CN107270983A - 基于瞬时流量的数据搭建超声波流量模型的方法 - Google Patents

基于瞬时流量的数据搭建超声波流量模型的方法 Download PDF

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    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters

Abstract

本发明公开了一种基于瞬时流量的数据搭建超声波流量模型的方法。包括如下步骤：(1)产生稳定瞬时流量：利用瞬时流量产生装置产生需要的流量V；(2)时间差采样：在稳定的瞬时流量下，超声波计量装置采集一定数量的时间差数据t1....tn，所述时间差是指超声波在两点之间的逆流方向的传播时间和顺流方向的传播时间之差；(3)数据处理：对采集到的时间差数据进行数字滤波算法得到数据t；(4)数据模型：根据上述的瞬时流量V和时间差数据t通过公式A＝V/t计算获得瞬时流量和时间差的流量系数A；(5)大样本数据模型：改变瞬时流量，重复步骤(1)、(2)、(3)、(4)，从而得到多个流量系数A，通过数据拟合方法，得到时间差t与瞬时流量V之间的关系：V＝A(t)。

Description

基于瞬时流量的数据搭建超声波流量模型的方法
技术领域
本发明涉及一种基于瞬时流量的数据搭建超声波流量模型的方法，属于超声波流量计量技术领域。
背景技术
超声波流量计量是目前工业、民用流量计量中应用较广泛的一种流量计量方法。超声波流量计具有计量精度高、量程比高、使动流量低等特点，因此超声波流量计量装置越来越受到广泛的欢迎。目前的超声波流量模型是按照公式进行计算所得，公式中涉及到粘度、流量分布、管径大小等流体因素，不同的口径需要调整各种参数，然后根据参数获得模型公式。实验证明这种模型误差较大，因此需要大量的测试和修正，这种方法影响流量建模的效率。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种简单、建模时间短、模型更加准确、超声波流量计量装置精度更高的基于瞬时流量的数据搭建超声波流量模型的方法。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种基于瞬时流量的数据搭建超声波流量模型的方法，其特征是：包括如下步骤：
(1)产生稳定瞬时流量：利用瞬时流量产生装置产生需要的流量V；
(2)时间差采样：在稳定的瞬时流量下，超声波流量计量装置采集一定数量的时间差数据t1....tn，所述时间差是指超声波在两点之间的逆流方向的传播时间和顺流方向的传播时间之差；
(3)数据处理：对采集到的时间差数据进行数字滤波算法得到数据t；
(4)数据模型：根据上述的瞬时流量V和时间差数据t通过公式A＝V/t计算获得瞬时流量和时间差的流量系数A；
(5)大样本数据模型：改变瞬时流量，重复步骤(1)、(2)、(3)、(4)，从而得到多个流量系数A，通过数据拟合方法，得到时间差t与瞬时流量V之间的关系：V＝A(t)。
进一步的，步骤(1)中采集的流量V是在瞬时流量产生装置达到稳流状态之后进行采集。
进一步的，步骤(3)中，数据处理时采用均值法或者去掉最大值和最小值得均值的方法。
本发明的有益效果是：本发明的方法简单，完全摒弃了公式模型中粘度、流量分布、管径大小等因素对模型的影响，模型完全由测量数据获得，模型更加准确，超声波流量计量装置精度更高，且本发明的方法只需要产生短时间的稳定的瞬时流量，因此建模时间相比传统的质量法和体积法大大减小。
附图说明
图1是具体实施方式中的超声波流量计量装置的结构模型示意图；
图2是具体实施方式中的A与t的关系曲线图；
具体实施方式
下面通过非限定性的实施例对本发明作进一步的说明：
一种基于瞬时流量的数据搭建超声波流量模型的方法，其包括如下步骤：
步骤一：产生稳定瞬时流量：利用瞬时流量产生装置产生需要的流量V，且采集的流量V是在瞬时流量产生装置经过一定时间后达到稳流状态之后进行采集，在未达到稳流期间不计量或者计量无效。
步骤二：时间差采样：在稳定的瞬时流量下，超声波流量计量装置采集一定数量的时间差数据t1....tn，所述时间差是指超声波在两点之间的逆流方向的传播时间和顺流方向的传播时间之差。采样时，超声波流量计量装置接收到采样开始指令后开始采样，接收到停止采样后停止采样。本发明采用的超声波计量原理是时间差法，超声波在介质中的传播受到介质流动的影响，在逆流方向上的传播时间和顺流方向上的传播时间之差称为时间差，时间差的大小可以反映介质流速的大小。由附图1所示的超声波流量计量装置的结构模型中，A、B为换能器，Vm为介质的流速，D为管道的直径，φ为换能器A和换能器B相连接与管道轴心线的夹角，L为换能器A和换能器B之间的直线距离。
目前超声波流量计量模型按照以下公式计算所得：设超声波在介质中的传播速度为C，那么，超声波信号从换能器A传播到换能器B的时间即顺流时间为：超声波信号从换能器B传播到换能器A的时间即逆流时间为：则，时间差t＝T逆-T顺，一般C远大于Vm，则时间差为 因此可得：上述公式为理论计算而得，实际流速Vm仍然受介质粘度、流体分布、管道结构等影响。
步骤三：数据处理：对采集到的时间差数据进行数字滤波算法得到数据t；数字滤波算法可以采用：算术平均值滤波、加权平均值滤波、滑动平均滤波算法等。以算术平均值滤波为例：
N为采集数据个数，t(K)是第K次采集获得的数据。
步骤四：数据模型：根据上述的瞬时流量V和时间差数据t通过公式A＝V/t计算获得瞬时流量和时间差的流量系数A；
步骤五：大样本数据模型：改变瞬时流量，重复步骤(1)、(2)、(3)、(4)，从而得到多个流量系数A，通过数据拟合方法，得到时间差t与瞬时流量V之间的关系：V＝A(t)。
下面以DN20口径超声波水表为例，采集以下数据并计算流量系数A进行说明：
根据上表内的数据作出A与t的关系曲线图，如附图2所示。
根据A与t的关系曲线的变化趋势，通过数据拟合方法，得到时间差t与瞬时流量V之间的关系：V＝A(t)。曲线拟合函数有很多，如线性函数、多项式函数、指数函数、三角函数。如附图2中的曲线，为了更加准确的进行曲线拟合，对上述曲线进行分段，分为三段：50L/h-110.4L/h、110.4L/h-361.7L/h、361.7L/h-1808.6L/h三段，根据每一段的走势，分别的模型函数为：
第一段50L/h-110.4L/h模型函数A＝at+b
第二段110.4L/h-361.7L/h模型函数A＝a(t+b)2
第三段361.7L/h-1808.6L/h模型函数A＝a(t+b)2
由上述模型函数可知，每个函数只有两个参数，为了简化拟合函数参数的计算，把每一段的起始点和终止点的时间差代入上述函数中，分别求取函数参数a和b的值。
计算结果为：
第一段拟合函数：A＝0.06267t+6.696
第二段拟合函数：A＝-0.0004623(t-45)2+8.04
第三段拟合函数：A＝-0.000012(t-215.7)2+8.39
根据上述的拟合函数计算误差如下表所示：
由以上误差数据可知，数据拟合误差小于1％，完全满足超声波水表对于精度的要求。
本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。

