CN114910134A - 一种流量传感器及流量传感器校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种流量传感器以及流量传感器校准方法，其包括如下步骤：S1，获取流体介质的实际温度值；S2，感应所述流体介质并生成相应的感应电信号E，根据感应电信号计算初始流量值L；S3，根据实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α，并根据第一校准系数α对感应电信号E进行校准；S4，根据校准后的感应电信号E'计算实际流量值；其中，E'＝E*α。本发明通过将会影响测量结果精度的流体介质温度变化以及流量变化因素考虑在内，并根据流体介质温度变化以及流量变化对流体介质的实际流量值进行校准，可以极大的提高流量传感器的测量精确度。

Description

一种流量传感器及流量传感器校准方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种流量传感器及流量传感器校准方法。

背景技术

流量传感器是一种用于检测液体、气体等流体介质的流量参数并将其转换为其他形式的信号进行输出的一种检测用仪器仪表。流量传感器具有体积小、重量轻、读数直观清晰、可靠性高、无压力损失等诸多优点，因此其已在环境监测、安全防护、医疗卫生、贸易结算等多个领域得到广泛应用。

在理想状态下，流量传感器要求其只对流量这个物理量敏感，对其它因素不敏感，以保证测量结果的准确性。但在实际测量时，流量传感器的测量精准度会受例如温度、压力以及流体介质粘性等因素的影响。在被测流体介质温度变化时，由于流量传感器的温度特性或流量传感器内电子元器件的温度漂移等，会导致流量传感器测得的流量值与实际流量值有偏差，流量传感器的测量精准度下降。

现有技术中，通常采用将流量传感器测得的流量值减去温度补偿量的方法来对测量结果进行补偿，以消除流体介质温度变化对测量结果的影响。但是在流体介质流量变化时，尤其是当流量的变化范围大时，流量传感器的测量结果不仅受流体介质温度变化的影响，也受流量变化的影响。

现有的补偿方法仅针对流体介质温度变化这一因素对测量结果进行补偿，无法消除流量变化对测量结果的影响，造成补偿后的流量值与实际流量值仍然存在偏差，其测量精度有待进一步提高。

发明内容

基于此，为了解决现有的补偿方法仅针对流体介质温度变化这一因素对测量结果进行补偿，无法消除流量变化对测量结果的影响，造成补偿后的流量值与实际流量值仍然存在偏差，其测量精度有待进一步提高的问题，本发明提供了一种流量传感器及流量传感器校准方法，其具体技术方案如下：

一种流量传感器，其包括温度获取单元、第一流量获取单元、校准系数获取单元以及第二流量获取单元。

温度获取单元用于获取流体介质的实际温度值。第一流量获取单元用于感应所述流体介质并生成相应的感应电信号E，根据感应电信号计算初始流量值L。

校准系数获取单元用于根据实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α，并根据第一校准系数α对感应电信号E进行校准。第二流量获取单元用于根据校准后的感应电信号E'计算实际流量值。其中，E'＝E*α。

所述流量传感器通过获取流体介质的实际温度值并根据流体介质的实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α来对感应电信号进行校准，其将会影响测量结果精度的流体介质温度变化以及流量变化因素考虑在内，并根据流体介质温度变化以及流量变化对流体介质的实际流量值进行校准，可以极大的提高流量传感器的测量精确度。

进一步地，所述流量传感器还包括压力获取单元。

压力获取单元用于获取流体介质流通所在管道内侧壁所受的实际压力值。

其中，校准系数获取单元还用于根据实际压力值以及初始流量值获取第二校准系数β，并根据第一校准系数α以及第二校准系数β对感应电信号E进行校准。

其中，E'＝E*α*β。

进一步地，所述流量传感器还包括运动学粘性系数获取单元。运动学粘性系数获取单元用于获取流体介质的运动学粘性系数。

其中，校准系数获取单元根据公式p'＝β*ρ*lgL²+β*lgL+β*μ获取第二校准系数，p'表示实际压力值与标准压力值之间的压差，ρ表示流体介质的密度值，μ表示流体介质的运动学粘性系数，β*μ表示流体介质的粘性补偿值。

