波管道上加入了温度传感器，检测温度并对水流量进行温度补偿。由于需要加入温度传感器检测环境温度，增加了硬件成本。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可降低硬件成本的超声波水表的温度补偿方法、水流量检测方法和系统。

一种超声波水表的温度补偿方法，包括以下步骤：

获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间；

根据所述超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速；

根据所述超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。

一种超声波水表的温度补偿系统，包括：

时间获取模块，用于获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间；

速度计算模块，用于根据所述超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速；

水温计算模块，用于根据所述超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。

上述超声波水表的温度补偿方法和系统，获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间，根据超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速。根据超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。通过采集得到的超声波发射与接收时间计算超声波在水中传播的声速后，直接根据声速计算得到水温，无需增加温度传感器，在提高超声波水表的水流量检测准确度的同时还降低了超声波水表的硬件成本。

一种超声波水表的水流量检测方法，包括以下步骤：

根据上述超声波水表的温度补偿方法得到对应的水温；

根据所述水温对超声波水表的水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度；

根据所述补偿后的水流速度计算得到水流量并输出。

一种超声波水表的水流量检测系统，包括上述超声波水表的温度补偿系统；还包括：

水流速补偿模块，用于根据所述水温对超声波水表的水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度；

水流量计算模块，用于根据所述补偿后的水流速度计算得到水流量并输出。

上述超声波水表的水流量检测方法和系统，获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间，根据超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速。根据超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。根据水温对超声波水表的水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度，根据补偿后的水流速度计算得到水流量并输出。通过采集得到的超声波发射与接收时间计算超声波在水中传播的声速后，直接根据声速计算得到水温对水流速度进行温度补偿，无需增加温度传感器，在提高超声波水表的水流量检测准确度的同时还降低了超声波水表的硬件成本。

附图说明

图1为一实施例中超声波水表的温度补偿方法的流程图；

图2为一实施例中超声波在水中传播的声速和温度的关系示意图；

图3为一实施例中超声波在水中传播的声速和温度的拟合示意图；

图4为一实施例中根据超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温的流程图；

图5为一实施例中超声波水表的水流量检测方法的流程图；

图6为一实施例中温度补偿曲面的示意图；

图7为一实施例中上位机的参数配置界面示意图；

图8为一实施例中根据实际测试参数拟合得到的曲面示意图；

图9为一实施例中超声波水表的温度补偿系统的结构图；

图10为一实施例中超声波水表的水流量检测系统的结构图。

具体实施方式

在一个实施例中，一种超声波水表的温度补偿方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S110：获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间。

由于超声波水表中的超声波换能器可以捕获超声波在水中的传播时间，因此可直接从超声波换能器获取采集到的超声波发射与接收时间。

步骤S120：根据超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速。

在获取得到超声波发射与接收时间之后，结合水管的结构参数便可计算得到超声波在水中传播的声速。在一个实施例中，超声波发射与接收时间包括上游时间和下游时间，上游时间即指逆流的超声波时间，下游时间即指顺流的超声波时间。步骤S120包括：

其中，T_Up为上游时间，T_Down为下游时间，L为超声波传播距离，V_Up为超声波上游速度，V_Down为超声波下游速度，V_Sound为超声波在水中传播的声速。超声波传播距离L即指超声波在水中传播的距离，可根据发射超声波的位置和接收超声波的位置之间的水管长度确定。

步骤S130：根据超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。

在计算得到超声波在水中传播的声速之后，可以根据超声波在水中的传播速度与温度之间的关系，计算得到对应的水温。超声波在水中传播的声速和温度的关系如图2所示，由于在75℃附近曲线出现拐点，所以实际应用温度范围小于75℃，本实施例中，选取的应用温度范围为5～50℃，以确保水温计算准确性。

