CN112161681A - 一种超声波计量仪表的动态计量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波计量仪表的动态计量方法，属于超声波计量技术领域，该超声波计量仪表的动态计量方法，包括以下步骤：S1、采集超声波发生器和超声波收集器的具体信息。该超声波计量仪表的动态计量方法，通过S1的计量方式，可以在一段时间内对流量进行粗略计量，方便使用者进行较长时间的测量，避免发生短时间抽测导致的数据突变，通过S4的测量结合S1的数据可以进一步提高该超声波计量仪表的动态计量方法的测量精度，避免粗略测量导致的精度不佳的问题，该超声波计量仪表的动态计量方法，通过阶段性启动S4测量，可以避免超声波发生器长时间发出周期较长的脉冲列，进一步降低该超声波计量仪表的动态计量方法的能源消耗率。
Description
技术领域
本发明涉及超声波计量技术领域，具体为一种超声波计量仪表的动态计量方法。
背景技术
超声波流量计是一种非接触式仪表，它既可以测量大管径的介质流量也可以用于不易接触和观察的介质的测量，它的测量准确度很高，几乎不受被测介质的各种参数的干扰，尤其可以解决其他仪表不能的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。
目前对于超声波流量计的使用多数是采用无线传输和自带电源，现有的超声波流量计在测量时，多采用单一计量方法进行计算，一方面此类静态计算方式，任意积累误差，长时间使用后导致测量的不准确，其次是单一的测量方式极易造成测量的稳定性不佳，其中一个部件发生系统误差，极易造成最终值发生偏差，最终自带电源导致超声波流量计的续航能力有限，极易造成因为电量不足，导致的超声波发生器能量不足，进而造成测算的精确度不足。
发明内容
本发明提供的发明目的在于提供一种超声波计量仪表的动态计量方法。该超声波计量仪表的动态计量方法，通过S1的计量方式，可以在一段时间内对流量进行粗略计量，方便使用者进行较长时间的测量，避免发生短时间抽测导致的数据突变，该超声波计量仪表的动态计量方法，通过S4的测量结合S1的数据可以进一步提高该超声波计量仪表的动态计量方法的测量精度，避免粗略测量导致的精度不佳的问题，该超声波计量仪表的动态计量方法，通过阶段性启动S4测量，可以避免超声波发生器长时间发出周期较长的脉冲列，进一步降低该超声波计量仪表的动态计量方法的能源消耗率。
为了实现上述效果，本发明提供如下技术方案：一种超声波计量仪表的动态计量方法，包括以下步骤：
S1、采集超声波发生器和超声波收集器的具体信息，其中θ为声束与液体流动方向的夹角，M为声束在液体的直线传播次数，D为管道内径，Tup为声束在正方向上的传播时间，Tdown为声束在逆方向上的传播时间，计算时间差为：ΔT＝Tup–Tdown，声音在流体中的传导速度设置为C，流体流动的速度为u，传播距离为L，在相距为L 的两处分别放置两组超声波发生器和接收器(T1,R1)和(T2,R2)，当 T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器R1和 R2所需要的时间为t1和t2,则t1＝L/(c+u)，t2＝L/(c-u)，由于在工业管道中，流体的流速比声速小的多，即c大于u,因此两者的时间差为ΔT＝t2-t1＝2Lu/cc由此可知，当声波在流体中的传播速度c已知时，只要测出时间差ΔT即可求出流速u，进而可求出流量Q。
S2、在T1的时间段内，以40毫秒为间隔，采集计算25组流量 Q，记录为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、.....Q24、Q25，去掉一个最高值和一个最低值，剩余23组数据计算方差，1/n[(Q1-Q平均数) 2+(Q2-Q平均数)2…………+(Q23-Q平均数)2＝X,当X值超过预设值，表示此阶段Q的流量值处于不稳定状态，需要采用其他计算方法。
S3、对Q的具体值通过RS232接口报送工控机，进行计算报文后输送到上位机，再次启用采集超声波发生器和超声波收集器的具体信息。
S4、如果超声波发射器发射连续超声脉冲或周期较长的脉冲列，即▽O＝wΔT＝2wLu/cc，式中w为超声波角频率，当测得▽O时即可求出u,进而求得流量Q，此法用测量相位差▽O代替了测量微小的时差ΔT。
S5、在T2的时间段内，以40毫秒为间隔，采集计算25组流量 q，去掉最大和最小值后，取用平均值作为该T2时间段内的流量。
进一步的，根据S1中的操作步骤，所述ΔT计算时间差为：Δ T＝Tup–Tdown。
进一步的，根据S1中的操作步骤，所述实际传播速度，当声波与流体流动方向一致时(即顺流方向)，其传播速度为c+u，反之传播速度为c-u。
进一步的，根据S2中的操作步骤，所述Q具体计算时精确到小数点后三位，且X的具体预设值，需要参考实际情况。
进一步的，根据S3中的操作步骤，所述RS422/RS232接口或者，可以将具体数据传输到工控机，避免数据因为传输导致的数据丢包，
进一步的，根据S4中的操作步骤，
进一步的，根据S4中的操作步骤，所述顺流和逆流发射时所接收到的信号之间便要产生相位差▽O。