一种流量传感器校准方法，其包括如下步骤：

S1，获取流体介质的实际温度值；

S2，感应所述流体介质并生成相应的感应电信号E，根据感应电信号计算初始流量值L；

S3，根据实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α，并根据第一校准系数α对感应电信号E进行校准；

S4，根据校准后的感应电信号E'计算实际流量值；

其中，E'＝E*α。

进一步地，所述流量传感器校准方法还包括如下步骤：

S5，用获取流体介质流通所在管道内侧壁所受的实际压力值；

S6，根据实际压力值以及初始流量值获取第二校准系数β，并根据第一校准系数α以及第二校准系数β对感应电信号E进行校准；

其中，E'＝E*α*β。

进一步地，第二校准系数通过公式p'＝β*ρ*lgL²+β*lgL+β*μ计算而得；

其中，p'表示实际压力值与标准压力值之间的压差，ρ表示流体介质的密度值，μ表示流体介质的运动学粘性系数，β*μ表示流体介质的粘性补偿值。

进一步地，根据实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α的具体方法包括如下步骤：

获取以初始流量值为定量输入条件下的不同流体介质温度值对应的实际流量值；

对不同流体介质温度以及与不同流体介质温度值对应的实际流量值进行拟合以获取拟合曲线；

获取拟合曲线上的与实际温度值相等的流体介质温度值所对应的预测流量值；

根据预测流量值以及初始流量值计算第一校准系数α。

一种计算机可读存储流体介质，所述计算机可读存储流体介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被执行时实现所述的流量传感器的校准方法。

一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的流量传感器的校准方法。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1是本发明一实施例中一种流量传感器校准方法的整体流程示意图；

图2是本发明一实施例中一种流量传感器校准方法中不同标准流量下流体介质实际温度与感应电信号之间的关系图；

图3是本发明另一实施例中一种流量传感器校准方法中压差值与初始流量值之间的函数曲线图。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

实施例一：

流量传感器是一种用于检测液体、气体等流体介质的流量参数并将其转换为其他形式的信号进行输出的一种检测用仪器仪表。本发明所述流量传感器，包括但不限于用来测量液体或者气体等流体介质的流量参数。

所述流量传感器可以安装在管道之上并用来测量在管道中流动的流体介质的流量参数。

在本发明中，所述一种流量传感器包括温度获取单元、第一流量获取单元、校准系数获取单元以及第二流量获取单元。

具体而言，温度获取单元用于获取流体介质的实际温度值。温度获取单元可以间接或者直接与流体介质接触，通过感应流体介质的温度信号并根据流体介质的温度信号生成流体介质的实际温度值。

第一流量获取单元用于感应所述流体介质并生成相应的感应电信号E，根据感应电信号计算初始流量值L。第一流量获取单元可以与流体介质接触，进而感应流体介质并生成相应的感应电信号E，也可以不与流体介质接触，通过诸如超声波等技术感应流体介质并生成相应的感应电信号。

所述感应电信号包括但不限于电压信号以及电流信号。

校准系数获取单元用于根据实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α，并根据第一校准系数α对感应电信号E进行校准。第二流量获取单元用于根据校准后的感应电信号E'计算实际流量值。其中，E'＝E*α。

所述流量传感器通过获取流体介质的实际温度值并根据流体介质的实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α来对感应电信号进行校准，其将会影响测量结果精度的流体介质温度变化以及流量变化因素考虑在内，并根据流体介质温度变化以及流量变化对流体介质的实际流量值进行校准，可以极大的提高流量传感器的测量精确度。

