CN111597718A - 一种超声波流量计或燃气表流道设计的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波流量计或燃气表流道设计系统及其方法,该方法包括S1:调用燃气表流道模型;S2:以被测燃气表流道的流道参数为初始值,将该初始值配置于所述燃气表流道模型中作为所述燃气表流道模型的流道参数的初始值,并设定瞬时流量为最小流量;S3:在设定所述瞬时流量为最小流量的条件下,调用调节模块并线性调节流道参数A、分析模块和判断模块,并调用提取模块提取满足精度等级要求的流道参数;S4:将S3所获得的流道参数配置于所述被测燃气表流道,组成优化的被测燃气表流道,本发明通过调用燃气表流道模型,减少人为计算的工作量,并对流道参数A进行线性调节,可实现获取测量精度满足精度等级要求的流道参数的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及气体仪表技术领域,具体涉及一种超声波流量计或燃气表流道设计系统及其方法。
背景技术
目前对于家用超声波气体表流道进行流道测量时,经常会出现测量精度不满足国家规定标准的精度等级要求,而现有采取的方法是人为对流道参数进行修改并测量其精度,以提高测量精度,但这种方式存在获取满足精度等级要求的流道参数的工作量大、不准确等问题。
发明内容
针对以上问题,本发明目的在于提供一种超声波流量计或燃气表流道设计系统及其方法,其旨在解决现有获取满足精度要求的流道参数工作量大、不准确的技术问题。
本发明通过下述技术方案实现:
一种超声波流量计或燃气表流道设计系统,包括燃气表流道模型,所述燃气表流道模型包括换能器模型和管道模型,所述燃气表流道模型为依据预定换能器和预定管道所构建的被测燃气表流道的流道参数作为约束条件而构建的模型;所述流道参数包括顺程飞行时间、逆程飞行时间、声道长度、超声波在燃气中传播的速度、燃气的平均速度、入射角、流道截面积、瞬时流量和时间差值;
还包括针对所述燃气表流道模型构建有对应的瞬时流量计算模型,所述瞬时流量计算模型为以燃气的平均速度和所述流道截面积作为函数变量、以瞬时流量作为函数值所构建函数关系模型,当所述燃气的平均速度作为函数值时,所对应的函数变量包括所述时间差值;
调节模块,用于线性调节流道参数A和更换所述换能器模型型号;
分析模块,用于在约束所述瞬时流量计算模型中瞬时流量最小时,调用所述调节模块当前所修改设定的所述流道参数A配置于所述瞬时流量计算模型中,计算得到所述时间差值;
判断模块,用于根据所述时间差值与所述测量误差之间的关系得出所述测量误差,和用于判断是否精度等级要求;
提取模块,用于提取满足精度等级要求的所述流道参数A。
可选地,所述流道参数A包括流道截面积、入射角和流道截面积的宽度。
进一步地,所述流道截面积的形状包括圆形、三角形、矩形或多边形。
可选地,所述燃气的平均速度为:
其中,tdown为超声波在燃气中顺程飞行时间,tup为超声波在燃气中逆程飞行时间,L为声道长度,Cf为声波在燃气中传播的速度,Vm为燃气的轴向平均速度,为入射角,S为流道截面积,q为瞬时流量,Δt为时间差值。
一种超声波流量计或燃气表流道设计方法,基于如上述的超声波流量计或燃气表流道设计系统,包括以下步骤:
S1:调用燃气表流道模型;
S2:以被测燃气表流道的流道参数为初始值,将该初始值配置于所述燃气表流道模型中作为所述燃气表流道模型的流道参数的初始值,并设定瞬时流量为最小流量;
S3:在设定所述瞬时流量为最小流量的条件下,调用调节模块并线性调节流道参数A、分析模块和判断模块,并调用提取模块提取满足精度等级要求的流道参数;
S4:将S3所获得的流道参数配置于所述被测燃气表流道,组成优化的被测燃气表流道。
可选地S3具体包括:
S31:线性减少流道截面积,分析模块根据减少后的流道截面积计算对应的时间差值,判断模块判断流量测量误差是否满足精度要求,若满足,则提取所述流道截面积,若不满足,则执行步骤S32;
S32:线性减小入射角,分析模块根据减小后的入射角计算对应的时间差值,判断模块判断流量测量误差是否满足精度要求,若满足,则提取所述入射角,若不满足,则执行步骤S33;
S33:线性减少流道截面积的宽度,分析模块根据减少后的流道截面积的宽度计算对应的时间差值,判断模块判断流量测量误差是否满足精度要求,若满足,则提取所述流道截面积的宽度,若不满足,则执行步骤S34;
S34:同时线性减小入射角和流道截面积的宽度,分析模块根据减小后的入射角和流道截面积的宽度计算对应的时间差值,判断模块判断流量测量误差是否满足精度要求,若满足,则提取所述入射角和流道截面积的宽度,若不满足,则更换换能器型号并执行步骤S31。
可选地,步骤S31具体包括:
S311:当瞬时流量为最小流量时,线性减少流道截面积,并根据所述瞬时流量计算模型得出提高时间差值;
S312:根据所述时间差值判断流量测量误差是否满足精度等级要求,若满足,则提取所述流道截面积,若流道截面积取最小值时,流量测量精度不满足精度等级要求,则执行S32。
可选地,步骤S32具体包括:
当瞬时流量为最小流量时,线性减小入射角,根据瞬时流量计算模型得出提高时间差值,根据所述时间差值判断流量测量误差是否满足精度等级要求,若满足,则提取所述入射角,若入射角取最小值时,流量测量误差不满足精度等级要求,则执行S33。
可选地,步骤S33具体包括:
S331:当瞬时流量为最小流量时,流道横截面积不变,线性减少流道横截面积的宽度,则其相应的高度等比例增加,在不改变入射角时,声道长度提高,根据所述瞬时流量计算模型得出提高时间差值;
S332:根据所述时间差值判断流量测量误差是否满足精度等级要求,若满足,则提取所述流道截面积的宽度,若所述流道横截面积的宽度取最小值时,流量测量误差不满足精度等级要求,则执行S34。
可选地,步骤S34具体包括:
S341:当瞬时流量为最小流量时,同时线性减小入射角和流道横截面积的宽度,根据所述瞬时流量计算模型得出提高时间差值;
S342:根据所述时间差值判断流量测量误差是否满足精度等级要求,若满足,则提取所述入射角和流道截面积的宽度,若入射角和流道横截面积的宽度取最小值时,流量测量误差不满足精度等级要求,则更换换能器型号并执行S31。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
本发明提供的一种超声波流量计或燃气表流道设计系统及其方法,该方法通过调用燃气表流道模型,再以被测燃气表流道的流道参数作为燃气表流道模型的流道参数的初始值,在设定瞬时流量为最小流量的条件下,调用调节模块用于线性调节流道参数A,可精确获取满足精度等级要求的流道参数,同时通过调用分析模块和判断模块分析判断出测量误差是否满足精度等级要求,再调用提取模块提取满足精度等级要求的流道参数,通过构建并调用燃气表流道仿真模型来实现精确获取满足精度等级要求的流道参数,这种方式解决了人为计算工作量大且获取的流道参数不准确的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明实施例一提供的一种超声波流量计或燃气表流道设计系统的功能框图;
图2为本发明实施例一提供的燃气表流道模型的结构示意图;
图3为本发明实施例二提供的一种超声波流量计或燃气表流道设计方法流程图;
图4为图3中S3的一具体流程图;
图5为图4中S31的一具体流程图;
图6为图4中S33的一具体流程图;
图7为图4中S34的一具体流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