根据声速与温度的关系，可以将声速换算成温度。在一个实施例中，预设的声速与温度的关系具体为：

y＝a×x³+b×x²+c×x¹+d

其中，y代表温度(℃)，x代表声速(m/s)，a、b、c和d为多项式参数。采用多项式计算方法，多项式自变量为声速，计算结果为温度，实现将声速换算成温度。本实施例中多项式参数a、b、c和d的取值分别为：a＝0.0000197756；b＝-0.0857020640；c＝124.02880464；d＝-59930.442308。具体可通过Matlab软件拟合出三阶多项式，拟合效果如图3所示。

将计算得到的超声波在水中传播的声速代入上述声速与温度的关系式，便可计算得到对应的水温。可以理解，声速与温度的关系的具体形式并不唯一，也可以是映射表等。

在一个实施例中，如图4所示，步骤S130包括步骤S132至步骤S136。

步骤S132：根据声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的初始水温。将超声波在水中传播的声速代入上述声速与温度的关系式，将计算得到的温度作为初始水温。

步骤S134：判断迭代次数是否大于预设值。预设值的具体取值并不唯一，可根据实际情况调整，本实施例中预设值为3次。判断迭代次数是否大于预设值，若是，则将初始水温作为对应的水温；若否，则进行步骤S136。

步骤S136：根据初始水温和水管的热胀冷缩因子对声速进行温度补偿，得到温度补偿后的声速。根据初始水温对声速进行温度补偿，将温度补偿后的声速作为新的超声波在水中传播的声速，返回步骤S132。

由于温度造成的热胀冷缩会影响水管的结构参数，如超声波传播距离L或横截面积S会受到影响。将得到的初始温度补偿超声波传播距离L，根据实际采用的超声波水管热胀冷缩系数补偿声速，计算得到温度补偿后的声速之后，再返回步骤S132，根据温度补偿后的声速换算成温度，得到更加精确的温度，如此循环进行迭代计算，直至迭代次数大于预设值，将最后得到的初始水温作为最终的水温。

本实施例中，根据换算的温度补偿水管长度由于温度变化带来的影响，提高了温度计算精度。可以理解，在其他实施例中，也可以是不考虑温度对水管长度的影响，直接将超声波的声速代入声速与温度的关系式得到对应水温。

具体地，在一个实施例中，步骤S136包括：

V_Comp＝V_Raw+(Temp-T_Ref)×Expend

其中，V_Raw为温度补偿前的声速，V_Comp为温度补偿后的声速，Temp为温度补偿前的初始水温，T_Ref为参考温度，Expend为热胀冷缩因子。具体可根据水管材料的热胀冷缩系数配置热胀冷缩因子Expend的取值，本实施例中，参考温度为20℃，超声波水管的热胀冷缩因子Expend为0.00016，单位为1(m/s)/℃。

上述超声波水表的温度补偿方法，通过采集得到的超声波发射与接收时间计算超声波在水中传播的声速后，直接根据声速计算得到水温，无需增加温度传感器，在提高超声波水表的水流量检测准确度的同时还降低了超声波水表的硬件成本。

一种超声波水表的水流量检测方法，如图5所示，包括以下步骤：

步骤S210：获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间。可直接从超声波换能器获取采集到的超声波发射与接收时间。

步骤S220：根据超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速。

在一个实施例中，超声波发射与接收时间包括上游时间和下游时间，上游时间即指逆流的超声波时间，下游时间即指顺流的超声波时间。步骤S220包括：

其中，T_Up为上游时间，T_Down为下游时间，L为超声波传播距离，V_Up为超声波上游速度，V_Down为超声波下游速度，V_Sound为超声波在水中传播的声速。超声波传播距离L即指超声波在水中传播的距离，可根据发射超声波的位置和接收超声波的位置之间的水管长度确定。

步骤S230：根据超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。

在计算得到超声波在水中传播的声速之后，可以根据超声波在水中的传播速度与温度之间的关系，计算得到对应的水温。在一个实施例中，预设的声速与温度的关系具体为：

y＝a×x³+b×x²+c×x¹+d

其中，y代表温度(℃)，x代表声速(m/s)，a、b、c和d为多项式参数。采用多项式计算方法，多项式自变量为声速，计算结果为温度，实现将声速换算成温度。

在一个实施例中，步骤S230包括步骤232至步骤236。

步骤232：根据声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的初始水温。将超声波在水中传播的声速代入上述声速与温度的关系式，将计算得到的温度作为初始水温。