实施例二：

流量传感器是一种用于检测液体、气体等流体介质的流量参数并将其转换为其他形式的信号进行输出的一种检测用仪器仪表。本发明所述流量传感器，包括但不限于用来测量液体或者气体等流体介质的流量参数。

所述流量传感器可以安装在管道之上并用来测量在管道中流动的流体介质的流量参数。

在本发明中，所述一种流量传感器包括温度获取单元、第一流量获取单元、校准系数获取单元以及第二流量获取单元。

具体而言，温度获取单元用于获取流体介质的实际温度值。温度获取单元可以间接或者直接与流体介质接触，通过感应流体介质的温度信号并根据流体介质的温度信号生成流体介质的实际温度值。

第一流量获取单元用于感应所述流体介质并生成相应的感应电信号 E，根据感应电信号计算初始流量值L。第一流量获取单元可以与流体介质接触，进而感应流体介质并生成相应的感应电信号E，也可以不与流体介质接触，通过诸如超声波等技术感应流体介质并生成相应的感应电信号。

所述感应电信号包括但不限于电压信号以及电流信号。

校准系数获取单元用于根据实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α，并根据第一校准系数α对感应电信号E进行校准。第二流量获取单元用于根据校准后的感应电信号E'计算实际流量值。其中，E'＝E*α。

具体而言，在本实施例中，根据实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α的具体方法包括如下步骤：

第一步，获取以初始流量值为定量输入条件下的不同流体介质温度值对应的实际流量值。

比如，往管道流入以初始流量值作为定量值的流体介质，并对管道内的流体介质进行持续加热，然后通过本发明所述流量传感器采集管道内不同温度的流体介质的实际流量值。由于管道的截面积不变，所述定量值可以通过设定调整流体介质的流速进行设定，实现往管道流入定量值的流体介质。

第二步，对不同流体介质温度以及与不同流体介质温度值对应的实际流量值进行拟合以获取拟合曲线。获取的拟合曲线，用来根据管道内流通的流体介质的实际温度值预测管道内流体介质的预测流量值。

第三步，获取拟合曲线上的与实际温度值相等的流体介质温度值所对应的预测流量值。在拟合曲线中，流体介质温度值作为自变量，流体介质的预测流量值作为因变量。通过获取与流体介质的实际温度值相等的流体介质温度值，可以根据拟合曲线获取流体介质的预测流量值。

第四步，根据预测流量值以及初始流量值计算第一校准系数α。

第一校准系数＝预测流量值/初始流量值。

所述流量传感器通过获取流体介质的实际温度值并根据流体介质的实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α来对感应电信号进行校准，其将会影响测量结果精度的流体介质温度变化以及流量变化因素考虑在内，并根据流体介质温度变化以及流量变化对流体介质的实际流量值进行校准，可以极大的提高流量传感器的测量精确度。

在很多时候，流量传感器的测量结果精度除了会受到流体介质温度变化以及流量变化因素影响，同样会受到流体介质粘度变化的影响。不同运动学粘性系数的流体介质以定量值流入管道，管道内侧壁所受到的压力也会有所不同。

为了进一步提高流量传感器的测量精确度，作为一种优选的技术方案，所述流量传感器还包括压力获取单元。压力获取单元用于获取流体介质流通所在管道内侧壁所受的实际压力值。

校准系数获取单元还用于根据实际压力值以及初始流量值获取第二校准系数β，并根据第一校准系数α以及第二校准系数β对感应电信号E进行校准。其中，E'＝E*α*β。

具体而言，所述流量传感器还包括运动学粘性系数获取单元。运动学粘性系数获取单元用于获取流体介质的运动学粘性系数。校准系数获取单元根据公式p'＝β*ρ*lgL²+β*lgL+β*μ获取第二校准系数，p'表示实际压力值与标准压力值之间的压差，ρ表示流体介质的密度值，μ表示流体介质的运动学粘性系数，β*μ表示流体介质的粘性补偿值。

