CN108458759A - 测量超声流量计信号延迟时间、流量的方法与处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量超声流量计信号延迟时间、流量的方法与处理装置。测量超声流量计信号延迟时间的方法包括:构成超声计量声道的一对超声传感器A和B,通过DSP测量的所述超声传感器A发射、B接受的信号传播时间T1;通过DSP测量的所述超声传感器B发射、A接受的信号传播时间T2;通过DSP测量的所述超声传感器A发射、经B反射、A接受的信号传播时间T3;通过DSP测量的所述超声传感器B发射、经A反射、B接受的信号传播时间T4;所述超声传感器B的延迟时间tBD为:所述超声传感器A的延迟时间tAD为:。本发明可在复杂工作现场条件下自动采集、获取超声流量计延迟时间,以便获得精准的声速和流速,可简化测试程序、降低制造成本、提高计量精度。
Description
技术领域
本发明涉及超声流量计量技术领域,尤其涉及一种气体超声波流量计信号延迟时间、流量的测量方法与处理装置。
背景技术
近年来随着国家不断出台政策鼓励使用清洁能源,越来越多的终端用户使用天然气替代煤炭,减少空气污染,提高环境质量。但是城市用的低压天然气计量大多还采用机械式技术,如家庭与工商业户所使用的皮膜表、腰轮、涡轮流量计等,此类流量计(表)存在机械转动部件,随着运行时间加长,机械传动部分会因脏污、磨损等使贸易计量产生偏差。但常用的机械技术计量表及流量计并不具备自我诊断功能,无法判断计量仪表是否处于正常工作状态,同时也不能避免偷气现象的发生,造成燃气公司供销差往往较大,导致经营损失。
气体超声流量计因其无转动部件,具备智能诊断功能,在长输高压管线分输站得到广泛应用。遵照相关国际与国家标准,现有气体超声流量计一般都采用时间差法,通过两个超声传感器对称设置来测量正反两方向声速传输时间,导出气体流速,达到计量气体流量的目的。时间差法示意图见附图1。时间差法的计算原理如下公式:
及
按照上述公式,推导出时间差法公式为:
及
其中:
tAB:传感器A到传感器B的声波传输时间
tBA:传感器B到传感器A的声波传输时间
L:测量距离
vt:时间差法测量的气体流速
c:声速
实际上数字信号处理单元(DSP)并不能直接测量出声波传输时间。DSP完成一次超声信号传输时间的测量,测到的时间(T)除超声波在介质中传输时间(tAB,tBA)外,还包括电子板电路信号传输延迟时间、传感器(换能器)信号转换延迟时间、信号线缆延迟时间等。上述延迟时间之和统称为延迟时间tD。
不同品牌、不同型号的气体超声流量计相关声道的延迟时间tD有所不同,大概范围在10~40微秒,对小口径超声流量计测量精度影响较大。
一个超声传感器(换能器)的延迟时间在不同的温度、压力下会有所偏移。如果延迟时间的偏移在合理的范围内,可视为计量精度有保障。延迟时间这一参数,作为气体超声流量计智能诊断的特性之一,用来判断超声流量计自身是否处于正常运行状态,并对偏移出合理范围内的发展趋势,提前做出故障报警。
用于城市燃气贸易计量的气体超声流量计大部分为小口径流量计,精度要求优于1%。因此必须通过设置补偿延迟时间tD来弥补误差,以减少对计量精度的影响。
目前国际、国内相关品牌在实验室恒温、恒湿等理想的标准条件下,通过三坐标仪、声速测试装置及复杂的测试软件与系统,得到标准声速后,推导出传输时间,再反推算出延迟时间。上述方法对测试条件要求较为苛刻,如测试时间长、设备投入费用高、测试人员经验丰富等。即使传感器及电子板通过了严格的测试,一旦装配到复杂的工作现场,由于温度、湿度的改变,延迟时间也将发生偏移,此时如采用标准状态下得到的延迟时间等数据,将无法保障计量精度。
因此,有必要提出一种新的超声流量计信号延迟时间的测量技术,以在复杂工作现场条件下自动采集、获取超声流量计的延迟时间,便于精准的声速和流速的测量。
发明内容
针对上述问题,本发明旨在提供一种超声流量计信号延迟时间的测量方法与测量处理装置,以在复杂工作现场条件下自动采集、获取超声流量计信号延迟时间,便于精准的声速和流速的测量。
本发明提供一种超声流量计信号延迟时间的测量方法,包括:
构成超声计量声道的一对超声传感器A和B,其中,
通过DSP测量的所述超声传感器A发射、B接受的信号传播时间T1;
通过DSP测量的所述超声传感器B发射、A接受的信号传播时间T2;
通过DSP测量的所述超声传感器A发射、经B反射、A接受的信号传播时间T3;
