CN108180954A - 用于超声波换能器的零漂温度补偿方法 - Google Patents

用于超声波换能器的零漂温度补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于超声波换能器的零漂温度补偿方法，属于燃气表领域，包括将计量组件置于恒温箱中，基于每个温度值下稳定检测的平均温度值以及飞行时间差值构建温度‑零漂函数；将零漂变化量代入飞行时间差的计算公式，将计算结果作为流量修正值；如果判定当前检测状态为零流量状态，则在零流量状态持续第一预设时长后，对零漂数据进行更新。通过获取计量组件在不同温度值下的飞行时间差以及平均温度值构成的函数对计量组件进行标定，从而对计量组件完成基于温度的零漂补偿，防止出现不同温度下由于零漂现象导致测量不准确的缺陷，同时还针对出现零流量状态时，主动对零漂数据进行更新，进一步提高了在小流量检测下检测的精确性。

Description

用于超声波换能器的零漂温度补偿方法
技术领域
本发明属于燃气表领域，特别涉及用于超声波换能器的零漂温度补偿方法。
背景技术
超声波燃气表由于其测量范围宽、对被测介质无要求、无任何转动部件等特点，成为近年来电子式燃气表的一个亮点。但是，超声波燃气表的零点漂移对超声波燃气表的小流量检测精度有较大影响。零点漂移是指当超声波燃气表内无气体流动时，顺逆流飞行的时间差不为零。而且，环境温度、器件老化等因素还会引起零点漂移值的变化。零点漂移的根源来自于超声波换能器，换能器的特性参数会随着温度、时间而变化，且当两个换能器配对使用时，无法做到完全的一致。对于家用超声波燃气表，若对零点漂移没有很好的处理方法，会造成小流量测量精度超差。
当前解决该问题一般有两个方法，第一种方法是在制造端尽可能保证换能器的一致性，第二种方法是在一批换能器中选择性能接近的换能器进行配对使用。
针对第一种方法，即从生产角度提高换能器的一致性，压电陶瓷和匹配材料无法做到完全的一致，工艺难度大，制造成本高。第二种方法选择性能相近的换能器配对使用，因换能器有多个性能指标影响到零点漂移值，无法做到完全的匹配，最终零漂的抑制效果不明显。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了通过获取补偿函数和修正值对计量组件进行补偿从而提高超声波换能器检测精度的零漂温度补偿方法。
为了达到上述技术目的，本发明提供了用于超声波换能器的零漂温度补偿方法，用于对超声波燃气表中的计量组件进行温度修正，所述零漂温度补偿方法，包括：
步骤一，将计量组件置于恒温箱中，对恒温箱的温度进行调整得到至少两个温度值，获取计量组件在每个温度值下稳定检测的平均温度值以及飞行时间差值，基于每个温度值下稳定检测的平均温度值以及飞行时间差值构建温度-零漂函数；
步骤二，在计量组件的实际使用过程中，获取因温度变化导致的零漂变化量，将零漂变化量代入飞行时间差的计算公式，将计算结果作为流量修正值；
步骤三，在使用计量组件进行流量监测的过程中，获取飞行时间差与零漂差值的绝对值，根据差值判定当前检测状态是否为零流量状态；
步骤四，如果判定当前检测状态为零流量状态，则在零流量状态持续第一预设时长后，对零漂数据进行更新。
可选的，在步骤一与步骤二之间，还设有用于计量组件的自标定步骤。
可选的，所述用于计量组件的自标定步骤，包括：
在超声波燃气表的通道内没有流量的状态下，获取计量组件在第二预设时长内的飞行时差的平均值和检测到温度的平均值。
可选的，所述步骤二包括：
在计量组件的实际使用过程中，获取因温度变化导致的零漂变化量，将零漂变化量代入如公式一所示的飞行时间差的计算公式
Δt＝Δts+[f(T)-f(Ts)]公式一，
其中，Δt为零漂计算结果，Δts为通过自学习获取到的零漂值，T为当前温度值，Ts为零漂对应的温度值；
将计算结果作为流量修正值。
可选的，所述在使用计量组件进行流量监测的过程中，获取飞行时间差与零漂差值的绝对值，根据差值判定当前检测状态是否为零流量状态，包括：
获取飞行时间差和零漂差值的绝对值；
如果差值的绝对值小于10ns，则判定当前处于零流量状态。
可选的，所述如果判定当前检测状态为零流量状态，则在零流量状态持续第一预设时长后，对零漂数据进行更新，包括：
如果处于零流量状态的时长持续第一预设时长，则对零漂数据进行更新；
在更新过程中如果检测到流量，则获取更新过程中的飞行时间差和温度数据的平均值，对当前零漂数据进行更新。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过获取计量组件在不同温度值下的飞行时间差以及平均温度值构成的函数对计量组件进行标定，从而对计量组件完成基于温度的零漂补偿，防止出现不同温度下由于零漂现象导致测量不准确的缺陷，同时还针对出现零流量状态时，主动对零漂数据进行更新，进一步提高了在小流量下检测的精确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的用于超声波换能器的零漂温度补偿方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
