CN109696217B - 用于超声波燃气表计量数据的调整方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了用于超声波燃气表计量数据的调整方法，属于计量领域，该方法包括获取当前超声波燃气表所处环境的温度值，确定当前温度值下理论飞行时长；获取超声波信号在流道内的飞行时长；结合理论飞行时长与预设的飞行时长阈值判定超声波燃气表是否存在错波异常；如果存在错波异常，则对超声波燃气表进行自动增益调整，基于调整后的超声波燃气表进行燃气量计量。通过在使用超声波燃气表进行用气计量的过程中，引入基于温度值得到该温度值下声音标准传输速度的技术特征，根据确定的声音标准传输速度对当前是否存在错波现象进行判定，能够有效弥补基于超声波计算流量是可能因错波导致计量错误的缺陷。

Description

用于超声波燃气表计量数据的调整方法

技术领域

本申请属于计量领域，特别涉及用于超声波燃气表计量数据的调整方法。

背景技术

随着科技进步，燃气化工程迅速发展，燃气的计量目前主要以燃气表(工业流量计)来进行。超声波燃气表(流量计)作为新型电子式燃气表，以其传动部件少、使用寿命长等特点受到市场的广泛认可。目前超声燃气表主要采用时差法来进行流量检测，即通过测量超声波上下行传播时间，计算瞬时流量，并由瞬时流量累积计算得到用户的用气量。

在超声波燃气表的应用当中，准确的测量超声波在流场中的飞行时间的测量是保证其计量精度的关键。然而在超声波表实际使用的过程中，超声波信号会因为温度、湿度、流场内大流量、换能器老化等因素而发生强度、波形的变化，此时容易出现检测错波的问题。当前通过自动增益调整的方法可以保证检测起始波位置与目标起始波一致，但是该操作一般在上电初始化过程中进行。对于超声波燃气表使用过程中的错波问题，目前尚无较好的解决方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本申请提供了用于超声波燃气表计量数据的调整方法，能够提高计量过程中超声波燃气表因错波导致计量错误的能力。