通过DSP测量的所述超声传感器B发射、经A反射、B接受的信号传播时间T4;
得到所述超声传感器B的延迟时间tBD为:
得到所述超声传感器A的延迟时间tAD
为:
上述的测量方法,T1=tAD+tAB+tBD,其中,tAB为所述超声传感器A到所述超声传感器B的声波传输时间。
上述的测量方法,T2=tBD+tBA+tA,D其中,tBA为所述超声传感器B到所述超声传感器A的声波传输时间。
上述的测量方法,T3=2tAD+tAB+tBA。
上述的测量方法,T4=2tBD+tBA+tAB。
上述的测量方法,
上述的测量方法,
本发明还提供一种利用上述的方法测量超声流量的方法,包括:
所述超声传感器A到所述超声传感器B的补偿延迟后的声波实际传输时间
所述超声传感器B到所述超声传感器A的补偿延迟后的声波实际传输时间
根据时间差法得到被测气体的流速;
根据所述流速进行被测气体流量的计量。
本发明还提供一种超声流量计信号延迟时间的测量处理装置,包括存储器、数字信号处理单元及存储在存储器上并可在数字信号处理单元上运行的计算机程序,所述数字信号处理单元执行所述程序时实现以下步骤:
测量所述超声传感器A发射、B接受的信号传播时间T1;
测量所述超声传感器B发射、A接受的信号传播时间T2;
测量所述超声传感器A发射、经B反射、A接受的信号传播时间T3;
测量所述超声传感器B发射、经A反射、B接受的信号传播时间T4;
计算所述超声传感器B的延迟时间tBD为
计算所述超声传感器A的延迟时间tAD
为:
上述的测量处理装置,所述数字信号处理单元为可编程信号处理器。
本发明利用构成超声流量计的一对传感器间超声的对射与反射,利用时间差法与时间漂移法,简单通过测量对射与反射的时间,就可得出超声流量延迟时间,从而可准确测量声速与流速,进而可应运于复杂工作现场进行自动采集,简化了测试程序、降低了制造成本、提高了流量计量精度。
附图说明
图1为背景技术时间差法流速测量的流程示意图;
图2为本发明超声流量延迟时间测量的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明,以便能够更好地理解本发明的方案以及各个方面的优点。然而,以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的,而不是对本发明的限制。
本发明针对目前超声流量测量系统DSP完成一次超声信号传输时间测到的时间(T)除超声波在介质中传输时间(tAB,tBA)外,还包括电子板电路信号传输延迟时间、传感器(换能器)信号转换延迟时间、信号线缆延迟时间等,不能直接测量出声波传输时间,对小口径超声流量计测量精度影响较大,而目前使用的通过复杂设备先获得声速后再推导出传输时间、反推算出延迟时间,测试成本高,耗时长的问题,提出一种新的简单精准测量超声流量延迟时间与流量的构思,根据构成超声流量计的一对传感器间超声的对射与反射,利用时间差法与时间漂移法,简单通过测量对射与反射的时间,就可得出超声流量计信号延迟时间,从而可准确测量声速与流速,进而使得该方法可应运于复杂工作现场进行自动采集。
运用本发明的方法时,包括超声流量计采用的时间差法和时间漂移法,传感器声波发射与反射如图2所示。
时间差法测量,得到测量时间T1、T2,公式如下:
T1=tAD+tAB+tBD (5)
T2=tBD+tBA+tAD (6)
其中:
T1:DSP通过超声传感器(换能器)A发射、B接受,测量的信号传播时间;
T2:DSP通过超声传感器(换能器)B发射、A接受,测量的信号传播时间为;
tAD:传感器A的延迟时间;
tBD:传感器B的延迟时间;
因时间差法和时间漂移法是同时进行的,声波从传感器A到B和从传感器B到A,在两种方法中的表述是相同的。
所述时间漂移法,得到测量时间T3、T4,的公式如下:
T3=2tAD+tAB+tBA (7)
T4=2tBD+tBA+tAB (8)
其中:
T3:DSP通过超声传感器(换能器)A发射,经B反射,A接受,测量的信号传播时间;
T4:DSP通过超声传感器(换能器)B发射,经A反射,B接受,测量的信号传播时间;
公式(5)+(6)-(7)得
T1+T2-T3=2tBD
得到:
公式(5)+(6)-(8)得
T1+T2-T4=2tAD
得到:
如上,时间差法和时间漂移法测量到的信号传输时间值T1、T2、T3、T4,通过公式(9)、(10)即得到传感器A和B的延迟时间tAD、tBD。该延迟时间即是取得精准流量计量的基础,也是流量计健康状态的重要诊断参数。
