CN116256042A - 一种提高电子式燃气表计量精度的方法 - Google Patents

一种提高电子式燃气表计量精度的方法 Download PDF

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CN116256042A CN202111496357.XA CN202111496357A CN116256042A CN 116256042 A CN116256042 A CN 116256042A CN 202111496357 A CN202111496357 A CN 202111496357A CN 116256042 A CN116256042 A CN 116256042A
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宋莎莎
傅建华
张金龙
徐伟
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Abstract

本发明涉及一种提高电子式燃气表计量精度的方法。其特征在于：以固定的时间间隔，在单个时间间隔内，产生随机数的方式确定采样时刻，从而在每个固定的时间间隔内采样1次，并以过去一段时间内流量数据的平均值和样本标准差判断是否存在流量较大波动；在采样间隔内的累计流量采用梯形算法，以当期时刻瞬时流量与前一采样时刻的瞬时流量来计算采样间隔内的累计流量；当出现流量较大波动时，缩短固定时间间隔内，提高采样频率。本发明通过在固定时间间隔内，采用随机采样的方式，使得每一个固定时间间隔内，采样点是不断变化的，更能准确跟踪流量的变化情况，采用的梯形法计算累计流量的方法更有利于降低流量波动对计量精度的影响。

Description

一种提高电子式燃气表计量精度的方法
技术领域
本发明涉及一种提高电子式燃气表计量精度的方法。
背景技术
电子式燃气表具有无可动部件、体积小、易集成、灵明度高、智能化的特点，目前已普遍应用于燃气计量。电子式燃气表作为一种新型的计量仪表，其计量原理基本采用瞬时流量法，在固定的采样周期内传感器采样，测得此时的瞬时流量，对各个采样周期内的累计流量求和，得到整个时间段内的累积流量。现有方法中固定采样频率，并假定了在单个采样周期内，燃气气流稳定，即瞬时流量不变，单个采样周期内的累计流量Qm是此时的瞬时流量qm与采样周期ts的乘积，即：Qm＝qm×ts。但燃气管道在输送过程中，气流波动变化，尤其是流量发生较大的变化时，比如脉动流现象，采用此种固定采样频率，瞬时流量与采样周期乘机直接来累计流量的方法，误差较大。针对流量较大波动情况，现有技术中采用固定采样周期，以相邻采样时刻瞬时流量的变化来判定，当流量波动大时，提高采样频率。此种方法下，当流量产生周期性或规律性突然变化时，以固定的采样间隔可能避开流量较大变化的时刻点，或者导致发现流量变化的时刻较晚，并且当相邻时刻都是流量高点时，判定错误，降低了计量精度。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种提高电子式燃气表计量精度的方法的技术方案。
所述的一种提高电子式燃气表计量精度的方法，其特征在于：以固定的时间间隔，在单个时间间隔内，产生随机数的方式确定采样时刻，从而在每个固定的时间间隔内采样1次，并以过去一段时间内流量数据的平均值和样本标准差判断是否存在流量较大波动；在采样间隔内的累计流量采用梯形算法，以当期时刻瞬时流量与前一采样时刻的瞬时流量来计算采样间隔内的累计流量，在每个采样间隔内的累计流量为：
Figure BDA0003400849760000021
其中Qm是在一个采样间隔内的累计流量，tm是第m次采样时刻，tm-1是m-1次采样时刻，/>
Figure BDA0003400849760000022
是tm采样时刻的瞬时流量，/>
Figure BDA0003400849760000023
是tm-1采样时刻的瞬时流量；当出现流量较大波动时，缩短固定时间间隔内，提高采样频率。
所述的一种提高电子式燃气表计量精度的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤(1)：设定固定时间间隔、检测周期，记录瞬时流量数据
在正常计量过程中，以T秒固定时间间隔，在每个时间间隔内产生随机数，第1个采样周期是在[0,T]之间产生随机数t1，在t1采样时刻，得到瞬时流量
Figure BDA0003400849760000029
第2个采样周期是在[T,2T]之间产生随机数t2，得到t2采样时刻的瞬时流量/>
Figure BDA00034008497600000210