为了达到上述技术目的，本申请提供了用于超声波燃气表计量数据的调整方法，所述超声波燃气表中设有存储至少一个检测周期内的历史飞行时长的存储单元，所述调整方法包括：

获取当前超声波燃气表所处环境的温度值，确定当前温度值下超声波燃气表的理论飞行时长；

对超声波燃气表中的换能器施加电压，获取超声波信号在流道内的飞行时长；

结合理论飞行时长与预设的飞行时长阈值判定超声波燃气表是否存在错波异常；

如果存在错波异常，则对超声波燃气表进行自动增益调整，基于调整后的超声波燃气表进行燃气量计量。

可选的，所述调整方法，还包括：

如果在进行自动调整增益后，依然存在错波异常，则发出报警信息同时关闭超声波燃气表的阀门，令超声波燃气表进入待维修状态。

可选的，所述调整方法，还包括：

如果不存在错波异常，则基于获取到的超声波信号在流道内下行飞行时长与上行飞行时长获取当前飞行时长；

将获取到的当前飞行时长以及当前时刻传输至存储单元。

可选的，所述获取当前超声波燃气表所处环境的温度值，确定当前温度值下超声波燃气表的理论飞行时长，包括：

获取超声波燃气表当前环境的温度值，得到当前温度值下燃气表内部气体环境下对应的声音传输速度；

结合超声波燃气表的流道长度，得到流道中超声波信号的理论飞行时长。

可选的，所述对超声波燃气表中的换能器施加电压，获取超声波信号在流道内的飞行时长步骤，包括：

分别对超声波燃气表流道处的第一换能器和第二换能器施加电压，得到

第一换能器发送第一超声波信号、第二换能器接收第一超声波信号过程中的下行飞行时长，以及

第二换能器发送第二超声波信号、第一换能器接收第二超声波信号过程中的上行飞行时长。

可选的，所述结合理论飞行时长与预设的飞行时长阈值判定超声波燃气表是否存在错波异常，包括：

获取下行飞行时长与上行飞行时长的平均时长，计算平均时长与理论飞行时长差值的绝对值；

如果绝对值小于预设的飞行时长阈值，则判定当前不存在错波异常；

如果绝对值不小于预设的飞行时长阈值，则判定当前存在错波异常。

可选的，所述预设的飞行时长阈值基于第一换能器、第二换能器发出超声波的频率值确定。

可选的，所述基于调整后的超声波燃气表进行燃气量计量，包括：

提取调整后的下行飞行时长t_dn和上行飞行时长t_up；

结合超声波燃气表的流道长度，根据公式一得到超声波燃气表内的气体流速v

其中，θ为传能器轴向连线与流道水平方向所成夹角，L为流道长度；

根据得到的气体流速v结合修正系数k以及流道截面积s得到燃气表内的气体瞬时流量，结合检测时长得到流经超声波燃气表的燃气量。

本申请提供的技术方案带来的有益效果是：

1、在使用超声波燃气表进行用气计量的过程中，引入基于温度值得到该温度值下声音标准传输速度的技术特征，根据确定的声音标准传输速度对当前是否存在错波现象进行判定，能够有效弥补基于超声波计算流量是可能因错波导致计量错误的缺陷。

2、在判断出现错波后，调用已存储的可靠飞行时长对发生错波时刻的飞行时长进行替换，确保对燃气用量进行计量的过程中不会因错波现象导致计量误差，提升了超声波燃气表计量的精准性。

3、在判断是否存在错波的过程中所使用的飞行时长阈值会根据换能器发出的超声波的频率进行调整，扩大了本方法所适用的燃气表范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，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申请的一些实施例，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是本申请提供的用于超声波燃气表计量数据的调整方法示意图；

图2是本申请提供的用于超声波燃气表内部结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的结构作进一步地描述。

实施例一

本申请提供了用于超声波燃气表计量数据的调整方法，所述超声波燃气表中设有存储至少一个检测周期内的历史飞行时长的存储单元，如图1所示，所述调整方法包括：

11、获取当前超声波燃气表所处环境的温度值，确定当前温度值下超声波燃气表的理论飞行时长；

12、对超声波燃气表中的换能器施加电压，获取超声波信号在流道内的飞行时长；

13、结合理论飞行时长与预设的飞行时长阈值判定超声波燃气表是否存在错波异常；

14、如果存在错波异常，则对超声波燃气表进行自动增益调整，基于调整后的超声波燃气表进行燃气量计量。

在实施中，为了解决现有技术中因诸多因素导致错波现象，本申请实施例提出了基于环境温度值对是否超声波燃气表是否存在错波进行判断，并且在确定存在错波的前提下提出了补偿方案。

详细的错波判定步骤包括如步骤11至13的判定过程，步骤11中提出了获取当前环境的温度值，进而根据温度值确定该超声波燃气表的理论飞行时长的步骤。

步骤11具体包括：

111、获取超声波燃气表当前环境的温度值，得到当前温度值下燃气表内部气体环境下对应的声音传输速度；

112、结合超声波燃气表的流道长度，得到流道中超声波信号的理论飞行时长。

在实施中，这里是所以需要获取环境温度值对应的理论飞行时长，是为了后续步骤中与实际的下行飞行时长、上行飞行时长作对比，判定当前超声波传输环境下的检测过程是否存在错波。

气体的声速和气体组分、温度、压力有关系，按照成熟的计算理论如《AmericanGas Association Report No.10》，可以计算声速。

家用表使用场景均为低压环境，低压下压力的变化对声速的影响极小，可忽略不计。而燃气表检测气体组分一般不变，所以有当被检测气体为空气时v_理论＝f_空气(T)，被检测气体为天然气时v_理论＝f_天然气(T)。

当L为超声波燃气表的流道长度时，理论飞行时间t_理论＝L/v_理论。

考虑到不同气体环境下声速有所差异，本实施例中仅涉及内部气体环境包括全部为空气以及全部为燃气的情况。

执行步骤12的目的在于获取超声波燃气表在当前温度值下超声波信号的飞行时长步骤，具体包括：

121、分别对超声波燃气表流道处的第一换能器和第二换能器施加电压，得到

第一换能器发送第一超声波信号、第二换能器接收第一超声波信号过程中的下行飞行时长，以及

第二换能器发送第二超声波信号、第一换能器接收第二超声波信号过程中的上行飞行时长。

在实施中，参考图2可知，在超声波燃气表中设有用于发射超声波信号的第一换能器和第二换能器，其中，由第一换能器向第二换能器发送第一超声波信号，在接收到第一超声波信号后第二换能器向第一换能器发送第二超声波信号。在图2中可以看到由第一换能器指向第二换能器的箭头指代的第一超声波信号的传输方向，以及第二换能器指向第一换能器的箭头指代的第二超声波信号的传输方向。