将公式(9)、(10)结果代入公式(5)、(6),分别得出:
公式(11)、(12)得到的tAB、tBA是补偿了延迟时间后的声波传输时间,采用此时间值,既能通过时间差法公式(3)得到准确的气体流速;也能通过公式(4)得到准确的声速。
本发明为了实现上述超声流量延迟时间的测量,提供了一种超声流量计信号延迟时间的测量处理装置,包括存储器、数字信号处理单元及存储在存储器上并可在数字信号处理单元上运行的计算机程序,所述数字信号处理单元执行所述程序时实现以下步骤:
测量所述超声传感器A发射、B接受的信号传播时间T1;
测量所述超声传感器B发射、A接受的信号传播时间T2;
测量所述超声传感器A发射、经B反射、A接受的信号传播时间T3;
测量所述超声传感器B发射、经A反射、B接受的信号传播时间T4;
计算所述超声传感器B的延迟时间tBD为:
计算所述超声传感器A的延迟时间tAD
为:
优选地,所述数字信号处理单元为可编程信号处理器。
上述数字信号处理单元可与其他模块如存储器等集成为一总的功能模块使用,也可单独作为数字处理模块使用。
本发明无须通过三坐标仪、声速测试装置及复杂的测试软件与系统先得到标准声速后,再推导出传输时间,再反推算出延迟时间,而是利用构成超声流量计的一对传感器间超声的对射与反射,利用时间差法与时间漂移法,简单通过测量对射与反射的时间,就可得出超声流量延迟时间,从而可准确测量声速与流速,进而可应运于复杂工作现场进行自动采集,简化了测试程序、降低了制造成本、提高了流量计量精度,使得气体计量可适应较大范围的测量场合。
最后应说明的是:显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非对实施方式的限定,如实施方式可以为多声道设计等。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种测量超声流量计信号延迟时间的方法,其特征在于,包括:
构成超声计量声道的一对超声传感器A和B,其中,
通过DSP测量的所述超声传感器A发射、B接受的信号传播时间T1;
通过DSP测量的所述超声传感器B发射、A接受的信号传播时间T2;
通过DSP测量的所述超声传感器A发射、经B反射、A接受的信号传播时间T3;
通过DSP测量的所述超声传感器B发射、经A反射、B接受的信号传播时间T4;
得到所述超声传感器B的延迟时间tBD
为:
得到所述超声传感器A的延迟时间tAD
为:
2.根据权利要求1所述的测量方法,其特征在于,T1=tAD+tAB+tBD,其中,tAB为所述超声传感器A到所述超声传感器B的声波传输时间。
3.根据权利要求2所述的测量方法,其特征在于,T2=tBD+tBA+tAD,其中,tBA为所述超声传感器B到所述超声传感器A的声波传输时间。
4.根据权利要求3所述的测量方法,其特征在于,T3=2tAD+tAB+tBA。
5.根据权利要求3所述的测量方法,其特征在于,T4=2tBD+tBA+tAB。
6.根据权利要求3所述的测量方法,其特征在于,
7.根据权利要求3所述的测量方法,其特征在于,
8.一种利用权利要求3所述的方法测量超声流量的方法,其特征在于,包括:
所述超声传感器A到所述超声传感器B的补偿延迟后的声波实际传输时间
所述超声传感器B到所述超声传感器A的补偿延迟后的声波实际传输时间
根据时间差法得到被测气体的流速;
根据所述流速进行被测气体流量的计量。
9.一种超声流量计信号延迟时间的测量处理装置,包括存储器、数字信号处理单元及存储在存储器上并可在数字信号处理单元上运行的计算机程序,其特征在于,所述数字信号处理单元执行所述程序时实现以下步骤:
测量所述超声传感器A发射、B接受的信号传播时间T1;
测量所述超声传感器B发射、A接受的信号传播时间T2;
测量所述超声传感器A发射、经B反射、A接受的信号传播时间T3;
测量所述超声传感器B发射、经A反射、B接受的信号传播时间T4;
计算所述超声传感器B的延迟时间tBD为:
计算所述超声传感器A的延迟时间tAD
为:
10.根据权利要求9所述的测量处理装置,其特征在于,所述数字信号处理单元为可编程信号处理器。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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