第k个采样周期是在[kT-T,kT]产生随机数tk，得到tk采样时刻的瞬时流量/>
Figure BDA00034008497600000211
以每h个检测数据作为检测周期，h是整数，第一个检测周期是第[1,h]个瞬时流量数据，第2个检测周期是第[2,h+1]个瞬时流量数据；
上述步骤(1)中，在每个采样间隔内的累计流量采用梯形算法，即第1个采样间隔内的累计流量Q1＝q1×t1，
第2个采样间隔内的累计流量
Figure BDA0003400849760000024
第k个采样间隔内的累计流量
Figure BDA0003400849760000025
步骤(2)：判断检测周期中是否存在流量较大波动
设定检测周期内瞬时流量平均值阈值
Figure BDA0003400849760000026
样本标准差的阈值s、变异系数的阈值C，当检测数据的平均值小于平均值阈值/>
Figure BDA0003400849760000027
用样本标准差来判定是否存在较大流量波动；当检测数据的平均值大于平均值阈值/>
Figure BDA0003400849760000028
用样本标准差与平均值的比值即变异系数来判定是否存在流量较大波动；
步骤(3)：当流量波动较大时，缩短固定时间间隔，提高采样频率
以T/b的固定时间间隔，b是整数，在每个时间间隔内产生随机数，以随机数的数值确定采样时刻；假定进入步骤(3)时已进行了m秒，则下次采样时刻在[m,m+T/b]产生随机数tm1，采样tm1时刻的瞬时流量
Figure BDA0003400849760000031
若流量仍在波动较大状态，下一次采样时刻在[m+T/b,m+2T/b]产生随机数tm2，采样tm2时刻的瞬时流量/>
Figure BDA0003400849760000032
采样间隔内的累计流量/>
Figure BDA0003400849760000033
仍是采用梯形算法，即/>
Figure BDA0003400849760000034
每次采样后，仍以过去h个检测数据为一个检测周期，得到均值和样本标准差，判定流量是否仍在波动较大状态。
所述的一种提高电子式燃气表计量精度的方法，其特征在于所述步骤(2)中，在第1个检测周期，瞬时流量的平均值
Figure BDA0003400849760000035
瞬时流量的样本标准差
Figure BDA0003400849760000036
存在如下情况：
①若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA0003400849760000037
检测数据的样本标准差s1＜样本标准差阈值s，此时判定无流量较大波动，继续按照步骤(1)中以T秒固定时间间隔的采样方法进行累积流量计算；
②若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA0003400849760000038
检测数据的样本标准差s1≥s，此时判定存在流量较大波动，进入步骤(3)；
③若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA0003400849760000039
且检测数据的变异系数C1＜变异系数阈值C，其中/>
Figure BDA00034008497600000310
此时判定无流量较大波动，继续按照步骤(1)中以T秒固定时间间隔的采样方法进行累积流量计算；
④若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA00034008497600000311
且检测数据的变异系数C1≥C，此时判定存在流量较大波动，进入步骤(3)。/>
所述的一种提高电子式燃气表计量精度的方法，其特征在于所述步骤(3)中，以tm1时刻对应的检测周期进行说明，当前检测周期内h个瞬时流量数据是
Figure BDA0003400849760000041
其中，/>
Figure BDA0003400849760000042
是tm1-h+1采样时刻瞬时流量，/>
Figure BDA0003400849760000043
是tm1-h+2采样时刻瞬时流量，h个瞬时流量数据的均值/>
Figure BDA0003400849760000044
样本标准差
Figure BDA0003400849760000045
存在如下情况：
1)若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA0003400849760000046
检测数据的样本标准差sm＜a*s，其中a＜1，此时说明流量在缓慢恢复到稳定状态，退出步骤(3)的采样方式，按照步骤(1)中以T秒固定时间间隔的采样方法进行累积流量计算；