第一超声波信号的传输时长称之为下行飞行时长，第二超声波信号的传输时长称之为上行飞行时长。这里将超声波信号在一个检测周期内的信号传输时长分为了两部分。考虑到图2中水平向右的燃气流速v的作用可知，下行飞行时长必然大于上行飞行时长。

基于步骤11、12的执行内容，可以进行如步骤3所示的错波判定步骤，具体为：

131、获取下行飞行时长与上行飞行时长的平均时长，计算平均时长与理论飞行时长差值的绝对值；

132、如果绝对值小于预设的飞行时长阈值，则判定当前不存在错波异常；

133、如果绝对值不小于预设的飞行时长阈值，则判定当前存在错波异常。

在实施中，

为了避免气体流速对错波判定的影响，首先执行步骤131的操作下行飞行时长与上行飞行时长的平均时长t_平均＝(t_up+t_dn)/2，接着计算t_平均和步骤11中得到的理论飞行时长的差值t_平均-t_理论，为了避免差值为负时对后续判定步骤的影响，这里对差值进行取绝对值的处理。

对差值的绝对值|t_平均-t理论|和预设的飞行时长阈值t_阈值的大小进行比对，当满足|t_平均-t_理论|＜t_阈值的条件时，表明当前超声波信号的传输过程中存在的误差低于可能导致错波的阈值，即该状态下不存在错波异常；相反则存在错波异常。

值得注意的是，前述判断条件中作为判断标准的t_阈值，实际取值基于第一换能器、第二换能器发出超声波的频率值确定。一般来说取1/2F_S比较合适，其中F_S为激励超声频率。

如果根据步骤13的判定，确定当前存在错波异常时，还需要执行步骤14的操作，以便令超声波燃气表恢复至正常的计量状态。

步骤14中的恢复过程包括两个步骤：

步骤一，对超声波燃气表进行自动增益调整，基于调整后的超声波燃气表进行燃气量计量。

步骤二，如果在进行自动调整增益后，依然存在错波异常，则发出报警信息同时关闭超声波燃气表的阀门，令超声波燃气表进入待维修状态。

其中步骤一中的自动增益调整是基于超声波燃气表自身的系统进行调整，但是该调整范围较小，存在一定的局限性。如果出现连续判定为错波异常时，表明自动增益调整已无法修复连续异常，此时极大可能存在硬件异常，执行报警关阀，使超声波燃气表进入待维修状态。

另外这里之所以摒弃了调用存储单元中已有的能够代表准确计量精度的历史飞行时长进行替换的方案，是因为这种替换方式会导致超声波燃气表会失去计量性能，很可能将有流量的情况检测为无流量，或者无流量检测为有流量。

基于步骤一中的自动增益调整后再度进行计量的步骤包括：

141、提取调整后的飞行时长中的下行飞行时长t_dn和上行飞行时长t_up；

142、结合超声波燃气表的流道长度，根据公式一得到超声波燃气表内的气体流速v

其中，θ为传能器轴向连线与流道水平方向所成夹角，L为流道长度；

根据得到的气体流速v结合修正系数k以及流道截面积s得到燃气表内的气体瞬时流量，结合检测时长得到流经超声波燃气表的燃气量。

在实施中，从存储单元中提取到的历史分解时长同样包括下行飞行时长和上行飞行时长，将历史飞行时长中分离出的二者代入公式一中计算超声波燃气表中的气体流速，公式一中的参数θ、L所代表的实际含义在图2中已标出。

公式一表示的实际含义为由燃气表内气体流动导致超声波信号下行飞行时长比上行飞行时长多的部分，基于三角函数分解至流道方向，作为一定量气体流经流道的耗时，接着基于时间、路程与速度之间的关系计算得到气体流速。