步骤234：判断迭代次数是否大于预设值。预设值的具体取值并不唯一，可根据实际情况调整，本实施例中预设值为3次。判断迭代次数是否大于预设值，若是，则将初始水温作为对应的水温；若否，则进行步骤236。

步骤236：根据初始水温和水管的热胀冷缩因子对声速进行温度补偿，得到温度补偿后的声速。根据初始水温对声速进行温度补偿，将温度补偿后的声速作为新的超声波在水中传播的声速，返回步骤232。

本实施例中，根据换算的温度补偿水管长度由于温度变化带来的影响，提高了温度计算精度。可以理解，在其他实施例中，也可以是不考虑温度对水管长度的影响，直接将超声波的声速代入声速与温度的关系式得到对应水温。

具体地，在一个实施例中，步骤236包括：

V_Comp＝V_Raw+(Temp-T_Ref)×Expend

其中，V_Raw为温度补偿前的声速，V_Comp为温度补偿后的声速，Temp为温度补偿前的初始水温，T_Ref为参考温度，Expend为热胀冷缩因子。具体可根据水管材料的热胀冷缩系数配置热胀冷缩因子Expend的取值，本实施例中，参考温度为20℃，超声波水管的热胀冷缩因子Expend为0.00016，单位为1(m/s)/℃。

步骤S240：根据水温对超声波水表的水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度。

在得到水温之后，根据水温对超声波水表的水流速度进行温度补偿，以降低温度对水流速度测量的影响，提高水流速度测量准确度。在一个实施例中，步骤S240包括步骤242和步骤244。

步骤242：根据水温、超声波水表的水流速度以及预存的温度补偿曲面，得到对应的补偿因子。

温度补偿曲面表征水温、水流速度和补偿因子之间的对应关系。在计算得到水温之后，结合超声波水表的水流速度可确定对应的补偿因子。

由于不同温度、不同流速下，流量计算精度的误差不同，根据不同温度和流速进行补偿，补偿方式采用曲面拟合，补偿因子公式如下：

Fct＝P₀₀+P₁₀×x+P₀₁×y+P₂₀×x²+P₁₁×x×y+P₀₂×y²+P₃₀×x³+P₂₁×x²×y+P₁₂×x×y²+P₀₃×y³

x＝log₂(FlowRat)

其中，Fct为补偿因子，用于流速温度补偿；FlowRat为超声波水表的水流速度。y为水温，P₀₀、P₁₀、P₀₁、P₂₀、P₁₁、P₀₂、P₃₀、P₂₁、P₁₂和P₀₃为预设的参数。本实施例中，P₀₀＝64.38837794123181P00，P₁₀＝-0.44656326318439，P₀₁＝15.16719918283032，P₂₀＝-0.00046874828938，P₁₁＝0.03441188606553，P₀₂＝-1.99085275862951，P₃₀＝0.00002360319460，P₂₁＝0.00000865764586，P₁₂＝-0.00071145621265，P₀₃＝0.08250933977304。根据上述选取的参数进行拟合得到的温度补偿曲面如图6所示，其中，CompFct表示补偿因子，VeloCent表示水温，FlowRateLog表示水流速度的对数。

步骤244：根据补偿因子对水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度。

在确定补偿因子之后，根据补偿因子对超声波水表的水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度。

在一个实施例中，步骤244包括：

其中，FlowRateRaw为补偿前的水流速度，FlowRateComp为补偿后的水流速度，Fct为补偿因子。

采用补偿前的水流速度除以补偿因子，便可得到补偿后的水流速度。例如，补偿前的水流速度FlowRateRaw为24L/h，补偿因子为1.2，则补偿后的水流速度为20L/h。