2)若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA0003400849760000047
检测数据的样本标准差sm≥a*s，此时流量仍然存在较大波动，继续按照步骤(3)中以T/b的固定时间间隔采样方法进行累积流量计算；
3)若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA0003400849760000048
且检测数据的变异系数Cm＜d*C，其中d＜1，其中/>
Figure BDA0003400849760000049
此时说明流量在缓慢恢复到稳定状态，退出步骤(3)的采样方式，按照步骤(1)中以T秒固定时间间隔的采样方法进行累积流量计算；
4)若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA00034008497600000410
且检测数据的变异系数C1≥d*C，此时流量仍然存在较大波动，继续按照步骤(3)中以T/b的固定时间间隔采样方法进行累积流量计算。
本发明的有益效果在于通过在固定时间间隔内，采用随机采样的方式，使得每一个固定时间间隔内，采样点是不断变化的，更能准确跟踪流量的变化情况；而固定的采样周期，每次都在T采样点、2T采样点、3T采样点，当流量规律变化时，其采样的可能都是高点或是低点；其次以过去连续h个瞬时流量数据的平均值和样本标准差来判断流量波动情况，当出现大流量波动时，流量数据离散程度较高，此时样本标准差的数值较大；当瞬时流量数据的平均值大于设定阈值时，不同检测组的瞬时流量情况可能差异较大，用其样本标准差与平均值的比值即变异系数来判定，能进一步消除数值大小的影响，当变异数值较小时，说明瞬时流量较稳定；并在流量波动较大时，缩小固定的采样间隔，提高采样频率，本发明采用的梯形法计算累计流量的方法更有利于降低流量波动对计量精度的影响，当流量恢复到正常状态时，回到正常采样模式，降低功耗。
具体实施方式
本发明一种提高电子式燃气表计量精度的方法，以固定的时间间隔，在单个时间间隔内，产生随机数的方式确定采样时刻，从而在每个固定的时间间隔内采样1次，并以过去一段时间内瞬时流量数据的平均值和样本标准差判断是否存在流量较大波动；其中在采样间隔内的累计流量采用梯形算法，以当前时刻瞬时流量与前一采样时刻的瞬时流量来计算采样间隔内的累计流量。
本发明一种提高电子式燃气表计量精度的方法，包括如下步骤：
步骤(1)：设定固定时间间隔、检测周期，记录瞬时流量数据
在正常计量过程中，以T秒固定时间间隔，在每个时间间隔内产生随机数，第1个采样周期是在[0,T]之间产生随机数t1，在t1采样时刻，得到瞬时流量
Figure BDA0003400849760000051
第2个采样周期是在[T,2T]之间产生随机数t2，得到t2采样时刻的瞬时流量/>
Figure BDA0003400849760000052
第k个采样周期是在[kT-T,kT]产生随机数tk，得到tk采样时刻的瞬时流量/>
Figure BDA0003400849760000053
以随机的方式确定采样点，更能准确跟踪流量的变化情况；以每h个检测数据作为检测周期，h是整数，第一个检测周期是第[1,h]个瞬时流量数据，第2个检测周期是第[2,h+1]个瞬时流量数据；
上述步骤(1)中，在每个采样间隔内的累计流量若采用矩形法计算，会忽视燃气管道在输送过程中气流波动变化的情况；因此本发明采用梯形算法，以当期时刻瞬时流量与前一采样时刻的瞬时流量来计算采样间隔内的累计流量；
即第1个采样间隔内的累计流量Q1＝q1×t1，
第2个采样间隔内的累计流量
Figure BDA0003400849760000061
第k个采样间隔内的累计流量
Figure BDA0003400849760000062
步骤(2)：判断检测周期中是否存在流量较大波动
设定检测周期内瞬时流量平均值阈值
Figure BDA0003400849760000063
样本标准差的阈值s、变异系数的阈值C，当检测数据的平均值小于平均值阈值/>
Figure BDA0003400849760000064
用样本标准差来判定是否存在较大流量波动；当检测数据的平均值大于平均值阈值/>
Figure BDA0003400849760000065
用样本标准差与平均值的比值即变异系数来判定是否存在流量较大波动。
以第1个检测周期为例，瞬时流量的平均值
Figure BDA0003400849760000066
瞬时流量的样本标准差
Figure BDA0003400849760000067