本发明提供了用于超声波换能器的零漂温度补偿方法，用于对超声波燃气表中的计量组件进行温度修正，如图1所示，所述零漂温度补偿方法，包括：
步骤一，将计量组件置于恒温箱中，对恒温箱的温度进行调整得到至少两个温度值，获取计量组件在每个温度值下稳定检测的平均温度值以及飞行时间差值，基于每个温度值下稳定检测的平均温度值以及飞行时间差值构建温度-零漂函数；
步骤二，在计量组件的实际使用过程中，获取因温度变化导致的零漂变化量，将零漂变化量代入飞行时间差的计算公式，将计算结果作为流量修正值；
步骤三，在使用计量组件进行流量监测的过程中，获取飞行时间差与零漂差值的绝对值，根据差值判定当前检测状态是否为零流量状态；
步骤四，如果判定当前检测状态为零流量状态，则在零流量状态持续第一预设时长后，对零漂数据进行更新。
在实施中，零点漂移是指当超声波燃气表内无气体流动时，顺逆流飞行的时间差不为零。超声波换能器的零漂现象很大程度上受温度影响，但由于器件老化也会导致零漂现象发生，因此不能简单根据温度与零漂现象之间的关系进行补偿。但是在其他因素不变的情况下，可以根据温度变化与零漂现象之间的对应关系对超声波换能器内的计量组件进行补偿，从而提高超声波换能器的测量精度。
具体的，用于超声波换能器的零漂温度补偿方法主要包括如下步骤：
首先，通过将超声波换能器中的计量组件置于恒温箱中，将恒温箱调整至多个不同温度值，获取每个温度值下计量组件检测到的温度值，以及顺流、逆流飞行的飞行时间差值。
进行整表使用环境范围内不同温度下的零漂测试，此时保证流道内没有流量。通过串口通信的方式，使计量模组进入温度标定模式，控制恒温箱进行温度设定。当模组检测温度稳定在±2℃的时间超过2小时，记录最后10分钟的平均温度和平均飞行时间差值。调整多个温度值，用同样的方式，记录平均飞行时间差值和其对应的温度值。检测到足够温度点后。通过串口指令使计量模组退出温度标定模式。退出温度标定时，计量模组MCU通过已有数据计算温度与零漂函数f(T)。
其次，使用计量组件进行检测的过程中，获取到因温度变化带来的零漂变化量，将零漂变化量代入公式一中，得到用于对流量进行修正的流量修正值。
再次，对计量组件当前是否处于零流量状态进行判定，并在判定处于零流量状态的基础上对零漂数据进行更新，从而完成对计量组件关于温度引起零漂现象的补偿。
通过获取计量组件在不同温度值下的飞行时间差以及平均温度值构成的函数对计量组件进行标定，从而对计量组件完成基于温度的零漂补偿，防止出现不同温度下由于零漂现象到至测量不准确的缺陷，同时还针对出现零流量状态时，主动对零漂数据进行更新，进一步降低了在小流量检测下检测的精确性。
可选的，在步骤一与步骤二之间，还设有用于计量组件的自标定步骤。
在实施中，该温度补偿方法除了前文中提出的四个步骤外，还设有自标定步骤。
超声波计量组件量模组在安装使用前，需要对零漂进行自标定。同样，此时需要保证流道内没有流量。串口通信驱动使燃气表进行零漂的自标定，计量模组检测10分钟内飞行时间差均值和温度均值。
具体的，所述用于计量组件的自标定步骤，包括：
在超声波燃气表的通道内没有流量的状态下，获取计量组件在第二预设时长内的飞行时差的平均值和检测到温度的平均值。
在实施中，为了提高计量组件的准确性，在步骤一与步骤二之间，还可以增加对计量组建的自标定步骤。通过在零流量的状态下，获取十分钟内计量模组检测到的飞行时间差均值以及温度均值对计量组件的默认组件进行校准。
可选的，所述步骤二包括：
在计量组件的实际使用过程中，获取因温度变化导致的零漂变化量，将零漂变化量代入如公式一所示的飞行时间差的计算公式
Δt＝Δts+[f(T)-f(Ts)] 公式一，
其中，Δt为零漂计算结果，Δts为通过自学习获取到的零漂值，T为当前温度值，Ts为零漂对应的温度值；
将计算结果作为流量修正值。
在实施中，在实际流量检测过程中，温度变化，将温度变化所带来的零漂变化代入飞行时间差的计算当中，如公式一所示，并以此值作为流量修正值。公式一中，Δt为当前参与计算零漂情况，Δts为系统自学习的零漂，T为当前温度值，Ts为系统零漂对应的温度。
当系统零漂对应的温度和当前检测到的温度不同时，将两个温度代入温度流量曲线，计算两个温度下零漂差值，并在零漂实际使用时，将这个温度修正值代入。从而修正实际温度引起的零漂变化。通过引入修正值的概念，能够进一步提高补偿的精确性。
可选的，所述在使用计量组件进行流量监测的过程中，获取飞行时间差与零漂差值的绝对值，根据差值判定当前检测状态是否为零流量状态，包括：
