CN113607245A - 一种用于超声波水表的自适应流量补偿方法 - Google Patents

一种用于超声波水表的自适应流量补偿方法 Download PDF

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Abstract

一种用于超声波水表的自适应流量补偿方法，包括以下步骤：步骤1：数据采集：采集温度点Ti、流速点Vn、压强点Pk，通过管段进出口的温度传感器采集所述Ti，通过校表台电磁流量计确定所述Vn，通过校表台内置压力传感器采集所述Pk，利用超声波水表时间芯片采集上述每个采样点对应的超声波换能器的上游飞行时间Tup(i，n，k)和下游飞行时间Tdown(i，n，k)，其中i，n，k代表采样点的时刻；步骤2：估计流量值计算；步骤3：实际流量补偿参数计算；步骤4：获得最优自适应补偿参数方程；步骤5：计算最优自适应流量补偿参数：根据步骤4所获得的最优自适应补偿参数方程和当前温度值Ti、流速值Vi、压力值Pi，计算得到最优自适应流量补偿参数。本发明提升超声波水表的计量精度和节约存储单元。

Description

一种用于超声波水表的自适应流量补偿方法
技术领域
本发明属于仪器仪表领域，尤其是一种用于超声波水表的自适应流量补偿方法。
背景技术
目前，随着物联网的快速发展，电子式水表在水表市场中开始逐渐扩大。其中超声波水表已成为电子式水表中最为广泛的一款，在智慧水务中逐步替代传统机械式水表。
超声波水表的时差法计量原理是根据超声波在管道水流中顺逆流传播的时间差进行分析处理得到水流速度进而得到流量的一种电子式水表。由于它的计量原理导致超声波水表在流量计量的过程中极其容易受到管道内温度、流速、压强等因素的影响，因此会涉及到流量补偿的问题。目前，超声波水表大多采用查表法进行流量补偿。查表法原理是四流量点修正，需要知道雷诺数。但计算雷诺数的过程较为复杂而且不准确，计算效率也低，而且只能实现局部最优，如果要提升计量精度，则要增加流量点修正，所需要的存储单元随着计量精度的增大而成指数增加，在超声波高精度计量中查表法是显然不合适的。
为了提高其测量精度同时减少查表法的不够准确效率低的问题，则需要及时对超声波计量进行补偿，在不同温度、流速、压强下确定准确的补偿参数，这样才能使超声波水表在不同环境状态下处于准确计量的状态。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种时差法计量超声波水表的自适应流量补偿方法，使超声波水表可以在不同温度、压强、流速下确定准确的补偿参数，提升超声波水表的计量精度和节约存储单元。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于超声波水表的自适应流量补偿方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：数据采集：根据超声波水表国标和水表规格确定采集温度点Ti、流速点Vn、压强点Pk，通过管段进出口的温度传感器采集所述Ti，通过校表台电磁流量计确定所述Vn，通过校表台内置压力传感器采集所述Pk，利用超声波水表时间芯片采集上述每个采样点对应的超声波换能器的上游飞行时间Tup(i,n,k)和下游飞行时间Tdown(i,n,k)，其中i,n,k代表采样点的时刻；
步骤2：估计流量值计算：通过上下游飞行时间和管段规格信息进行流速计算进而得到估计流量值Qi,n,k，其中
Figure BDA0003155834250000021
Figure BDA0003155834250000022
S为管道横截面积，L为换能器间的距离；
步骤3：实际流量补偿参数计算：通过校表台得到真实流量值Qreal(i,n,k)和步骤2计算的估计流量值Qi,n,k进行计算得到实际流量补偿参数
Figure BDA0003155834250000023
步骤4：获得最优自适应补偿参数方程，过程如下：
步骤4.1：建立自适应补偿参数方程
Figure BDA0003155834250000031
β0为自适应补偿参数方程常数，β1,β2,β3,β4,β5,β6为自适应补偿参数方程系数，
Figure BDA0003155834250000032
为根据输入参数温度Ti、流速Vn、压强Pk经过自适应补偿参数方程预测的补偿系数；
步骤4.2：将数据集引入自适应补偿参数方程建立矩阵
Figure BDA0003155834250000033
将其写成矩阵形式；
预测的补偿系数
Figure BDA0003155834250000034
其中
Figure BDA0003155834250000035
步骤4.3：引入方程衡量因子Error，求出自适应补偿参数方程误差最小的最优系数
Figure BDA0003155834250000041
Figure BDA0003155834250000042
Error为数据集所有实际补偿参数与对应预测补偿参数的误差之和，Error越小说明自适应补偿参数方程越准确；
使
Figure BDA0003155834250000043
使Error达到极小值；
此公式中T表示为矩阵转置；
得到βo＝(XTX)-1XTCi,n,k
获得最优自适应补偿参数方程
Figure BDA0003155834250000044
步骤5：计算最优自适应流量补偿参数：根据步骤4所获得的最优自适应补偿参数方程和当前温度值Ti、流速值Vi、压力值Pi，计算得到最优自适应流量补偿参数。
本发明的有益效果主要表现在：本方法通过不同流量、温度、压强下每个点对应的温度、流速、压强、流量补偿参数建立自适应补偿参数方程，可通过这个自适应补偿参数方程在不同环境状态下自适应得出最优自适应流量补偿参数，进而提升超声波水表的计量精度。
附图说明
图1是时差法计量超声波水表的自适应流量补偿方法流程图。
图2是自适应补偿参数方程建立示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1和图2，一种时差法计量超声波水表的自适应流量补偿方法，包括以下步骤：
步骤1：数据采集：实验选取管段为DN15管段，根据超声波水表国标和水表规格确定采集温度点Ti(5℃,10℃,15℃,20℃,25℃,30℃,35℃,40℃,45℃,50℃)、流速点Vn(10L/h,11L/h,12L/h,15L/h,20L/h,25L/h,30L/h,40L/h,50L/h,80L/h,100L/h,150L/h,200L/h,300L/h,400L/h,600L/h,850L/h,1000L/h,1250L/h,1500L/h,1800L/h,2100L/h,2500L/h,3000L/h)、压强点Pk(0.1Mpa,0.14Mpa,0.2Mpa,0.3Mpa,0.4Mpa,0.5Mpa,0.6Mpa,0.7Mpa,0.8Mpa)，通过管段进出口的温度传感器采集所述Ti，通过校表台电磁流量计确定所述Vn，通过校表台内置压力传感器采集所述Pk，利用超声波水表时间芯片采集上述每个采样点对应的超声波换能器的上游飞行时间Tup(i,n,k)和下游飞行时间Tdown(i,n,k)，其中i,n,k代表采样点的时刻数据采集；
步骤2：估计流量值计算：通过上下游飞行时间和管段规格信息进行流速计算进而得到估计流量值Qi,n,k，其中
Figure BDA0003155834250000051
Figure BDA0003155834250000052
S为管道横截面积，L为换能器间的距离；
步骤3：实际流量补偿参数计算：通过校表台得到真实流量值Qreal(i,n,k)和步骤2计算的估计流量值Qi,n,k进行计算得到实际流量补偿参数
Figure BDA0003155834250000053
步骤4：获得最优自适应补偿参数方程，过程如下：
步骤4.1：建立自适应补偿参数方程
Figure BDA0003155834250000061
β0为自适应补偿参数方程常数，β1,β2,β3,β4,β5,β6为自适应补偿参数方程系数。
Figure BDA0003155834250000062
为根据输入参数温度Ti、流速Vn、压强Pk经过自适应补偿参数方程预测的补偿系数；
步骤4.2：将数据集引入自适应补偿参数方程建立矩阵
Figure BDA0003155834250000063
将其写成矩阵形式；
预测的补偿系数
Figure BDA0003155834250000064
其中
Figure BDA0003155834250000065
步骤4.3：引入方程衡量因子Error，求出自适应补偿参数方程误差最小的最优系数
Figure BDA0003155834250000071
Figure BDA0003155834250000072
Error为数据集所有实际补偿参数与对应预测补偿参数的误差之和，Error越小说明自适应补偿参数方程越准确；
使
Figure BDA0003155834250000073
使Error达到极小值；
此公式中T表示为矩阵转置；
得到βo＝(XTX)-1XTCi,n,k
获得最优自适应补偿参数方程
Figure BDA0003155834250000074
步骤5：计算最优自适应流量补偿参数：根据步骤4所获得的最优自适应补偿参数方程和当前温度值Ti、流速值Vi、压力值Pi，计算得到最优自适应流量补偿参数。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims (2)

