CN112665666B - 一种流体计量表的计量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流体计量表的计量方法，包括以下步骤：利用超声波换能器组采集超声波在计量管内部流体中的顺流传播时间和逆流传播时间；将逆流传播时间和顺流传播时间作差得到传播时间差；判断传播时间差是否满足以下条件：流体流动稳定区分值＜传播时间差≤理论最大值；若判断为是，则根据传播时间差和超声波在计量管内部流体中的修正传播速度计算瞬时流量，对计算出的瞬时流量进行补偿修正得到流量数据；对满足相应条件的流量数据进行优化加权处理，得到最优流量值，最后将多个最优流量值累加求和，得到总累计流量值。本发明提升了流体计量表的计量精度，使得计量表能够有效进行超小流量的计量。
Description
技术领域
本发明涉及流体计量技术领域，具体涉及一种流体计量表的计量方法。
背景技术
流体计量表是用于对流体流量进行计量的装置，分为机械式、电磁式和超声波流体计量表，鉴于超声波流体计量表具有压损小和不易受测量水质影响等特点，超声波流体计量表得以广泛应用。超声波流体计量表是利用超声波时差原理来进行流体流速测量和流量计算的仪表，但是现有的超声波流体计量表的计量精度较低，其计量精度通常在1L/h以上，无法实现对超小流量进行计量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种流体计量表的计量方法，利于提升流体计量表的计量精度，使得计量表能够有效进行超小流量的计量。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一种流体计量表的计量方法，所述流体计量表包括计量管，所述计量管上连接有用于超声波收发的超声波换能器组，该计量方法包括以下步骤：
1)利用超声波换能器组采集超声波在计量管内部流体中的顺流传播时间和逆流传播时间；
2)将逆流传播时间和顺流传播时间作差得到传播时间差；
3)判断所述传播时间差是否满足以下条件：流体流动稳定区分值＜传播时间差≤理论最大值；
若判断结果为是，则执行步骤4)，否则，判断为存在异常干扰，则执行步骤5)；
4)根据所述传播时间差和超声波在计量管内部流体中的修正传播速度计算瞬时流量，然后执行步骤6)；
5)排除异常干扰，并返回步骤1)；
6)对计算出的瞬时流量进行补偿修正得到流量数据；
7)判断流量数据是否满足以下条件：始动流量值＜流量数据＜最小流量值；
若判断结果为是，则执行步骤8)，否则执行步骤9)；
8)对流量数据进行优化加权处理，得到最优流量值，然后执行步骤10)；
9)对流量数据进行校准修正，然后执行步骤8)；
10)重复步骤1)-步骤9)得到多个最优流量值，将多个最优流量值累加求和，得到总累计流量值。
在其中一个实施方式中，所述步骤8)中对流量数据进行优化加权处理的方法为：
将流量数据加入到数据处理堆栈，在所述数据处理堆栈中取最新获得的N个流量数据，并从获得的N个流量数据中去除最大值和最小值，得到N-2个流量数据，然后对N-2个流量数据求平均值，并将计算出的平均值乘以加权系数从而得到最优流量值。
在其中一个实施方式中，多个最优流量值各自所对应的加权系数的取值满足以下条件：后获取的最优流量值所对应的加权系数大于之前获取的最优流量值所对应的加权系数。
在其中一个实施方式中，计量管上连接有温度传感器；所述步骤4)中超声波在计量管内部流体中的修正传播速度的获取方法为：通过温度传感器采集计量管内流体的温度，根据采集到流体的温度对超声波在流体中的传播速度进行补偿修正得到修正传播速度。
在其中一个实施方式中，所述步骤6)中，对计算出的瞬时流量进行补偿修正得到流量数据的方法为：根据采集到的流体的温度和瞬时流量计算雷诺数，并利用雷诺数对瞬时流量进行补偿修正得到所述流量数据。
在其中一个实施方式中，所述步骤5)中排除异常干扰的方法为：对超声波换能器组采集的超声波信号进行滤波处理。
在其中一个实施方式中，该计量方法的计量精度不大于0.5L/h。