存在如下情况：
①若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA0003400849760000068
说明各个采样点的瞬时流量数值不大，可能存在无流量通过的情况，若采用变异系数计算，分母数值很小或接近于零，导致计算结果偏差较大；此时，用检测数据的样本标准差作为判定条件，若检测数据的样本标准差s1＜样本标准差阈值s，说明h个瞬时流量数据的离散程度不高，各个采样点瞬时流量差距不大，此时判定无流量较大波动，继续按照步骤(1)中以T秒固定时间间隔的采样方法进行累积流量计算；
②若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA0003400849760000069
检测数据的样本标准差s1≥s，说明此时h个瞬时流量数据的离散程度较高，各个采样点的瞬时流量差距较大，此时判定存在流量较大波动，进入步骤(3)；/>
③若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA0003400849760000071
瞬时流量数值较大时，此时采用变异系数来判定，可以进一步消除不同检测组数值大小的影响；若检测数据的变异系数C1＜变异系数阈值C，其中/>
Figure BDA0003400849760000072
说明h个瞬时流量数据有较好的稳定性，此时判定无流量较大波动，继续按照步骤(1)中以T秒固定时间间隔的采样方法进行累积流量计算；
④若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA0003400849760000073
且检测数据的变异系数C1≥C，说明h个瞬时流量数据稳定性较差，此时判定存在流量较大波动，进入步骤(3)。步骤(3)：当流量波动较大时，缩短固定时间间隔，提高采样频率
以T/b的固定时间间隔，b是整数，在每个时间间隔内产生随机数，以随机数的数值确定采样时刻。
假定进入步骤(3)时已进行了m秒，则下次采样时刻在[m,m+T/b]产生随机数tm1，采样tm1时刻的瞬时流量
Figure BDA0003400849760000074
若流量仍在波动较大状态，下一次采样时刻在[m+T/b,m+2T/b]产生随机数tm2，采样tm2时刻的瞬时流量/>
Figure BDA0003400849760000075
采样间隔内的累计流量/>
Figure BDA0003400849760000076
仍是采用梯形算法，即/>
Figure BDA0003400849760000077
每次采样后，以过去h个检测数据为一个检测周期，得到均值和样本标准差，判定流量是否仍在波动较大状态。以tm1时刻对应的检测周期进行说明，此时当前检测周期内的h个瞬时流量是/>
Figure BDA0003400849760000078
是tm1-h+1采样时刻瞬时流量，/>
Figure BDA0003400849760000079
是tm1-h+2采样时刻瞬时流量，h个瞬时流量数据的均值
Figure BDA00034008497600000710
样本标准差/>
Figure BDA00034008497600000711
存在如下情况：
1)若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA00034008497600000712
检测数据的样本标准差sm＜a*s，其中a＜1，考虑瞬时流量不会一直持续较大波动状态，会慢慢恢复平稳，因此设定退出步骤(3)的样本标准差阈值a*s(a＜1)比进入时要小。当检测数据的样本标准差sm＜a*s时，说明瞬时流量已渐进平稳，退出步骤(3)的采样方式，按照步骤(1)中以T秒固定时间间隔的采样方法进行累积流量计算；
2)若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA0003400849760000081
检测数据的样本标准差sm≥a*s，此时流量仍然存在较大波动，继续按照步骤(3)中以T/b的固定时间间隔采样方法进行累积流量计算；
3)若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA0003400849760000082
且检测数据的变异系数Cm＜d*C，其中d＜1，其中/>
Figure BDA0003400849760000083
考虑瞬时流量不会一直持续较大波动状态，会慢慢恢复平稳，此时检测周期内瞬时流量数据间的差异性变小，因此设定退出步骤(3)的变异系数阈值d*C(d＜1)比进入时要小。当检测数据的变异系数Cm＜d*C时，说明瞬时流量已渐进平稳，退出步骤(3)的采样方式，按照步骤(1)中以T秒固定时间间隔的采样方法进行累积流量计算；