获取飞行时间差和零漂差值的绝对值；
如果差值的绝对值小于10ns，则判定当前处于零流量状态。
在实施中，在使用计量组件进行实际的流量监测的过程中，需要判定当前超声波换能器的检测环境是否为零流量状态。
对零流量状态的具体判断过程为：在检测过程中获取飞行时间差和零漂差值的绝对值，根据绝对值的数值与阈值的对比进行判定。
可选的，所述如果判定当前检测状态为零流量状态，则在零流量状态持续第一预设时长后，对零漂数据进行更新，包括：
如果处于零流量状态的时长持续第一预设时长，则对零漂数据进行更新；
在更新过程中如果检测到流量，则获取更新过程中的飞行时间差和温度数据的平均值，对当前零漂数据进行更新。
在实际流量检测过程中，若符合零漂符合公式二，即飞行时间差的差值和零漂的差值的绝对值小于10ns，则认为当前检测到零流量。
若连续检测到零流量的时间超过2小时，那么更新一次系统零漂值。更新检测时间长度为10分钟，若10分钟内检测到的流道更新终止。若10分钟内没有检测到得流量，则对这10分钟数据的飞行时间差和温度数据取均值，并更新当前零漂数据。
|Tdown-Tup-Δt|<10ns 公式一，
式中，Tdown表示下行飞行时间，Tup表示上行飞行时间。
在实施中，之所以在零流量状态下进行更新，是因为长时间检测到零流量肯定是阀门关闭的状态，在该状态下进行零漂数据进行更新，能够有效避免小流量对计量组件造成的干扰。
本发明提供了用于超声波换能器的零漂温度补偿方法，属于燃气表领域，包括将计量组件置于恒温箱中，基于每个温度值下稳定检测的平均温度值以及飞行时间差值构建温度-零漂函数；将零漂变化量代入飞行时间差的计算公式，将计算结果作为流量修正值；如果判定当前检测状态为零流量状态，则在零流量状态持续第一预设时长后，对零漂数据进行更新。通过获取计量组件在不同温度值下的飞行时间差以及平均温度值构成的函数对计量组件进行标定，从而对计量组件完成基于温度的零漂补偿，防止出现不同温度下由于零漂现象导致测量不准确的缺陷，同时还针对出现零流量状态时，主动对零漂数据进行更新，进一步提高了在小流量下检测的精确性。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.用于超声波换能器的零漂温度补偿方法，用于对超声波燃气表中的计量组件进行温度修正，其特征在于，所述零漂温度补偿方法，包括：
步骤一，将计量组件置于恒温箱中，对恒温箱的温度进行调整得到至少两个温度值，获取计量组件在每个温度值下稳定检测的平均温度值以及飞行时间差值，基于每个温度值下稳定检测的平均温度值以及飞行时间差值构建温度-零漂函数；
步骤二，在计量组件的实际使用过程中，获取因温度变化导致的零漂变化量，将零漂变化量代入飞行时间差的计算公式，将计算结果作为流量修正值；
步骤三，在使用计量组件进行流量监测的过程中，获取飞行时间差与零漂差值的绝对值，根据差值判定当前检测状态是否为零流量状态；
步骤四，如果判定当前检测状态为零流量状态，则在零流量状态持续第一预设时长后，对零漂数据进行更新。
2.根据权利要求1所述的用于超声波换能器的零漂温度补偿方法，其特征在于，在步骤一与步骤二之间，还设有用于计量组件的自标定步骤。
3.根据权利要求2所述的用于超声波换能器的零漂温度补偿方法，其特征在于，所述用于计量组件的自标定步骤，包括：
在超声波燃气表的通道内没有流量的状态下，获取计量组件在第二预设时长内的飞行时差的平均值和检测到温度的平均值。
4.根据权利要求1所述的用于超声波换能器的零漂温度补偿方法，其特征在于，所述步骤二包括：
在计量组件的实际使用过程中，获取因温度变化导致的零漂变化量，将零漂变化量代入如公式一所示的飞行时间差的计算公式
Δt＝Δts+[f(T)-f(Ts)]公式一，
其中，Δt为零漂计算结果，Δts为通过自学习获取到的零漂值，T为当前温度值，Ts为零漂对应的温度值；
将计算结果作为流量修正值。
5.根据权利要求1所述的用于超声波换能器的零漂温度补偿方法，其特征在于，所述在使用计量组件进行流量监测的过程中，获取飞行时间差与零漂差值的绝对值，根据差值判定当前检测状态是否为零流量状态，包括：
获取飞行时间差和零漂差值的绝对值；
如果差值的绝对值小于10ns，则判定当前处于零流量状态。
6.根据权利要求1所述的用于超声波换能器的零漂温度补偿方法，其特征在于，所述如果判定当前检测状态为零流量状态，则在零流量状态持续第一预设时长后，对零漂数据进行更新，包括：
如果处于零流量状态的时长持续第一预设时长，则对零漂数据进行更新；
在更新过程中如果检测到流量，则获取更新过程中的飞行时间差和温度数据的平均值，对当前零漂数据进行更新。
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