在以下描述中,为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而,对于本领域普通技术人员显而易见的是:不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中,为了避免混淆本发明,未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中,对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着:结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此,在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外,可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外,本领域普通技术人员应当理解,在此提供的示图都是为了说明的目的,并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
实施例一
如图1和图2所示,本发明提供的一种超声波流量计或燃气表流道设计系统,包括燃气表流道模型,燃气表流道模型包括换能器模型和管道模型,燃气表流道模型为依据预定换能器和预定管道所构建的被测燃气表流道的流道参数作为约束条件而构建的模型;流道参数包括顺程飞行时间、逆程飞行时间、声道长度、超声波在燃气中传播的速度、燃气的平均速度、入射角、流道截面积、瞬时流量和时间差值;其中,入射角为换能器模型与管道模型水平中轴线的夹角,声道长度为换能器模型的声程,顺程飞行时间是指超声波在燃气中顺程飞行时间,逆程飞行时间是指超声波在燃气中逆程飞行时间,时间差值是指超声波在燃气中顺程飞行时间和逆程飞行时间之间的差值。
还包括针对燃气表流道模型构建有对应的瞬时流量计算模型,瞬时流量计算模型为以燃气的平均速度和流道截面积作为函数变量、以瞬时流量作为函数值所构建函数关系模型,当燃气的平均速度作为函数值时,所对应的函数变量包括时间差值;
调节模块,用于线性调节流道参数A和更换换能器型号;,通过线性调节流道参数A可实现获取测量精度满足精度等级要求的流道参数的准确性,其中,流道参数A包括流道截面积、入射角和流道截面积的宽度。
分析模块,用于在约束瞬时流量计算模型中瞬时流量最小时,调用调节模块当前所修改设定的流道参数A配置于瞬时流量计算模型中,计算得到时间差值;
判断模块,用于根据时间差值与所述测量误差之间的关系得出测量误差,和用于判断是否精度等级要求;
通过分析模块计算得出时间差值,并通过判断模块时间差值与测量误差呈反比例的关系得出测量误差,判断测量误差是否满足精度等级要求。
提取模块,用于提取满足精度等级要求的流道参数A。通过提取模块将满足精度等级要求的流道参数提取出来,并应用于实际的被测燃气表流道中。
其中,流道截面积的形状包括圆形、三角形、矩形或多边形。
由上述两个公式结合推算出燃气的平均速度为:
其中,tdown、tAB为超声波在燃气中顺程飞行时间,tup、tBA为超声波在燃气中逆程飞行时间,L为声道长度,Cf为声波在燃气中传播的速度,Vm为燃气的轴向平均速度,为入射角,S为流道截面积,q为瞬时流量,Δt为时间差值。
实施例二
如图3所示,本发明提供的一种超声波流量计或燃气表流道设计方法,基于如上述的超声波流量计或燃气表流道设计系统,包括以下步骤:
S1:调用燃气表流道模型;
其中,燃气表流道模型包括换能器模型和管道模型,燃气表流道模型为依据预定换能器和预定管道所构建的被测燃气表流道的流道参数作为约束条件而构件的模型。
S2:以被测燃气表流道的流道参数为初始值,将该初始值配置于所述燃气表流道模型中作为燃气表流道模型的流道参数的初始值,并设定瞬时流量为最小流量;