步骤S250：根据补偿后的水流速度计算得到水流量并输出。

将补偿后的水流乘以测量时长，便可计算得到水流量。输出水流量的具体方式并不唯一，可以是输出至存储器进行存储，也可以是输出至显示器进行显示。

在一个实施例中，步骤S250之后，超声波水表的水流量检测方法还可包括以下步骤：

获取标准水流量，并根据标准水流量和计算得到的水流量对温度补偿参数进行优化处理。

温度补偿参数具体可包括参考温度、热胀冷缩因子和温度补偿曲面。标准水流量即指对应的实际水流量。对温度补偿参数进行优化，使计算得到的水流量与标准水流量一致或误差在预设范围内，完成对温度补偿参数的优化，使得温度补偿后的水流量准确度更高。

为便于更好地理解上述超声波水表的水流量检测方法，以上位机为载体进行水流量检测为例进行解释说明。

上位机具体为安装有Matlab和Qt的上位机。上位机对温度补偿参数进行配置，再进行实际的流量测试，根据测试结果再修改温度补偿参数。Qt参数配置界面如图7所示，可以配置的参数包括参考温度、膨胀因子(即热胀冷缩因子)、温度校准参考流量和温度补偿曲面，通过修改参数和实测，不断优化参数。Matlab用于参数拟合，将实际测试点的温度、流速和精度通过Matlab拟合出对应的曲面，再将参数写入到超声波流量计中。Matlab拟合参数得到的曲面如图8所示。

Matlab根据实际的参数拟合出多项式因子(即补偿因子)并打印出来，拟合多项式因子如下。

根据多项式因子进行实际不同温度的测试，测试结果如表1至表3所示。可见温度补偿后，不同温度下精度大部分在2％以内。

表1

表2

表3

上述超声波水表的水流量检测方法，通过采集得到的超声波发射与接收时间计算超声波在水中传播的声速后，直接根据声速计算得到水温对水流速度进行温度补偿，无需增加温度传感器，在提高超声波水表的水流量检测准确度的同时还降低了超声波水表的硬件成本。

在一个实施例中，一种超声波水表的温度补偿系统，如图9所示，包括时间获取模块110、速度计算模块120和水温计算模块130。

时间获取模块110用于获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间。

由于超声波水表中的超声波换能器可以捕获超声波在水中的传播时间，因此可直接从超声波换能器获取采集到的超声波发射与接收时间。

速度计算模块120用于根据超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速。

在获取得到超声波发射与接收时间之后，结合水管的结构参数便可计算得到超声波在水中传播的声速。在一个实施例中，超声波发射与接收时间包括上游时间和下游时间，速度计算模块120根据超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速，包括：

其中，T_Up为上游时间，T_Down为下游时间，L为超声波传播距离，V_Up为超声波上游速度，V_Down为超声波下游速度，V_Sound为超声波在水中传播的声速。

水温计算模块130用于根据超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。

在计算得到超声波在水中传播的声速之后，可以根据超声波在水中的传播速度与温度之间的关系，计算得到对应的水温。在一个实施例中，预设的声速与温度的关系具体为：

y＝a×x³+b×x²+c×x¹+d

其中，y代表温度(℃)，x代表声速(m/s)，a、b、c和d为多项式参数。采用多项式计算方法，多项式自变量为声速，计算结果为温度，实现将声速换算成温度。

在一个实施例中，水温计算模块130包括初始水温计算单元和迭代计算控制单元。

初始水温计算单元用于根据声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的初始水温。将超声波在水中传播的声速入上述声速与温度的关系式，将计算得到的温度作为初始水温。

迭代计算控制单元用于判断迭代次数是否大于预设值；若否，则根据初始水温和水管的热胀冷缩因子对声速进行温度补偿，得到温度补偿后的声速，并将温度补偿后的声速作为新的超声波在水中传播的声速，控制初始水温计算单元再次根据声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的初始水温；若是，则将初始水温作为对应的水温。