进一步的，根据S5中的操作步骤，所述T2输出q值时，参考T1时间段内的Q值，进行同时发布，且T1与T2的间隔时间不能超过40毫秒。
本发明提供了一种超声波计量仪表的动态计量方法，具备以下有益效果：
(1)、该超声波计量仪表的动态计量方法，通过S1的计量方式，可以在一段时间内对流量进行粗略计量，方便使用者进行较长时间的测量，避免发生短时间抽测导致的数据突变。
(2)、该超声波计量仪表的动态计量方法，通过S4的测量结合 S1的数据可以进一步提高该超声波计量仪表的动态计量方法的测量精度，避免粗略测量导致的精度不佳的问题。
(3)、该超声波计量仪表的动态计量方法，通过阶段性启动S4 测量，可以避免超声波发生器长时间发出周期较长的脉冲列，进一步降低该超声波计量仪表的动态计量方法的能源消耗率。
附图说明
图1为本发明一种超声波计量仪表的动态计量方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明提供一种技术方案：请参阅图1，一种超声波计量仪表的动态计量方法，包括以下步骤：
当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器 R1和R2所需要的时间为t1和t2,则t1＝L/(c+u)，t2＝L/(c-u)，由于在工业管道中，流体的流速比声速小的多，即c大于u,因此两者的时间差为ΔT＝t2-t1＝2Lu/cc由此可知，当声波在流体中的传播速度c已知时，只要测出时间差ΔT即可求出流速u，进而可求出流量 Q。
步骤二、在T1的时间段内，以40毫秒为间隔，采集计算25组流量Q，记录为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、.....Q24、Q25，去掉一个最高值和一个最低值，剩余23组数据计算方差，1/n[(Q1-Q平均数)2+(Q2-Q平均数)2…………+(Q23-Q平均数)2＝X,当X值超过预设值，表示此阶段Q的流量值处于不稳定状态，需要采用其他计算方法。
步骤三、对Q的具体值通过R步骤二32接口报送工控机，进行计算报文后输送到上位机，再次启用采集超声波发生器和超声波收集器的具体信息。
步骤四、如果超声波发射器发射连续超声脉冲或周期较长的脉冲列，即▽O＝wΔT＝2wLu/cc，式中w为超声波角频率，当测得▽O时即可求出u,进而求得流量Q，此法用测量相位差▽O代替了测量微小的时差ΔT。
步骤五、在T2的时间段内，以40毫秒为间隔，采集计算25组流量q，去掉最大和最小值后，取用平均值作为该T2时间段内的流量。
具体的，根据步骤一中的操作步骤，ΔT计算时间差为：ΔT＝Tup –Tdown。
具体的，根据步骤一中的操作步骤，实际传播速度，当声波与流体流动方向一致时(即顺流方向)，其传播速度为c+u，反之传播速度为c-u。
具体的，根据步骤二中的操作步骤，Q具体计算时精确到小数点后三位，且X的具体预设值，需要参考实际情况。
具体的，根据步骤三中的操作步骤，R步骤四22/R步骤二32接口或者，可以将具体数据传输到工控机，避免数据因为传输导致的数据丢包，
具体的，根据步骤四中的操作步骤，
具体的，根据步骤四中的操作步骤，顺流和逆流发射时所接收到的信号之间便要产生相位差▽O。
具体的，根据步骤五中的操作步骤，T2输出q值时，参考T1时间段内的Q值，进行同时发布，且T1与T2的间隔时间不能超过40 毫秒。
实施例的方法进行检测分析，并与现有技术进行对照，得出如下数据：
| 测量精确度 | 节能效率 | 测量稳定性 | |
| 实施例 | 较高 | 较高 | 较高 |
| 现有技术 | 较低 | 较低 | 较低 |
根据上述表格数据可以得出，当实施实施例时，通过本发明一种超声波计量仪表的动态计量方法获得易于施工，较好的延性变形和耗能能力和施工速度大大提升的效果。
本发明提供了一种超声波计量仪表的动态计量方法，包括以下步骤：
步骤一、采集超声波发生器和超声波收集器的具体信息，其中θ为声束与液体流动方向的夹角，M为声束在液体的直线传播次数，D 为管道内径，Tup为声束在正方向上的传播时间，Tdown为声束在逆方向上的传播时间，计算时间差为：ΔT＝Tup–Tdown，声音在流体中的传导速度设置为C，流体流动的速度为u，传播距离为L，在相距为L的两处分别放置两组超声波发生器和接收器(T1,R1)和 (T2,R2)，当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器R1和R2所需要的时间为t1和t2,则t1＝L/(c+u)，t2＝L/(c-u)，由于在工业管道中，流体的流速比声速小的多，即c大于u,因此两者的时间差为ΔT＝t2-t1＝2Lu/cc由此可知，当声波在流体中的传播速度c已知时，只要测出时间差ΔT即可求出流速u，进而可求出流量Q，步骤二、在T1的时间段内，以40毫秒为间隔，采集计算25 组流量Q，记录为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、.....Q24、Q25，去掉一个最高值和一个最低值，剩余23组数据计算方差，1/n[(Q1-Q平均数)2+(Q2-Q平均数)2…………+(Q23-Q平均数)2＝X,当X值超过预设值，表示此阶段Q的流量值处于不稳定状态，需要采用其他计算方法，步骤三、对Q的具体值通过R步骤二32接口报送工控机，进行计算报文后输送到上位机，再次启用采集超声波发生器和超声波收集器的具体信息，步骤四、如果超声波发射器发射连续超声脉冲或周期较长的脉冲列，即▽O＝wΔT＝2wLu/cc，式中w为超声波角频率，当测得▽O时即可求出u,进而求得流量Q，此法用测量相位差▽O代替了测量微小的时差ΔT，步骤五、在T2的时间段内，以40毫秒为间隔，采集计算25组流量q，去掉最大和最小值后，取用平均值作为该T2时间段内的流量。