其中,将被测燃气表流道的流道作为燃气表流道模型的流道参数的初始值,实现后续调节模块在此初始值的基础上对流道参数A进行调节;将瞬时流量设定为最小流量,可实现在最小流量的情况下,对流道参数A进行调节而提高测量精度。
S3:在设定所述瞬时流量为最小流量的条件下,调用调节模块并线性调节流道参数A、分析模块和判断模块,并调用提取模块提取满足精度等级要求的流道参数;
具体的,如图4所示,步骤S3步骤具体包括:
S31:线性减少流道截面积,分析模块根据减少后的流道截面积计算对应的时间差值,判断模块判断流量测量误差是否满足精度要求,若满足,则提取流道截面积,若不满足,则执行步骤S32;
S32:线性减小入射角,分析模块根据减小后的入射角计算对应的时间差值,判断模块判断流量测量误差是否满足精度要求,若满足,则提取入射角,若不满足,则执行步骤S33;
S33:线性减少流道截面积的宽度,分析模块根据减少后的流道截面积的宽度计算对应的时间差值,判断模块判断流量测量误差是否满足精度要求,若满足,则提取流道截面积的宽度,若不满足,则执行步骤S34;
S34:同时线性减小入射角和流道截面积的宽度,分析模块根据减小后的入射角和流道截面积的宽度计算对应的时间差值,判断模块判断流量测量误差是否满足精度要求,若满足,则提取入射角和流道截面积的宽度,若不满足,则更换换能器型号并执行步骤S31。
S4:将S3所获得的流道参数配置于被测燃气表流道,组成优化的被测燃气表流道。
其中,如图5所示,步骤S31具体包括:
S311:当瞬时流量为最小流量时,线性减少流道截面积,并根据瞬时流量计算模型得出提高时间差值;
S312:根据时间差值判断流量测量误差是否满足精度等级要求,若满足,则提取流道截面积,若流道截面积取最小值时,流量测量精度不满足精度等级要求,则执行S32。
具体的,在最小流量q一定的情况下,通过线性减少流道截面积S,则可以根据瞬时流量计算模型得出相应提高时间差值Δt,根据测量误差与时间差值Δt呈反比例的关系,得出测量误差减小,即测量精度增加,若满足,则提取流道截面积;但过度减少流道截面积S会使压力损失变大,因此,不能将S的值无限减少,S具有最小值,若当S取最小值时,流量测量误差仍不满足精度要求,则需对流道进行下一步改进,即执行步骤S32。
其中,步骤32具体包括:当瞬时流量为最小流量时,线性减小入射角,根据瞬时流量计算模型得出提高时间差值,根据时间差值判断流量测量误差是否满足精度等级要求,若满足,则提取所述入射角,若入射角取最小值时,流量测量误差不满足精度等级要求,则执行S33。
具体的,在不改变流道截面积S的情况下,根据上述瞬时流量计算模型得出Vm不变,在流道截面积S不变的情况下,线性减小入射角增大,根据燃气的平均速度公式得出提高Δt,根据测量误差与时间差值Δt呈反比例的关系,得出测量误差减小,即测量精度增加,若满足,则提取入射角;但由于入射角变得过小,声波的反射量可能由全反射变化为部分反射,减少了接收换能器处的信噪比,而且声波的声能随着传输距离的平方成比例减少,随着声程的增加,也减少了接收换能器处的信噪比,因此不能无限地减小存在最小值,若当入射角取最小值时,流量测量精度仍不满足精度等级要求,则需对流道进行下一步改进,则执行S33。
其中,如图6所示,步骤S33具体包括:
S331:当瞬时流量为最小流量时,流道横截面积不变,线性减少流道横截面积的宽度,则其相应的高度等比例增加,在不改变入射角时,声道长度提高,根据瞬时流量计算模型得出提高时间差值;
S332:根据时间差值判断流量测量误差是否满足精度等级要求,若满足,则提取流道截面积的宽度,若流道横截面积的宽度取最小值时,流量测量误差不满足精度等级要求,则执行S34。