预设值的具体取值并不唯一，可根据实际情况调整，本实施例中预设值为3次。由于温度造成的热胀冷缩会影响水管的结构参数，如超声波传播距离L或横截面积S会受到影响。将得到的初始温度补偿超声波传播距离L，根据实际采用的超声波水管热胀冷缩系数补偿声速，再根据声速重新计算温度。如此循环进行迭代计算，直至迭代次数大于预设值，将最后得到的初始水温作为最终的水温。

本实施例中，根据换算的温度补偿水管长度由于温度变化带来的影响，提高了温度计算精度。可以理解，在其他实施例中，也可以是不考虑温度对水管长度的影响，直接将超声波的声速代入声速与温度的关系式得到对应水温。

具体地，在一个实施例中，迭代计算控制单元根据初始水温和水管的热胀冷缩因子对声速进行温度补偿，得到温度补偿后的声速，包括：

V_Comp＝V_Raw+(Temp-T_Ref)×Expend

其中，V_Raw为温度补偿前的声速，V_Comp为温度补偿后的声速，Temp为温度补偿前的初始水温，T_Ref为参考温度，Expend为热胀冷缩因子。具体可根据水管材料的热胀冷缩系数配置热胀冷缩因子Expend的取值，本实施例中，参考温度为20℃，超声波水管的热胀冷缩因子Expend为0.00016，单位为1(m/s)/℃。

上述超声波水表的温度补偿系统，通过采集得到的超声波发射与接收时间计算超声波在水中传播的声速后，直接根据声速计算得到水温，无需增加温度传感器，在提高超声波水表的水流量检测准确度的同时还降低了超声波水表的硬件成本。

在一个实施例中，一种超声波水表的水流量检测系统，如图10所示，包括时间获取模块210、速度计算模块220、水温计算模块230、水流速补偿模块240和水流量计算模块250。

时间获取模块210用于获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间。可直接从超声波换能器获取采集到的超声波发射与接收时间。

速度计算模块220用于根据超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速。

在一个实施例中，超声波发射与接收时间包括上游时间和下游时间，速度计算模块220根据超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速，包括：

其中，T_Up为上游时间，T_Down为下游时间，L为超声波传播距离，V_Up为超声波上游速度，V_Down为超声波下游速度，V_Sound为超声波在水中传播的声速。

水温计算模块230用于根据超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。

在计算得到超声波在水中传播的声速之后，可以根据超声波在水中的传播速度与温度之间的关系，计算得到对应的水温。在一个实施例中，预设的声速与温度的关系具体为：

y＝a×x³+b×x²+c×x¹+d

其中，y代表温度(℃)，x代表声速(m/s)，a、b、c和d为多项式参数。采用多项式计算方法，多项式自变量为声速，计算结果为温度，实现将声速换算成温度。

在一个实施例中，水温计算模块230包括初始水温计算单元和迭代计算控制单元。

初始水温计算单元用于根据声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的初始水温。将超声波传播的声速代入上述声速与温度的关系式，将计算得到的温度作为初始水温。

迭代计算控制单元用于判断迭代次数是否大于预设值；若否，则根据初始水温和水管的热胀冷缩因子对声速进行温度补偿，得到温度补偿后的声速，并将温度补偿后的声速作为新的超声波在水中传播的声速，控制初始水温计算单元再次根据声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的初始水温；若是，则将初始水温作为对应的水温。

本实施例中，根据换算的温度补偿水管长度由于温度变化带来的影响，提高了温度计算精度。可以理解，在其他实施例中，也可以是不考虑温度对水管长度的影响，直接将超声波的声速代入声速与温度的关系式得到对应水温。

具体地，在一个实施例中，迭代计算控制单元根据初始水温和水管的热胀冷缩因子对声速进行温度补偿，得到温度补偿后的声速，包括：

V_Comp＝V_Raw+(Temp-T_Ref)×Expend

其中，V_Raw为温度补偿前的声速，V_Comp为温度补偿后的声速，Temp为温度补偿前的初始水温，T_Ref为参考温度，Expend为热胀冷缩因子。具体可根据水管材料的热胀冷缩系数配置热胀冷缩因子Expend的取值，本实施例中，参考温度为20℃，超声波水管的热胀冷缩因子Expend为0.00016，单位为1(m/s)/℃。