对于标准压力值，其中一种情况可以为流体介质在常温25摄氏度以及预设流量值下所测得的压力值。当然，对于不同的流体介质，所述标准压力值会有所不同。

本发明通过公式p'＝β*ρ*lgL²+β*lgL+β*μ，将流体介质粘性对传感器流量值测量精度的影响考虑在内，可以进一步提高流量传感器的测量精确度。

实施例三：

从图2可以看出，在标准流量L”一定的情况下，随着流体介质实际温度的变化，通过流量传感器感应到的流体介质的感应电信号(电压信号) 也会随之变化。即是说，流体介质流量变化时，尤其是当流量的变化范围大时，流量传感器的测量结果会受流量变化的影响。

若是仅仅考虑流体介质温度变化这一因素对测量结果的影响而进行相应的补偿，显然无法消除流量变化对测量结果精确度的影响，造成补偿后的流量值与实际流量值仍然存在偏差。为了进一步提高流量传感器的测量精确度，如图1所示，一种流量传感器校准方法，其包括如下步骤：

S1，获取流体介质的实际温度值。

S2，感应所述流体介质并生成相应的感应电信号E，根据感应电信号计算初始流量值L。

S3，根据实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α，并根据第一校准系数α对感应电信号E进行校准。

S4，根据校准后的感应电信号E'计算实际流量值。

具体而言，E'＝E*α。

所述根据实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α的具体方法包括如下步骤：

第一步，获取以初始流量值为定量输入条件下的不同流体介质温度值对应的实际流量值。

第二步，对不同流体介质温度以及与不同流体介质温度值对应的实际流量值进行拟合以获取拟合曲线。

第三步，获取拟合曲线上的与实际温度值相等的流体介质温度值所对应的预测流量值。

第四步，根据预测流量值以及初始流量值计算第一校准系数α。

所述流量传感器校准方法通过获取流体介质的实际温度值并根据流体介质的实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α来对感应电信号进行校准，其将会影响测量结果精度的流体介质温度变化以及流量变化因素考虑在内，并根据流体介质温度变化以及流量变化对流体介质的实际流量值进行校准，可以极大的提高流量传感器的测量精确度。

实施例四：

应当理解，本实施例至少包括上述实施例所有技术特征，并在上述实施例的基础上作进一步的具体描述。

在本实施例中，所述流量传感器校准方法还包括如下步骤：

S5，用获取流体介质流通所在管道内侧壁所受的实际压力值。

S6，根据实际压力值以及初始流量值获取第二校准系数β，并根据第一校准系数α以及第二校准系数β对感应电信号E进行校准。其中， E'＝E*α*β。

具体而言，如图3所示，第二校准系数通过公式 p'＝β*ρ*lgL²+β*lgL+β*μ计算而得；p'表示实际压力值与标准压力值之间的压差，ρ表示流体介质的密度值，μ表示流体介质的运动学粘性系数，β*μ表示流体介质的粘性补偿值。对于上述公式，实际压力值与标准压力值均为bar,初始流量值的单位为m³/h，密度值的单位为kg/m³，运动学粘性系数的单位为m²/S。

对于公式p'＝β*ρ*lgL²+β*lgL+β*μ，先按照上述单位设定进行相应数值转换后，再进行无量纲处理。

需要说明的一点是，图3所示的，仅是一种流体介质初始流量值与压差之间的曲线示意图。对于不同流体介质，由于其密度值以及运动学粘性系数的不同，所得到的曲线示意图，也会有所不同。在实际应用中，可以在控制器中预存多个不同流体介质所对应的函数曲线数据，并根据实际流体介质的密度值、运动学粘性系数以及初始流量值调用相应的函数曲线。

通过公式p'＝β*ρ*lgL²+β*lgL+β*μ，将流体介质粘性对传感器流量值测量精度的影响考虑在内，所述流量传感器校准方法可以进一步提高流量传感器的测量精确度。