4)若瞬时流量检测数据的平均值
Figure BDA0003400849760000084
且检测数据的变异系数C1≥d*C，此时流量仍然存在较大波动，继续按照步骤(3)中以T/b的固定时间间隔采样方法进行累积流量计算。
实施例
在步骤(1)中，固定的采样间隔T可设置成1秒，在正常计量模式下，在每1秒内，以随机的方式采样1次；瞬时流量波动的检测周期h是30，以每30个瞬时流量数据的均值和样本标准差来判定是否有流量较大波动；
在步骤(2)中，以G2.5级家用电子式燃气表为例，平均值阈值
Figure BDA0003400849760000085
可取0.014m3/s，样本标准差阈值s取0.052m3/s，变异系数阈值C取0.65，当检测数据的平均值小于0.014m3/s时，用检测数据的样本标准差是否大于0.052m3/s判定；当检测数据的平均值大于0.014m3/s时，用检测数据的变异系数是否大于0.65判定；
步骤(3)中参数a可取0.6，参数b可取4，参数d可取0.8，相当于采样间隔变为250ms，在进入流量波动较大状态时，在每250ms的采样间隔内随机采样一次，当30个检测数据的平均值小于0.014m3/s时，检测数据的样本标准差小于0.0312m3/s时，退出步骤(3)采样模式，在每1秒内，以随机的方式采样一次；当30个检测数据的平均值大于0.014m3/s时，检测数据的变异系数小于0.52时，退出步骤(3)采样模式，在每1秒内，以随机的方式采样1次。
通过本实施例，采用随机采样的方式，使得每一个固定时间间隔内，采样点是不断变化的，更能准确跟踪流量的变化情况。并以梯形法来计算累计流量，当流量有缓慢变化时，更能降低流量波动对计量精度的影响。为了减少流量变动较大对计量精度的影响，本实施例以过去连续h个瞬时流量数据的平均值和样本标准差来判断流量波动情况，当出现大流量波动时时，缩短固定的采样间隔，提高采样频率，当流量恢复到正常状态时，回到正常采样模式，降低功耗。

Claims (4)

1.一种提高电子式燃气表计量精度的方法，其特征在于：以固定的时间间隔，在单个时间间隔内，产生随机数的方式确定采样时刻，从而在每个固定的时间间隔内采样1次，并以过去一段时间内流量数据的平均值和样本标准差判断是否存在流量较大波动；在采样间隔内的累计流量采用梯形算法，以当期时刻瞬时流量与前一采样时刻的瞬时流量来计算采样间隔内的累计流量，在每个采样间隔内的累计流量为：
Figure FDA0003400849750000011
其中Qm是在一个采样间隔内的累计流量，tm是第m次采样时刻，tm-1是m-1次采样时刻，/>
Figure FDA0003400849750000012
是tm采样时刻的瞬时流量，/>
Figure FDA0003400849750000013
是tm-1采样时刻的瞬时流量；当出现流量较大波动时，缩短固定时间间隔内，提高采样频率。
2.根据权利要求1所述的一种提高电子式燃气表计量精度的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤(1)：设定固定时间间隔、检测周期，记录瞬时流量数据
在正常计量过程中，以T秒固定时间间隔，在每个时间间隔内产生随机数，第1个采样周期是在[0,T]之间产生随机数t1，在t1采样时刻，得到瞬时流量
Figure FDA0003400849750000014
第2个采样周期是在[T,2T]之间产生随机数t2，得到t2采样时刻的瞬时流量/>
Figure FDA0003400849750000015
第k个采样周期是在[kT-T,kT]产生随机数tk，得到tk采样时刻的瞬时流量/>
Figure FDA0003400849750000016
以每h个检测数据作为检测周期，h是整数，第一个检测周期是第[1,h]个瞬时流量数据，第2个检测周期是第[2,h+1]个瞬时流量数据；
上述步骤(1)中，在每个采样间隔内的累计流量采用梯形算法，即第1个采样间隔内的累计流量Q1＝q1×t1，
第2个采样间隔内的累计流量
Figure FDA0003400849750000017
第k个采样间隔内的累计流量
Figure FDA0003400849750000018
步骤(2)：判断检测周期中是否存在流量较大波动
设定检测周期内瞬时流量平均值阈值
Figure FDA0003400849750000021
样本标准差的阈值s、变异系数的阈值C，当检测数据的平均值小于平均值阈值/>
Figure FDA0003400849750000022