本发明具有以下有益效果：本发明的流体计量表的计量方法，提升了流体计量表的计量精度，使得计量表能够有效进行超小流量的计量；并提升了计量表的计量稳定性。
附图说明
图1是本发明的流体计量表的计量方法的流程框图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，本实施例公开了一种流体计量表的计量方法，流体计量表包括计量管，计量管上连接有用于超声波收发的超声波换能器组，例如，超声波换能器组包括两个超能换能器，该计量方法包括以下步骤：
1)利用超声波换能器组采集超声波在计量管内部流体中的顺流传播时间和逆流传播时间；
2)将逆流传播时间和顺流传播时间作差得到传播时间差；
3)判断所述传播时间差是否满足以下条件：流体流动稳定区分值＜传播时间差≤理论最大值；
若判断结果为是，则执行步骤4)，否则，判断为存在异常干扰，则执行步骤5)；
4)根据所述传播时间差和超声波在计量管内部流体中的修正传播速度计算瞬时流量，然后执行步骤6)；
5)排除异常干扰，并返回步骤1)；
6)对计算出的瞬时流量进行补偿修正得到流量数据；
7)判断流量数据是否满足以下条件：始动流量值＜流量数据＜最小流量值；
若判断结果为是，则执行步骤8)，否则执行步骤9)；
其中，上述始动流量值为流体计量表能够测量出的最小流量；
上述最小流量值为国家水表测量标准中，水表能够保证准确测量的最小流量。
8)对流量数据进行优化加权处理，得到最优流量值，然后执行步骤10)；
9)根据基准点校准标定值，对流量数据进行校准修正，然后执行步骤8)；
10)重复步骤1)-步骤9)得到多个最优流量值，将多个最优流量值累加求和，得到总累计流量值。
在其中一个实施方式中，步骤8)中对流量数据进行优化加权处理的方法为：
将流量数据加入到数据处理堆栈，在数据处理堆栈中取最新获得的N个流量数据，并从获得的N个流量数据中去除最大值和最小值，得到N-2个流量数据，然后对N-2个流量数据求平均值，并将计算出的平均值乘以加权系数从而得到最优流量值。
N个流量数据中的最大值和最小值会对整体平均值产生较大的波动影响，去除之后取平均值，能够更好地提升计量准确性和稳定性。
可以理解地，数据处理堆栈为一个数据存储空间，至少能够容纳N+1个数据；每一个数据代表一个流量数据。
例如，在单片机内开辟一个可以存20个流量数据(即Buff[0]-Buff[20])的数据处理堆栈,在新的流量数据进入数据处理堆栈之前，先把20个流量数据在存储空间内各向前移动一个数据空间，将最老的流量数据丢弃，即将Buff[20]丢弃，将Buff[19]数据存入到Buff[20]，依次类推，空出第一个数据空间放最新的流量数据；然后取最新的10个数据即Buff[0]-[9],把这10个数据中最大和最小的数据丢弃，然后对剩余的8个数据求平均值，然后对该平均值进行加权处理。后续每存入一个新的流量数据，就求取一次平均值，并进行一次加权
初始阶段，数据处理堆栈中未存满20个数据时，没有存数的空间默认为数据0。
在其中一个实施方式中，多个最优流量值各自所对应的加权系数的取值满足以下条件：后获取的最优流量值所对应的加权系数大于之前获取的最优流量值所对应的加权系数。也即加权系数的大小依据获取最优流量值的时间先后来确定。
例如，最后获得的最优流量值为M3＝0.5*Q3,在M3之前获得的最优流量值为M2＝0.3*Q2，在M2之前获得的最优流量值为M1＝0.2*Q1，Q3、Q2、Q1均为相应的平均值，其中M3对应的加权系数为0.5，M2对应的加权系数为0.3，M1对应的加权系数为0.2。此时步骤10)中总累计流量值Q＝M3+M2+M1＝0.5*Q3+0.3*Q2+0.2*Q1。
在其中一个实施方式中，计量管上连接有温度传感器，温度传感器的测温端位于计量管内部，步骤4)中超声波在计量管内部流体中的修正传播速度的获取方法为：通过温度传感器采集计量管内流体的温度，根据采集到流体的温度对超声波在流体中的传播速度进行补偿修正得到修正传播速度。
流体温度会对超声波在流体中的传播速度产生影响，因此根据温度传感器测得的流体温度值，对超声波在流体中的传播速度因温度变化而受到的影响进行补偿，可以使得补偿后的传播速度以更接近实际的传播速度，进而提升了流量计算的精确度。
