CN110906993A - 一种流量计计量温度补偿方法及超声波流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流量计计量温度补偿方法及超声波流量计，包括如下步骤：步骤S1：进行不同温度，不同流量点下的流量误差测试，获取标准流量检测装置及被测超声波流量计不同温度，不同流量点下的流量测量值；步骤S2：获取被测超声波流量计在S1中不同流量点和多个温度点下面的修正系数，该修正系数通过标准流量检测装置的测量值和被测超声波流量计的测量值获取；步骤S3：获取步骤S2中被测超声波流量计的多个流量、温度、修正系数的对应数值，并将多个相同温度相同流量下的修正系数进行平均得到1个二维修正模型；步骤S4：通过流量修正公式获得被测超声波流量计的实际流量修正值。本发明提高了超声波流量计的计量精度。

Description

一种流量计计量温度补偿方法及超声波流量计
技术领域
本发明属于计量技术领域，尤其涉及超声波流量计计量技术。
背景技术
随着科技进步，高精度的流量计量迅速发展，超声波流量计由于其量程比大、始动流量小、灵敏度好等，成为近年来电子式流量计的一个亮点。但是，受到介质温度变化、流体状态改变以及管道特性不一等因素的影响，超声波流量计会出现测量精度降低、误差增大的状况。
当前解决该问题的方法一般有两个，第一种是设计制造基本不受介质温度及流体状态影响的管道结构，第二种是通过实时计算管道中的雷诺数判断流体状态并根据经验公式完成对介质流速的补偿。
以上两种方法均存在问题。针对第一种方法，即从工业结构设计角度出发，设计制造一个不受流体温度状态影响的管道结构难度较大，周期较长，成本较高。针对第二种方法，即从实际应用角度出发，由于实际使用过程中，流量存在突变，想要通过雷诺数实时获取流体状态较难，且只能实现局部最优，因此最终流量补偿效果一般。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种流量计计量温度补偿方法，解决由介质温度变化、流体状态改变带来的流量计量误差问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种流量计计量温度补偿方法，包括如下步骤：
步骤S1：进行不同温度，不同流量点下的流量误差测试，获取标准流量检测装置及被测超声波流量计不同温度，不同流量点下的流量测量值；
步骤S2：获取被测超声波流量计在S1中不同流量点和多个温度点下面的修正系数，该修正系数通过标准流量检测装置的测量值和被测超声波流量计的测量值获取，如公式(1)所示，
Kc＝V1/V2 (1)
式中，Kc为修正系数，V1为标准流量检测装置的测量值，V2为超声波流量计的测量值；
步骤S3：获取步骤S2中被测超声波流量计的多个流量、温度、修正系数的对应数值，并将多个相同温度相同流量下的修正系数进行平均得到1个二维修正模型；
步骤S4：通过公式(2)获得被测超声波流量计的实际流量修正值，
Fcorr＝Fmea*Ka (2)
式中，Fmea为当前测量的实时流量，Ka为将当前温度当前流量输入二维修正模型得到的修正系数，Fcorr为流量修正值。
优选的，所述步骤S1中，管道内流量的稳定性≤1％。
优选的，所述步骤S1中被测超声波流量计的计量模组为流量标定模式。
优选的，所述步骤S1前还包括S01：设定标准流量检测装置的介质温度，并使其稳定。
优选的，步骤S1流量误差测试过程中，记录特定温度点下的不同流量点的数量大于16个。
优选的，步骤S1流量误差测试过程中，选取的温度点的数量大于10个。
优选的，步骤S2中完成6个以上被测超声波流量计的流量误差测试。
优选的，在进行实际流量测量时，超声波流量计根据当前测量的实时流量和温度以及二维修正模型，采用二维双线性插值的方法获得对应的修正系数，并根据修正系数对流量进行实时修正，得到实际流量修正值。
优选的，二维双线性插值的方法为：
建立X轴为恒定温度下流量，Y轴为恒定流量下温度，Z轴为修正系数的坐标系，Xim,n为当前测量的实时流量，Yim,n为当前测量的实时温度，Zi,j、Zi+1,j、Zi,j+1、Zi+1,j+1为修正系数，
首先，将Xi，Xi+1，Zi,j和Zi+1,j、Zi,j+1和Zi+1,j+1代入公式(3)和(4)，进行一维线性插值，得到a和b两个测量修正系数，
Figure BDA0002314783580000031
Figure BDA0002314783580000032
然后，将a、b作为输入因子，在Y轴上进行一维线性插值，计算得到Zim,n，
Figure BDA0002314783580000033
即为当前温度当前流量下的修正系数。
本发明还提供了一种超声波流量计，包括MCU，所述MCU写入有二维修正模型，在超声波流量计进行实际流量测量时，采用步骤S4所述的方法进行流量修正。