1.一种用于超声波水表的自适应流量补偿方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：数据采集：根据超声波水表国标和水表规格确定采集温度点Ti、流速点Vn、压强点Pk，通过管段进出口的温度传感器采集所述Ti，通过校表台电磁流量计确定所述Vn，通过校表台内置压力传感器采集所述Pk，利用超声波水表时间芯片采集上述每个采样点对应的超声波换能器的上游飞行时间Tup(i,n,k)和下游飞行时间Tdown(i,n,k)，其中i,n,k代表采样点的时刻；
步骤2：估计流量值计算：通过上下游飞行时间和管段规格信息进行流速计算进而得到估计流量值Qi，n，k，其中
Figure FDA0003155834240000011
Figure FDA0003155834240000012
S为管道横截面积，L为换能器间的距离；
步骤3：实际流量补偿参数计算：通过校表台得到真实流量值Qreal(i,n,k)和步骤2计算的估计流量值Qi,n,k进行计算得到实际流量补偿参数
Figure FDA0003155834240000013
步骤4：获得最优自适应补偿参数方程；
步骤5：计算最优自适应流量补偿参数：根据步骤4所获得的最优自适应补偿参数方程和当前温度值Ti、流速值Vi、压力值Pi，计算得到最优自适应流量补偿参数。
2.如权利要求1所述的用于超声波水表的自适应流量补偿方法，其特征在于，所述步骤4的过程如下：
步骤4.1：建立自适应补偿参数方程
Figure FDA0003155834240000014
β0为自适应补偿参数方程常数，β1,β2,β3,β4,β5,β6为自适应补偿参数方程系数，
Figure FDA0003155834240000015
为根据输入参数温度Ti、流速Vn、压强Pk经过自适应补偿参数方程预测的补偿系数；
步骤4.2：将数据集引入自适应补偿参数方程建立矩阵
Figure FDA0003155834240000021
将其写成矩阵形式；
预测的补偿系数
Figure FDA0003155834240000022
其中
Figure FDA0003155834240000023
步骤4.3：引入方程衡量因子Error，求出自适应补偿参数方程误差最小的最优系数
Figure FDA0003155834240000024
Figure FDA0003155834240000025
Error为数据集所有实际补偿参数与对应预测补偿参数的误差之和，Error越小说明自适应补偿参数方程越准确；
使
Figure FDA0003155834240000026
使Error达到极小值；
此公式中T表示为矩阵转置；
得到βo＝(XTX)-1XTCi,n,k
获得最优自适应补偿参数方程
Figure FDA0003155834240000027
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