用样本标准差来判定是否存在较大流量波动；当检测数据的平均值大于平均值阈值/>
Figure FDA0003400849750000023
用样本标准差与平均值的比值即变异系数来判定是否存在流量较大波动；
步骤(3)：当流量波动较大时，缩短固定时间间隔，提高采样频率
以T/b的固定时间间隔，b是整数，在每个时间间隔内产生随机数，以随机数的数值确定采样时刻；假定进入步骤(3)时已进行了m秒，则下次采样时刻在[m,m+T/b]产生随机数tm1，采样tm1时刻的瞬时流量
Figure FDA0003400849750000024
若流量仍在波动较大状态，下一次采样时刻在[m+T/b,m+2T/b]产生随机数tm2，采样tm2时刻的瞬时流量/>
Figure FDA0003400849750000025
采样间隔内的累计流量/>
Figure FDA0003400849750000026
仍是采用梯形算法，即/>
Figure FDA0003400849750000027
每次采样后，仍以过去h个检测数据为一个检测周期，得到均值和样本标准差，判定流量是否仍在波动较大状态。
3.根据权利要求2所述的一种提高电子式燃气表计量精度的方法，其特征在于所述步骤(2)中，在第1个检测周期，瞬时流量的平均值
Figure FDA0003400849750000028
瞬时流量的样本标准差
Figure FDA0003400849750000029
存在如下情况：
①若瞬时流量检测数据的平均值
Figure FDA00034008497500000210
＜平均值阈值/>
Figure FDA00034008497500000211
检测数据的样本标准差s1＜样本标准差阈值s，此时判定无流量较大波动，继续按照步骤(1)中以T秒固定时间间隔的采样方法进行累积流量计算；
②若瞬时流量检测数据的平均值
Figure FDA00034008497500000212
检测数据的样本标准差s1≥s，此时判定存在流量较大波动，进入步骤(3)；
③若瞬时流量检测数据的平均值
Figure FDA0003400849750000031
且检测数据的变异系数C1＜变异系数阈值C，其中/>
Figure FDA0003400849750000032
此时判定无流量较大波动，继续按照步骤(1)中以T秒固定时间间隔的采样方法进行累积流量计算；
④若瞬时流量检测数据的平均值
Figure FDA0003400849750000033
且检测数据的变异系数C1≥C，此时判定存在流量较大波动，进入步骤(3)。
4.根据权利要求2所述的一种提高电子式燃气表计量精度的方法，其特征在于所述步骤(3)中，以tm1时刻对应的检测周期进行说明，当前检测周期内h个瞬时流量数据是
Figure FDA0003400849750000034
其中，/>
Figure FDA0003400849750000035
是tm1-h+1采样时刻瞬时流量，/>
Figure FDA0003400849750000036
是tm1-h+2采样时刻瞬时流量，h个瞬时流量数据的均值/>
Figure FDA0003400849750000037
样本标准差
Figure FDA0003400849750000038
存在如下情况：
1)若瞬时流量检测数据的平均值
Figure FDA0003400849750000039
＜样本标准差阈值/>
Figure FDA00034008497500000310
检测数据的样本标准差sm＜a*s，其中a＜1，此时说明流量在缓慢恢复到稳定状态，退出步骤(3)的采样方式，按照步骤(1)中以T秒固定时间间隔的采样方法进行累积流量计算；
2)若瞬时流量检测数据的平均值
Figure FDA00034008497500000311
检测数据的样本标准差sm≥a*s，此时流量仍然存在较大波动，继续按照步骤(3)中以T/b的固定时间间隔采样方法进行累积流量计算；
3)若瞬时流量检测数据的平均值
Figure FDA00034008497500000312
且检测数据的变异系数Cm＜d*C，其中d＜1，其中/>
Figure FDA00034008497500000313
此时说明流量在缓慢恢复到稳定状态，退出步骤(3)的采样方式，按照步骤(1)中以T秒固定时间间隔的采样方法进行累积流量计算；
4)若瞬时流量检测数据的平均值
Figure FDA00034008497500000314
且检测数据的变异系数C1≥d*C，此时流量仍然存在较大波动，继续按照步骤(3)中以T/b的固定时间间隔采样方法进行累积流量计算。/>
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