本发明采用的技术方案，对超声波流量计进行使用温度范围内不同温度点下的全流量测试，将超声波流量计各温度点和各流量点的测试结果与标准流量计进行对比，计算出各温度点与各流量点的误差，按照各温度点和流量点的误差值规律建立二维双线性插值模型，以在实际流量检测过程中，通过对界定于两流量点与两温度点的误差按照模型进行双线性插值，计算得出在该温度下的原始流量误差并对其进行补偿。
因此，具有如下有益效果：
1、采用成本低、周期短、可靠性高的方法解决了超声波流量计现有流量计量技术中存在的介质温度与流体状态会对计量结果造成影响的问题。
2、利用实测的流量误差曲线建模，来修正介质温度及流体状态变化带来的误差变化，二维双线性插值建模修正的方法能够高效、稳定地解决由管道结构带来的流量计量误差问题，且生产成本较低。
3、方案逻辑简单，在介质温度流量变化的情况下超声波流量计具有较高的计量精度。未使用该模型时，介质温度为48℃和5℃时在小流量处相比于常温分别产生大约负偏6％和正偏5％的偏差，使用该模型后上述偏差可控制在1％以内。
本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为超声波流量计流量误差修正基本流程图；
图2为二维双线性插值原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域技术人员可以理解的是，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
超声波流量计测量精度主要受到介质温度、流体状态和管道结构等因素的影响。一个不受介质温度和流体状态影响的管道设计难度大、周期长，所以不适合即时开发。但是，在同一管道结构下，介质温度和流体状态带来的测量误差是相对确定的，因此，可以通过标定实验，确定测量误差随介质温度与流体状态变化的曲线，用以进行超声波流量计流量计量误差修正。
实施例一
如图1所示，超声波流量计计量温度补偿方法为：
步骤S1：进行不同温度，不同流量点下的流量误差测试，获取标准流量检测装置及被测超声波流量计不同温度，不同流量点下的流量测量值。
该步骤在超声波流量计组装完成后进行，不同温度和流量点的选取,在流量计使用坏境范围内。
流量误差测试过程中，需确保管道内流量的稳定性控制在≤1％，通过对供水水泵、稳压罐、管速等的控制实现管道内流量的稳定，具体控制方式可以参考现有技术。
流量误差测试前需通过串口通信的方式，使计量模组进入流量标定模式，设定标准检测装置的介质(水)温度。待标准检测装置的介质(水)温度稳定后，开始流量误差测试。
在流量误差测试过程中，记录标准流量检测装置及被测超声波流量计在特定温度点下的不同流量点的流量测量值。调整多个温度点，用同样的方式，记录标准流量检测装置测量值与超声波流量计流量测量值。通过计算得到两测量值之间的误差。
步骤S2：重复步骤S1的过程完成多个超声波流量计的流量误差测试，确定每个计量模组在上述不同流量点和多个温度点下面的修正系数。该修正系数通过标准装置的测量值和超声波流量计测量值获取。如下式(1)所示。
Kc＝V1/V2 (1)
式中，Kc为修正系数，V1为标准流量检测装置的测量值，V2为超声波流量计的测量值。
其中，上述多个超声波流量计的具体数量视管段的一致性而定，管段一致性越好，超声波流量计的数量可以适当减少，一般选取6个以上，本实施例选取6个。
步骤S3：利用步骤S2总计6个超声波流量计的测试结果可以获得6个行为流量，列为温度，值为修正系数的表格。对6个表格的相同温度相同流量下的修正系数进行平均处理后最终得到1个适用性很强的修正系数和对应的修正表格，即二维修正模型。
将二维修正模型写入超声波流量计，具体是超声波流量计的MCU(单片机)中，即可通过模型修正实时流量。
步骤S4：在实际流量监测过程中，温度变化、流体状态所带来的流量误差变化需代入流量修正计算式当中，如下式(2)所示，并以此值作为流量修正值。
Fcorr＝Fmea*Ka (2)
式中，Fmea为当前参与计算的实时流量，Ka为将当前温度当前流量输入二维修正模型得到的修正系数，Fcorr为流量修正值。
本发明通过使用不同计量模组对同一种类型管段的反复测量之后，可以拟合得到一个匹配该管段的一个通用二维修正模型。若采用此二维修正模型，仅需对超声波流量计的单一流量点进行误差测量修正，即可将测量误差修正至允许范围，从而提高超声波流量计的计量精度。
在进行实时流量测量时，超声波流量计根据当前测量的实时流量和温度以及二维修正模型，采用二维双线性插值的方法获得对应的修正系数，并根据修正系数对测量的流量进行实时修正，得到实际流量修正值。