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种超声波计量仪表的动态计量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集超声波发生器和超声波收集器的具体信息，其中θ为声束与液体流动方向的夹角，M 为声束在液体的直线传播次数，D 为管道内径，Tup 为声束在正方向上的传播时间，Tdown为声束在逆方向上的传播时间，计算时间差为：ΔT=Tup –Tdown，声音在流体中的传导速度设置为C，流体流动的速度为u，传播距离为L，在相距为L的两处分别放置两组超声波发生器和接收器(T1,R1)和(T2,R2)，当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器R1和R2所需要的时间为t1和t2,则t1=L/(c+u)，t2=L/(c-u)，由于在工业管道中，流体的流速比声速小的多，即c大于u,因此两者的时间差为 ΔT=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，当声波在流体中的传播速度c已知时，只要测出时间差ΔT即可求出流速u，进而可求出流量Q；
S2、在T1的时间段内，以40毫秒为间隔，采集计算25组流量Q，记录为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、.....Q24、Q25，去掉一个最高值和一个最低值，剩余23组数据计算方差，1/n[(Q1-Q平均数）²+(Q2-Q平均数）²…………+（Q23-Q平均数）²=X,当X值超过预设值，表示此阶段Q的流量值处于不稳定状态，需要采用其他计算方法；
S3、对Q的具体值通过RS232接口报送工控机，进行计算报文后输送到上位机，再次启用采集超声波发生器和超声波收集器的具体信息；
S4、如果超声波发射器发射连续超声脉冲或周期较长的脉冲列，即▽O=wΔT=2wLu/cc，式中w为超声波角频率，当测得▽O时即可求出u,进而求得流量Q，此法用测量相位差▽O代替了测量微小的时差ΔT；
S5、在T2的时间段内，以40毫秒为间隔，采集计算25组流量q，去掉最大和最小值后，取用平均值作为该T2时间段内的流量。
2.根据权利要求1所述的一种超声波计量仪表的动态计量方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S1中的操作步骤，所述ΔT计算时间差为：ΔT=Tup –Tdown。
3.根据权利要求1所述的一种超声波计量仪表的动态计量方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S1中的操作步骤，所述实际传播速度，当声波与流体流动方向一致时(即顺流方向)，其传播速度为c+u，反之传播速度为c-u。
4.根据权利要求1所述的一种超声波计量仪表的动态计量方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S2中的操作步骤，所述Q具体计算时精确到小数点后三位，且X的具体预设值，需要参考实际情况。
5.根据权利要求1所述的一种超声波计量仪表的动态计量方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S3中的操作步骤，所述RS422/RS232接口或者，可以将具体数据传输到工控机，避免数据因为传输导致的数据丢包。
6.根据权利要求1所述的一种超声波计量仪表的动态计量方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S4中的操作步骤。
7.根据权利要求1所述的一种超声波计量仪表的动态计量方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S4中的操作步骤，所述顺流和逆流发射时所接收到的信号之间便要产生相位差▽O。
8.根据权利要求1所述的一种超声波计量仪表的动态计量方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S5中的操作步骤，所述T2输出q值时，参考T1时间段内的Q值，进行同时发布，且T1与T2的间隔时间不能超过40毫秒。
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