CN106885609B - 一种无温度传感器的超声水表温度修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无温度传感器的超声水表温度修正方法，包括以下步骤:测量若干温度下分别对应的超声波飞行时间；判断不同飞行时间是否在合理的飞行时间内；根据若干不同温度对应的水中声速和飞行时间建立各温度对应的飞行时间倒数和声速的散点图、分段修正曲线及曲线方程；计算得到平均飞行时间；根据曲线方程计算得到测量声速；建立超声波在水中的声速和温度的拟合曲线；获得对应的流体温度。本发明无需温度传感器即可获得准确的流体温度；提高了超声水表温度补偿的准确性；可准确获取水中不同温度对应下的声速，从而提高了时差法超声水表的测量精度；同时，扩大了超声水表对不同超声流量传感器的使用兼容性，降低了超声水表的硬件成本。
Description
技术领域
本发明属于超声波流量检测技术领域，尤其涉及一种无温度传感器的超声水表温度修正方法。
背景技术
超声波水表是一种全电子式仪表，通过检测超声波束在水中的顺逆流飞行时间因速度差异产生时差得出水的流速计算出流量。由于超声波在水中的传播速度受温度影响较大，管道内流体流态也受温度影响，因此准确测量管道内流体温度对超声水表的计量起着至关重要的作用。
目前大多超声水表在测量流体温度时都是使用温度传感器，此方法的弊端在于，温度传感器对流体的温度测量准确性和实时性均不高。本发明所述的无温度传感器超声水表，仅利用超声流量传感器在水中的飞行时间即可得出水的温度，由于温度不同时超声波流量传感器的特性会有所不同，声电转换时间也会发生改变，因此依据超声流量传感器测量飞行时间得出流体温度时不能准确反映流体温度，这将导致超声水表测量精度下降，温度补偿准确性不高。因此为提高超声水表的测量精度和温度补偿准确性，需要对无温度传感器的超声水表温度进行修正。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种无温度传感器的超声水表温度修正方法，解决了无温度传感器超声水表测量精度下降、温度补偿准确性不高的问题。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种无温度传感器的超声水表温度修正方法，包括以下步骤:
S1：将超声水表置于流量检测台，设置超声水表管段中的水流静止且满管，设定水温为若干温度temp1、temp2...tempn，并测量若干温度下对应的超声波飞行时间T1、T2...Tn；
S2：判断T1，T2...Tn是否在合理的飞行时间A～B内，若在此范围内，则证明该表整体性能合格，执行S3；若不在此范围内，则证明该表存在隐患，进行修整；
S3：根据temp1、temp2...tempn温度对应的水中声速C1，C2…Cn和飞行时间T1，T2…Tn，建立各温度对应的飞行时间倒数和声速的散点图、分段修正曲线及曲线方程；
S4：测量超声波在任一温度点流体中的顺逆流飞行时间Tα和Tβ，计算得到平均飞行时间Tαβ；
S5：根据S3得出的分段修正曲线f1、f2…fn，找出Tαβ所在修正曲线，根据S3中曲线方程得到对应的Tαβ′和Tαβ"，计算得到测量声速C′；
S6：根据温度与水中声速对照表，建立超声波在水中的声速C和温度的拟合曲线H；
S7：根据S5计算得出的C′及S6建立的拟合曲线H，获得对应的流体温度。
进一步地，所述S3中通过如下方式得到散点图、分段修正曲线及曲线方程：
a、根据水中的声速C1，C2…Cn和飞行时间T1，T2…Tn，得到 一系列散点，并建立散点图；
b、根据散点图，通过线性、分段拟合的方式建立飞行时间T的倒数和声速C的修正曲线f1、f2…fn；
c、所述曲线f1、f2…fn的一次项系数和常数项系数为对应飞行时间区间的修正参数，并通过一次项系数和常数项系数得出曲线方程。
进一步地，所述S4中平均飞行时间Tαβ的计算公式为：
进一步地，所述S5中测量声速C′计算公式为：
式中L指超声波从发射超声流量传感器到接收超声流量传感器的传播距离，所述Tαβ′和Tαβ"是根据S3中曲线方程中Tαβ对应的一次项系数和常数项系数。
本发明的有益效果是：
1、本发明无需温度传感器即可获得准确的流体温度；
2、本发明提高了超声水表温度补偿的准确性；
3、本发明可准确获取水中不同温度对应下的声速，从而提高了时差法超声水表的测量精度；
4、本发明扩大了超声水表对不同超声流量传感器的使用兼容性，降低了超声水表的硬件成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明针对不同温度测出的飞行时间实验散点图；