Claims (3)

1.一种基于瞬时流量的数据搭建超声波流量模型的方法，其特征是：包括如下步骤：
(1)产生稳定瞬时流量：利用瞬时流量产生装置产生需要的流量V；
(2)时间差采样：在稳定的瞬时流量下，超声波流量计量装置采集一定数量的时间差数据t1....tn，所述时间差是指超声波在两点之间的逆流方向的传播时间和顺流方向的传播时间之差；
(3)数据处理：对采集到的时间差数据进行数字滤波算法得到数据t；
(4)数据模型：根据上述的瞬时流量V和时间差数据t通过公式A＝V/t计算获得瞬时流量和时间差的流量系数A；
(5)大样本数据模型：改变瞬时流量，重复步骤(1)、(2)、(3)、(4)，从而得到多个流量系数A，通过数据拟合方法，得到时间差t与瞬时流量V之间的关系：V＝A(t)。
2.根据权利要求1所述的基于瞬时流量的数据搭建超声波流量模型的方法，其特征是：步骤(1)中采集的流量V是在瞬时流量产生装置达到稳流状态之后进行采集。
3.根据权利要求1所述的基于瞬时流量的数据搭建超声波流量模型的方法，其特征是：步骤(3)中，数据处理时采用均值法或者去掉最大值和最小值得均值的方法。
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