具体的,在不改变流道截面积S,根据上述瞬时流量公式得出Vm不变,在流道截面积S不变的情况下,线性减少流道横截面积S的宽度,则其相应的高度等比例增加,在不改变入射角时,声道长度L提高,即增大,根据燃气的平均速度公式得出提高Δt,根据测量误差与时间差值Δt呈反比例的关系,得出测量误差减小,即测量精度增加,若满足,则提取流道截面积的宽度;但由于流道横截面积S的宽度变小,换能器的信号传输空间受限,也影响接收换能器处的信噪比,这样的窄流道,对流道的抗污染能力也产生不利影响,因此,流道横截面积S的宽度不能无限变小,存在最小值,若流道横截面积S的宽度取最小值时,流量测量精度仍不满足精度等级要求,则需对流道进行下一步改进,则执行S34。
其中,如图7所示,步骤S34具体包括:
S341:当瞬时流量为最小流量时,同时线性减小入射角和流道横截面积的宽度,根据瞬时流量计算模型得出提高时间差值;
S342:根据所述时间差值判断流量测量误差是否满足精度等级要求,若满足,则提取入射角和流道截面积的宽度,若入射角和流道横截面积的宽度取最小值时,流量测量误差不满足精度等级要求,则更换换能器型号并执行S31。
通过本发明提供的一种超声波流量计或燃气表流道设计方法,首先先调用燃气表流道模型,然后再在瞬时流量为最小流量的情况下,通过对流道的4种改进,以提高时间差值Δt的大小,进而提高测量精度,具体的,以被测燃气表流道的流道参数为初始值,将该初始值配置于所述燃气表流道模型中作为燃气表流道模型的流道参数的初始值,并设定瞬时流量为最小流量,在设定所述瞬时流量为最小流量的条件下,调用调节模块并线性调节流道参数A、分析模块和判断模块,并调用提取模块提取满足精度等级要求的流道参数,具体的,先通过线性减少流道截面积来提高Δt,以降低流量测量误差,进而提高测量精度,若流道截面积取最小值时,测量精度仍不满足精度等级要求,则需通过线性减小入射角来提高Δt,以降低流量测量误差,进而提高测量精度,若入射角取最小值时,测量精度仍不满足精度等级要求,则需在流道截面积不变,线性减少流道截面积的宽度,在等比例增加高度来提高Δt,以降低流量测量误差,进而提高测量精度,若入射角取最小值时,测量精度仍不满足精度等级要求,则需同时线性减小入射角和流道截面积的宽度来提高Δt,以降低流量测量误差,进而提高测量精度,若入射角和流道截面积的宽度取最小值时,测量精度仍不满足精度等级要求,则更换换能器再重复执行线性减小流道参数A的步骤,本发明提供的方法调用燃气表流道模型,减少人为计算的工作量,并对流道参数A进行线性调节,可实现获取测量精度满足精度等级要求的流道参数的准确性。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超声波流量计或燃气表流道设计系统,其特征在于,包括燃气表流道模型,所述燃气表流道模型包括换能器模型和管道模型,所述燃气表流道模型为依据预定换能器和预定管道所构建的被测燃气表流道的流道参数作为约束条件而构建的模型;所述流道参数包括顺程飞行时间、逆程飞行时间、声道长度、超声波在燃气中传播的速度、燃气的平均速度、入射角、流道截面积、瞬时流量和时间差值;
还包括针对所述燃气表流道模型构建有对应的瞬时流量计算模型,所述瞬时流量计算模型为以燃气的平均速度和所述流道截面积作为函数变量、以瞬时流量作为函数值所构建函数关系模型,当所述燃气的平均速度作为函数值时,所对应的函数变量包括所述时间差值;
调节模块,用于线性调节流道参数A和更换所述换能器模型型号;
分析模块,用于在约束所述瞬时流量计算模型中瞬时流量最小时,调用所述调节模块当前所修改设定的所述流道参数A配置于所述瞬时流量计算模型中,计算得到所述时间差值;
判断模块,用于根据所述时间差值与所述测量误差之间的关系得出所述测量误差,和用于判断是否精度等级要求;
提取模块,用于提取满足精度等级要求的所述流道参数A。
2.根据权利要求1所述的超声波流量计或燃气表流道设计方法,其特征在于,所述流道参数A包括流道截面积、入射角和流道截面积的宽度。