二维双线性插值的原理如图2所示，建立X轴为恒定温度下流量，Y轴为恒定流量下温度，Z轴为修正系数的坐标系，Xim,n为恒定温度下的流量，Yim,n为恒定流量下的温度，Zi,j和Zi+1,j、Zi,j+1和Zi+1,j+1为修正系数。
首先，将Xi，Xi+1，Zi,j和Zi+1,j、Zi,j+1和Zi+1,j+1分别代入公式(3)和(4)，进行一维线性插值，返回a和b两个测量修正系数。
Figure BDA0002314783580000071
Figure BDA0002314783580000072
然后，将a、b作为输入因子，在Y轴(温度)上进行一维线性插值，返回Zim,n，即为当前温度当前流量下的修正系数。再将计算得到的修正系数代入式(2)中即可得到修正后的流量值。
Figure BDA0002314783580000073
本实施例中，流量误差测试过中，记录特定温度点下的不同流量点的数量在16个以上，选取的温度点的数量在10个以上，完成6个以上超声波流量计的流量误差测试。本领域技术人员可以理解的是，上述数量越多，补偿越精确，当然，也允许根据需要适当减少，例如减少1或2。
实施例二
一种超声波流量计，包括MCU，在MCU写入有二维修正模型，在超声波流量计的实际流量监测过程中，采用实施例一种步骤S4所述的方法进行流量修正。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种流量计计量温度补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：进行不同温度，不同流量点下的流量误差测试，获取标准流量检测装置及被测超声波流量计不同温度，不同流量点下的流量测量值；
步骤S2：获取被测超声波流量计在S1中不同流量点和多个温度点下面的修正系数，该修正系数通过标准流量检测装置的测量值和被测超声波流量计的测量值获取，如公式(1)所示，
Kc＝V1/V2 (1)
式中，Kc为修正系数，V1为标准流量检测装置的测量值，V2为超声波流量计的测量值；
步骤S3：获取步骤S2中被测超声波流量计的多个流量、温度、修正系数的对应数值，并将多个相同温度相同流量下的修正系数进行平均得到1个二维修正模型；
步骤S4：通过公式(2)获得被测超声波流量计的实际流量修正值，
Fcorr＝Fmea*Ka (2)
式中，Fmea为当前测量的实时流量，Ka为将当前温度当前流量输入二维修正模型得到的修正系数，Fcorr为流量修正值。
2.根据权利要求1所述的一种流量计计量温度补偿方法，其特征在于：所述步骤S1中，管道内流量的稳定性≤1％。
3.根据权利要求2所述的一种流量计计量温度补偿方法，其特征在于：所述步骤S1中被测超声波流量计的计量模组为流量标定模式。
4.根据权利要求3所述的一种流量计计量温度补偿方法，其特征在于：所述步骤S1前还包括S01：设定标准流量检测装置的介质温度，并使其稳定。
5.根据权利要求1所述的一种流量计计量温度补偿方法，其特征在于：步骤S1流量误差测试过程中，记录特定温度点下的不同流量点的数量大于16个。
6.根据权利要求5所述的一种流量计计量温度补偿方法，其特征在于：步骤S1流量误差测试过程中，选取的温度点的数量大于10个。
7.根据权利要求6所述的一种流量计计量温度补偿方法，其特征在于：步骤S2中完成6个以上被测超声波流量计的流量误差测试。
8.根据权利要求1所述的一种流量计计量温度补偿方法，其特征在于：在进行实际流量测量时，超声波流量计根据当前测量的实时流量和温度以及二维修正模型，采用二维双线性插值的方法获得对应的修正系数，并根据修正系数对流量进行实时修正，得到实际流量修正值。
9.根据权利要求8所述的一种流量计计量温度补偿方法，其特征在于：二维双线性插值的方法为：
建立X轴为恒定温度下流量，Y轴为恒定流量下温度，Z轴为修正系数的坐标系，Xim,n为当前测量的实时流量，Yim,n为当前测量的实时温度，Zi,j、Zi+1,j、Zi,j+1、Zi+1,j+1为修正系数，
首先，将Xi，Xi+1，Zi,j和Zi+1,j，Zi,j+1和Zi+1,j+1代入公式(3)和(4)，进行一维线性插值，得到a和b两个测量修正系数，
Figure FDA0002314783570000021
Figure FDA0002314783570000022
然后，将a、b作为输入因子，在Y轴上进行一维线性插值，计算得到Zim,n，
Figure FDA0002314783570000023
即为当前温度当前流量下的修正系数。
10.一种超声波流量计，包括MCU，其特征在于：所述MCU写入有二维修正模型，在超声波流量计进行实际流量测量时，采用权利要求1步骤S4所述的方法进行流量修正。
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