在得到气体流速后，流经燃气表的瞬时流量q的计算公式为q＝k×S×v，其中k为修正系数，S为流道截面积。

需要注意的是，步骤14中的内容为判定存在错波异常后的执行方案，如果判定存在错波异常，需要执行如下步骤：

151、基于获取到的超声波信号在流道内下行飞行时长与上行飞行时长获取当前飞行时长；

152、将获取到的当前飞行时长以及当前时刻传输至存储单元。

在实施中，步骤152获取到传输至存储单元内的飞行时长，用于作为后续检测周期内存在错波异常情况下，从存储单元中提取的历史飞行时长，即对应步骤14中的步骤一。

本申请提供了用于超声波燃气表计量数据的调整方法，包括获取当前超声波燃气表所处环境的温度值，确定所述温度值下超声波燃气表的理论飞行时长；对超声波燃气表中的换能器施加电压，获取超声波信号在流道内的飞行时长；结合理论飞行时长与预设的飞行时长阈值判定超声波燃气表是否存在错波异常；如果存在错波异常，则从存储单元处提取与当前检测周期相邻的历史飞行时长对当前检测周期的飞行时长进行替换，基于替换后的飞行时长对流经超声波燃气表的燃气量进行计量。通过在使用超声波燃气表进行用气计量的过程中，引入基于温度值得到该温度值下声音标准传输速度的技术特征，根据确定的声音标准传输速度对当前是否存在错波现象进行判定，能够有效弥补基于超声波计算流量是可能因错波导致计量错误的缺陷。

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。

以上所述仅为本申请的实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.用于超声波燃气表计量数据的调整方法，所述超声波燃气表中设有存储至少一个检测周期内的历史飞行时长的存储单元，其特征在于，所述调整方法包括：

获取当前超声波燃气表所处环境的温度值，确定当前温度值下超声波燃气表的理论飞行时长；

对超声波燃气表中的换能器施加电压，获取超声波信号在流道内的飞行时长；

结合理论飞行时长与预设的飞行时长阈值判定超声波燃气表是否存在错波异常；

如果存在错波异常，则对超声波燃气表进行自动增益调整，基于调整后的超声波燃气表进行燃气量计量；

所述对超声波燃气表中的换能器施加电压，获取超声波信号在流道内的飞行时长步骤，包括：

分别对超声波燃气表流道处的第一换能器和第二换能器施加电压，得到

第一换能器发送第一超声波信号、第二换能器接收第一超声波信号过程中的下行飞行时长，以及

第二换能器发送第二超声波信号、第一换能器接收第二超声波信号过程中的上行飞行时长；

所述结合理论飞行时长与预设的飞行时长阈值判定超声波燃气表是否存在错波异常，包括：

获取下行飞行时长与上行飞行时长的平均时长，计算平均时长与理论飞行时长差值的绝对值；

如果绝对值小于预设的飞行时长阈值，则判定当前不存在错波异常；

如果绝对值不小于预设的飞行时长阈值，则判定当前存在错波异常；

如果存在错波异常，则从存储单元处提取与当前检测周期相邻的历史飞行时长对当前检测周期的飞行时长进行替换，基于替换后的飞行时长对流经超声波燃气表的燃气量进行计量；

还包括：

如果在进行自动调整增益后，依然存在错波异常，则发出报警信息同时关闭超声波燃气表的阀门，令超声波燃气表进入待维修状态。

2.根据权利要求1所述的用于超声波燃气表计量数据的调整方法，其特征在于，所述调整方法，还包括：

如果不存在错波异常，则基于获取到的超声波信号在流道内下行飞行时长与上行飞行时长获取当前飞行时长；

将获取到的当前飞行时长以及当前时刻传输至存储单元。

3.根据权利要求1所述的用于超声波燃气表计量数据的调整方法，其特征在于，所述获取当前超声波燃气表所处环境的温度值，确定当前温度值下超声波燃气表的理论飞行时长，包括：

获取超声波燃气表当前环境的温度值，得到当前温度值下燃气表内部气体环境下对应的声音传输速度；

结合超声波燃气表的流道长度，得到流道中超声波信号的理论飞行时长。

4.根据权利要求1所述的用于超声波燃气表计量数据的调整方法，其特征在于，所述预设的飞行时长阈值基于第一换能器、第二换能器发出超声波的频率值确定。

5.根据权利要求1所述的用于超声波燃气表计量数据的调整方法，其特征在于，所述基于调整后的超声波燃气表进行燃气量计量，包括：

提取调整后的下行飞行时长t_dn和上行飞行时长t_up；

结合超声波燃气表的流道长度，根据公式一得到超声波燃气表内的气体流速v

其中，θ为传能器轴向连线与流道水平方向所成夹角，L为流道长度；

根据得到的气体流速v结合修正系数k以及流道截面积s得到燃气表内的气体瞬时流量，结合检测时长得到流经超声波燃气表的燃气量。

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