水流速补偿模块240用于根据水温对超声波水表的水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度。

在得到水温之后，根据水温对超声波水表的水流速度进行温度补偿，以降低温度对水流速度测量的影响，提高水流速度测量准确度。在一个实施例中，水流速补偿模块240包括补偿因子计算单元和水流速度补偿单元。

补偿因子计算单元用于根据水温、超声波水表的水流速度以及预存的温度补偿曲面，得到对应的补偿因子。温度补偿曲面表征水温、水流速度和补偿因子之间的对应关系。在计算得到水温之后，结合超声波水表的水流速度可确定对应的补偿因子。

水流速度补偿单元用于根据补偿因子对水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度。在确定补偿因子之后，根据补偿因子对超声波水表的水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度。

在一个实施例中，水流速度补偿单元根据补偿因子对水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度，包括：

其中，FlowRateRaw为补偿前的水流速度，FlowRateComp为补偿后的水流速度，Fct为补偿因子。采用补偿前的水流速度除以补偿因子，便可得到补偿后的水流速度。

水流量计算模块250用于根据补偿后的水流速度计算得到水流量并输出。

将补偿后的水流乘以测量时长，便可计算得到水流量。输出水流量的具体方式并不唯一，可以是输出至存储器进行存储，也可以是输出至显示器进行显示。

在一个实施例中，超声波水表的温度补偿系统还可包括参数优化模块。参数优化模块用于在水流量计算模块250根据补偿后的水流速度计算得到水流量之后，获取标准水流量，并根据标准水流量和计算得到的水流量对温度补偿参数进行优化处理。

温度补偿参数具体可包括参考温度、热胀冷缩因子和温度补偿曲面。标准水流量即指对应的实际水流量。对温度补偿参数进行优化，使计算得到的水流量与标准水流量一致或误差在预设范围内，完成对温度补偿参数的优化，使得温度补偿后的水流量准确度更高。

上述超声波水表的水流量检测系统，通过采集得到的超声波发射与接收时间计算超声波在水中传播的声速后，直接根据声速计算得到水温对水流速度进行温度补偿，无需增加温度传感器，在提高超声波水表的水流量检测准确度的同时还降低了超声波水表的硬件成本。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，作为独立的产品销售或使用。所述程序在执行时，可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种超声波水表的温度补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间；

根据所述超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速；

根据所述超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温；

所述超声波发射与接收时间包括上游时间和下游时间，上游时间指逆流的超声波时间，下游时间指顺流的超声波时间；所述根据所述超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速，包括：

其中，T_Up为上游时间，T_Down为下游时间，L为超声波传播距离，V_Up为超声波上游速度，V_Down为超声波下游速度，V_Sound为超声波在水中传播的声速；

所述根据所述声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温的步骤，包括以下步骤：

根据所述声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的初始水温；

判断迭代次数是否大于预设值；所述迭代次数指根据初始水温和水管的热胀冷缩因子对声速进行温度补偿，并将温度补偿后的声速作为新的超声波在水中传播的声速再次计算初始水温的次数；所述热胀冷缩因子的取值根据水管材料的热胀冷缩系数配置；

若否，则根据所述初始水温和水管的热胀冷缩因子对所述声速进行温度补偿，得到温度补偿后的声速，并将所述温度补偿后的声速作为新的超声波在水中传播的声速，返回所述根据所述声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的初始水温的步骤；

若是，则将所述初始水温作为对应的水温；

所述根据所述初始水温和水管的热胀冷缩因子对所述声速进行温度补偿，得到温度补偿后的声速，包括：

V_Comp＝V_Raw+(Temp-T_Ref)×Expend

其中，V_Raw为温度补偿前的声速，V_Comp为温度补偿后的声速，Temp为温度补偿前的初始水温，T_Ref为参考温度，Expend为热胀冷缩因子。

2.一种超声波水表的温度补偿系统，其特征在于，包括：

时间获取模块，用于获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间；

速度计算模块，用于根据所述超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速；所述超声波发射与接收时间包括上游时间和下游时间，所述速度计算模块根据超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速，包括：