图3是本发明中飞行时间和温度的分段修正曲线；
图4是按本发明所述方法实验得到的声速和实际声速及流体温度与实际流体温度的对照表。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
如图1所示的一种无温度传感器的超声水表温度修正方法，包括以下步骤:
S1：将超声水表置于流量检测台，设置超声水表管段中的水流静止且满管，设定水温为若干温度5℃、10℃…60℃，并测量若干温度下对应的超声波飞行时间T1、T2...Tn；
S2：判断T1，T2...Tn是否在合理的飞行时间A～B内，若在此范围内，则证明该表整体性能合格，执行S3；若不在此范围内，则证明该表存在隐患，进行修整；
S3：根据5℃、10℃…60℃温度对应的水中声速C1，C2…Cn和飞行时间T1，T2…Tn，得到一系列散点，并建立散点图，如图2所示给出了本发明针对不同温度测出的飞行时间实验散点图，根据散点图，通过线性、分段拟合的方式可得到X轴为Y轴为C的分段修正曲线f1、f2…fn，找出曲线f1、f2…fn的一次项系数T′和常数项系数T"，即为对应飞行时间区间的修正参数，如图3所示给出了本发明中飞行时间和温度的分段修正曲线。
S4：测量超声波在任一温度点流体中的顺逆流飞行时间Tα和Tβ，按照以下计算公式得到平均飞行时间Tαβ：
S5：根据S3得出的分段修正曲线f1、f2…fn，找出Tαβ所在修正曲线，根据S3中曲线方程得到对应的Tαβ′和Tαβ"，按照以下计算公式得到测量声速C′：式中L指超声波从发射超声流量传感器到接收超声流量传感器的传播距离，所述Tαβ′和Tαβ"是根据S3中曲线方程中Tαβ对应的一次项系数和常数项系数；
S6：根据温度与水中声速对照表，建立超声波在水中的声速C和温度的拟合曲线H；
S7：根据S5计算得出的C′及S6建立的拟合曲线H，获得对应的流体温度，如图4所示给出了按本发明所述方法实验得到的声速和实际声速及流体温度与实际流体温度的对照表，由此对照表可知，本发明方法实验得到的流体温度误差在±0.1℃以内，温度测量精度较高，足以满足超声水表对流体温度的测量精度要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (2)
1.一种无温度传感器的超声水表温度修正方法，其特征在于：包括以下步骤:
S1：将超声水表置于流量检测台，设置超声水表管段中的水流静止且满管，设定水温为若干温度temp1、temp2...tempn，并测量若干温度下对应的超声波飞行时间T1、T2...Tn；
S2：判断T1，T2...Tn是否在合理的飞行时间A～B内，若在此范围内，则证明该表整体性能合格，执行S3；若不在此范围内，则证明该表存在隐患，进行修整；
S3：根据temp1、temp2...tempn温度对应的水中声速C1，C2…Cn和飞行时间T1，T2…Tn，建立各温度对应的飞行时间倒数和声速的散点图、分段修正曲线及曲线方程；
S4：测量超声波在任一温度点流体中的顺逆流飞行时间Tα和Tβ，计算得到平均飞行时间Tαβ；
S5：根据S3得出的分段修正曲线f1、f2…fn，找出Tαβ所在修正曲线，根据S3中曲线方程得到对应的Tαβ′和Tαβ"，计算得到测量声速C′；
S6：根据温度与水中声速对照表，建立超声波在水中的声速C和温度的拟合曲线H；
S7：根据S5计算得出的C′及S6建立的拟合曲线H，获得对应的流体温度，流体温度误差在±0.1℃以内；
所述S3中通过如下方式得到散点图、分段修正曲线及曲线方程：
a、根据水中的声速C1，C2…Cn和飞行时间T1，T2…Tn，得到 一系列散点，并建立散点图；
b、根据散点图，通过线性、分段拟合的方式建立飞行时间T的倒数和声速C的修正曲线f1、f2…fn；
c、所述曲线f1、f2…fn的一次项系数和常数项系数为对应飞行时间区间的修正参数，并通过一次项系数和常数项系数得出曲线方程；
所述S4中平均飞行时间Tαβ的计算公式为：
2.根据权利要求1所述的一种无温度传感器的超声水表温度修正方法，其特征在于：所述S5中测量声速C′计算公式为：
式中L指超声波从发射超声流量传感器到接收超声流量传感器的传播距离，所述Tαβ′和Tαβ"是根据S3中曲线方程中Tαβ对应的一次项系数和常数项系数。
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