在其中一个实施方式中，步骤6)中，对计算出的瞬时流量进行补偿修正得到流量数据的方法为：根据采集到的流体的温度和瞬时流量计算雷诺数，并利用雷诺数对瞬时流量进行补偿修正得到所述流量数据。
流体的密度与粘度参数也与流体温度相关，因此把这部分影响也进行补偿修正，根据流体温度值计算出对应的补偿修正值——雷诺数，以得到更接近实际的流量数据，从而提升计量精确度。
在其中一个实施方式中，步骤5)中排除异常干扰的方法为：对超声波换能器组采集的超声波信号进行滤波处理。
在其中一个实施方式中，上述计量方法可采取0.25秒采集一次数据。
上述实施例的计量方法的计量精度不大于0.5L/h，相较于传统的超声波流体计量表来说，计量精度得以较大提升，可有效实现对超小流量进行计量，尤其适用于需要对超小流量进行计量的场合，如纯净水计量或其他化学制剂的计量等。
本实施例的计量方法，通过修正超声波传播速度、对瞬时流量进行补偿修正以及对流量数据进行优化加权处理，将流量计量精度从1L/h提升到0.5L/h，能测量不大于0.5L/h的超低流量，相当于能够测量精度小于每秒一滴的流量；计量稳定，避免了现有计量表不能计量较小的滴水流量和自动走数的问题；还具有功耗低的特点，降低了计量表的磨损，延长了计量表的使用寿命。
本实施例的计量方法，既可以用于预付费超声波水表，也可用于无需预付费的超声波水表。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (4)
1.一种流体计量表的计量方法，所述流体计量表包括计量管，所述计量管上连接有用于超声波收发的超声波换能器组，其特征在于，该计量方法包括以下步骤：
1)利用超声波换能器组采集超声波在计量管内部流体中的顺流传播时间和逆流传播时间；
2)将逆流传播时间和顺流传播时间作差得到传播时间差；
3)判断所述传播时间差是否满足以下条件：流体流动稳定区分值＜传播时间差≤理论最大值；
若判断结果为是，则执行步骤4)，否则，判断为存在异常干扰，则执行步骤5)；
4)根据所述传播时间差和超声波在计量管内部流体中的修正传播速度计算瞬时流量，然后执行步骤6)；
5)排除异常干扰，并返回步骤1)；
6)对计算出的瞬时流量进行补偿修正得到流量数据；
7)判断流量数据是否满足以下条件：始动流量值＜流量数据＜最小流量值；
若判断结果为是，则执行步骤8)，否则执行步骤9)；
8)对流量数据进行优化加权处理，得到最优流量值，然后执行步骤10)；
9)对流量数据进行校准修正，然后执行步骤8)；
10)重复步骤1)-步骤9)得到多个最优流量值，将多个最优流量值累加求和，得到总累计流量值；
计量管上连接有温度传感器；所述步骤4)中超声波在计量管内部流体中的修正传播速度的获取方法为：通过温度传感器采集计量管内流体的温度，根据采集到流体的温度对超声波在流体中的传播速度进行补偿修正得到修正传播速度；
所述步骤8)中对流量数据进行优化加权处理的方法为：
将流量数据加入到数据处理堆栈，在所述数据处理堆栈中取最新获得的N个流量数据，并从获得的N个流量数据中去除最大值和最小值，得到N-2个流量数据，然后对N-2个流量数据求平均值，并将计算出的平均值乘以加权系数从而得到最优流量值；
多个最优流量值各自所对应的加权系数的取值满足以下条件：后获取的最优流量值所对应的加权系数大于之前获取的最优流量值所对应的加权系数。
2.如权利要求1所述的流体计量表的计量方法，其特征在于，所述步骤6)中，对计算出的瞬时流量进行补偿修正得到流量数据的方法为：根据采集到的流体的温度和瞬时流量计算雷诺数，并利用雷诺数对瞬时流量进行补偿修正得到所述流量数据。
3.如权利要求1所述的流体计量表的计量方法，其特征在于，所述步骤5)中排除异常干扰的方法为：对超声波换能器组采集的超声波信号进行滤波处理。
4.如权利要求1所述的流体计量表的计量方法，其特征在于，该计量方法的计量精度不大于0.5L/h。
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