3.根据权利要求1所述的超声波流量计或燃气表流道设计方法,其特征在于,所述流道截面积的形状包括圆形、三角形、矩形或多边形。
5.一种超声波流量计或燃气表流道设计方法,其特征在于,基于如权利要求1-4任一项所述的超声波流量计或燃气表流道设计系统,包括以下步骤:
S1:调用燃气表流道模型;
S2:以被测燃气表流道的流道参数为初始值,将该初始值配置于所述燃气表流道模型中作为所述燃气表流道模型的流道参数的初始值,并设定瞬时流量为最小流量;
S3:在设定所述瞬时流量为最小流量的条件下,调用调节模块并线性调节流道参数A、分析模块和判断模块,并调用提取模块提取满足精度等级要求的流道参数;
S4:将S3所获得的流道参数配置于所述被测燃气表流道,组成优化的被测燃气表流道。
6.根据权利要求5所述的超声波流量计或燃气表流道设计方法,其特征在于,步骤S3具体包括:
S31:线性减少流道截面积,分析模块根据减少后的流道截面积计算对应的时间差值,判断模块判断流量测量误差是否满足精度要求,若满足,则提取所述流道截面积,若不满足,则执行步骤S32;
S32:线性减小入射角,分析模块根据减小后的入射角计算对应的时间差值,判断模块判断流量测量误差是否满足精度要求,若满足,则提取所述入射角,若不满足,则执行步骤S33;
S33:线性减少流道截面积的宽度,分析模块根据减少后的流道截面积的宽度计算对应的时间差值,判断模块判断流量测量误差是否满足精度要求,若满足,则提取所述流道截面积的宽度,若不满足,则执行步骤S34;
S34:同时线性减小入射角和流道截面积的宽度,分析模块根据减小后的入射角和流道截面积的宽度计算对应的时间差值,判断模块判断流量测量误差是否满足精度要求,若满足,则提取所述入射角和流道截面积的宽度,若不满足,则更换换能器型号并执行步骤S31。
7.根据权利要求6所述的超声波流量计或燃气表流道设计方法,其特征在于,步骤S31具体包括:
S311:当瞬时流量为最小流量时,线性减少流道截面积,并根据所述瞬时流量计算模型得出提高时间差值;
S312:根据所述时间差值判断流量测量误差是否满足精度等级要求,若满足,则提取所述流道截面积,若流道截面积取最小值时,流量测量精度不满足精度等级要求,则执行S32。
8.根据权利要求6所述的超声波流量计或燃气表流道设计方法,其特征在于,步骤S32具体包括:
当瞬时流量为最小流量时,线性减小入射角,根据瞬时流量计算模型得出提高时间差值,根据所述时间差值判断流量测量误差是否满足精度等级要求,若满足,则提取所述入射角,若入射角取最小值时,流量测量误差不满足精度等级要求,则执行S33。
9.根据权利要求6所述的超声波流量计或燃气表流道设计方法,其特征在于,步骤S33具体包括:
S331:当瞬时流量为最小流量时,流道横截面积不变,线性减少流道横截面积的宽度,则其相应的高度等比例增加,在不改变入射角时,声道长度提高,根据所述瞬时流量计算模型得出提高时间差值;
S332:根据所述时间差值判断流量测量误差是否满足精度等级要求,若满足,则提取所述流道截面积的宽度,若所述流道横截面积的宽度取最小值时,流量测量误差不满足精度等级要求,则执行S34。
10.根据权利要求6所述的超声波流量计或燃气表流道设计方法,其特征在于,步骤S34具体包括:
S341:当瞬时流量为最小流量时,同时线性减小入射角和流道横截面积的宽度,根据所述瞬时流量计算模型得出提高时间差值;
S342:根据所述时间差值判断流量测量误差是否满足精度等级要求,若满足,则提取所述入射角和流道截面积的宽度,若入射角和流道横截面积的宽度取最小值时,流量测量误差不满足精度等级要求,则更换换能器型号并执行S31。
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