作为一种优选的技术方案，所述运动学粘性系数的范围为 0.0m²/S--10.0m²/S。对于运动学粘性系数的范围为0m²/S--10m²/S的流体介质，通过上述p'＝β*ρ*lgL²+β*lgL+β*μ，能够更加准确地流量传感器对流体介质的测量结果进行校准。

作为一种优选的技术方案，本实施例还提供一种计算机可读存储流体介质，所述计算机可读存储流体介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被执行时实现所述的流量传感器的校准方法。

作为一种优选的技术方案，本实施例还提供一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的流量传感器的校准方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种流量传感器，其特征在于，所述流量传感器包括：

温度获取单元，用于获取流体介质的实际温度值；

第一流量获取单元，用于感应所述流体介质并生成相应的感应电信号E，根据感应电信号计算初始流量值L；

校准系数获取单元，用于根据实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α，并根据第一校准系数α对感应电信号E进行校准；

第二流量获取单元，用于根据校准后的感应电信号E'计算实际流量值；

其中，E'＝E*α。

2.如权利要求1所述的一种流量传感器，其特征在于，所述流量传感器还包括：

压力获取单元，用于获取流体介质流通所在管道内侧壁所受的实际压力值；

其中，校准系数获取单元还用于根据实际压力值以及初始流量值获取第二校准系数β，并根据第一校准系数α以及第二校准系数β对感应电信号E进行校准；

其中，E'＝E*α*β。

3.如权利要求2所述的一种流量传感器，其特征在于，所述流量传感器还包括：

运动学粘性系数获取单元，用于获取流体介质的运动学粘性系数；

其中，校准系数获取单元根据公式p'＝β*ρ*L²+β*L+β*μ获取第二校准系数，p'表示实际压力值与标准压力值之间的压差，ρ表示流体介质的密度值，μ表示流体介质的运动学粘性系数，β*μ表示流体介质的粘性补偿值。

4.一种流量传感器校准方法，应用在如权利要求1-3中任一项所述的流量传感器，其特征在于，包括如下步骤：

S1，获取流体介质的实际温度值；

S2，感应所述流体介质并生成相应的感应电信号E，根据感应电信号计算初始流量值L；

S3，根据实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α，并根据第一校准系数α对感应电信号E进行校准；

S4，根据校准后的感应电信号E'计算实际流量值；

其中，E'＝E*α。

5.如权利要求4所述的一种流量传感器校准方法，其特征在于，所述流量传感器校准方法还包括如下步骤：

S5，用获取流体介质流通所在管道内侧壁所受的实际压力值；

S6，根据实际压力值以及初始流量值获取第二校准系数β，并根据第一校准系数α以及第二校准系数β对感应电信号E进行校准；

其中，E'＝E*α*β。

6.如权利要求5所述的一种流量传感器校准方法，其特征在于，第二校准系数通过公式p'＝β*ρ*lgL²+β*lgL+β*μ计算而得；

其中，p'表示实际压力值与标准压力值之间的压差，ρ表示流体介质的密度值，μ表示流体介质的运动学粘性系数，β*μ表示流体介质的粘性补偿值。

7.如权利要求6一种流量传感器的校准方法，其特征在于，根据实际温度值以及初始流量值获取第一校准系数α的具体方法包括如下步骤：

获取以初始流量值为定量输入条件下的不同流体介质温度值对应的实际流量值；

对不同流体介质温度以及与不同流体介质温度值对应的实际流量值进行拟合以获取拟合曲线；

获取拟合曲线上的与实际温度值相等的流体介质温度值所对应的预测流量值；

根据预测流量值以及初始流量值计算第一校准系数α。

8.一种计算机可读存储流体介质，其特征在于，所述计算机可读存储流体介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被执行时实现如权利要求4-7中任一项所述的流量传感器的校准方法。

9.一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求4～7任一项所述的流量传感器的校准方法。

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