其中，T_Up为上游时间，T_Down为下游时间，L为超声波传播距离，V_Up为超声波上游速度，V_Down为超声波下游速度，V_Sound为超声波在水中传播的声速；

水温计算模块，用于根据所述超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温；所述水温计算模块包括：

初始水温计算单元，用于根据所述声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的初始水温；

迭代计算控制单元，用于判断迭代次数是否大于预设值；若否，则根据所述初始水温和水管的热胀冷缩因子对所述声速进行温度补偿，得到温度补偿后的声速，并将所述温度补偿后的声速作为新的超声波在水中传播的声速，控制所述初始水温计算单元再次根据所述声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的初始水温；若是，则将所述初始水温作为对应的水温；所述迭代次数指根据初始水温和水管的热胀冷缩因子对声速进行温度补偿，并将温度补偿后的声速作为新的超声波在水中传播的声速再次计算初始水温的次数；所述热胀冷缩因子的取值根据水管材料的热胀冷缩系数配置；

所述迭代计算控制单元根据所述初始水温和水管的热胀冷缩因子对所述声速进行温度补偿，得到温度补偿后的声速，包括：

V_Comp＝V_Raw+(Temp-T_Ref)×Expend

其中，V_Raw为温度补偿前的声速，V_Comp为温度补偿后的声速，Temp为温度补偿前的初始水温，T_Ref为参考温度，Expend为热胀冷缩因子。

3.一种超声波水表的水流量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据权利要求1所述的超声波水表的温度补偿方法得到对应的水温；

根据所述水温对超声波水表的水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度；

根据所述补偿后的水流速度计算得到水流量并输出；

获取标准水流量，并根据标准水流量和计算得到的水流量对温度补偿参数进行优化处理；

所述根据所述水温对超声波水表的水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流度速度的步骤，包括以下步骤：

根据所述水温、超声波水表的水流速度以及预存的温度补偿曲面，得到对应的补偿因子；补偿因子公式如下：

Fct＝P₀₀+P₁₀×x+P₀₁×y+P₂₀×x²+P₁₁×x×y+P₀₂×y²+P₃₀×x³+P₂₁×x²×y+P₁₂×x×y²+P₀₃×y³

x＝log2(FlowRat)

其中，Fct为补偿因子，用于流速温度补偿；FlowRat为超声波水表的水流速度；y为水温，P00、P10、P01、P20、P11、P02、P30、P21、P12和P03为预设的参数；

根据所述补偿因子对所述水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度，具体为：

其中，FlowRateRaw为补偿前的水流速度，FlowRateComp为补偿后的水流速度，Fct为补偿因子。

4.一种超声波水表的水流量检测系统，其特征在于，包括权利要求2所述的超声波水表的温度补偿系统；还包括：

水流速补偿模块，用于根据所述水温对超声波水表的水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度；

水流量计算模块，用于根据所述补偿后的水流速度计算得到水流量并输出；

参数优化模块，用于获取标准水流量，并根据标准水流量和计算得到的水流量对温度补偿参数进行优化处理；

所述水流速补偿模块包括：

补偿因子计算单元，用于根据所述水温、超声波水表的水流速度以及预存的温度补偿曲面，得到对应的补偿因子；补偿因子公式如下：

Fct＝P₀₀+P₁₀×x+P₀₁×y+P₂₀×x²+P₁₁×x×y+P₀₂×y²+P₃₀×x³+P₂₁×x²×y+P₁₂×x×y²+P₀₃×y³

x＝log2(FlowRat)

其中，Fct为补偿因子，用于流速温度补偿；FlowRat为超声波水表的水流速度；y为水温，P00、P10、P01、P20、P11、P02、P30、P21、P12和P03为预设的参数；

水流速度补偿单元，用于根据所述补偿因子对所述水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度，具体为：

其中，FlowRateRaw为补偿前的水流速度，FlowRateComp为补偿后的水流速度，Fct为补偿因子。

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