CN117288281A - 一种用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法、装置及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法，具体操作为：获取待补偿超声水表出厂时，一对超声换能器两端面之间的初始距离l_p；获取补偿时所述待补偿超声水表的一对超声换能器两端面之间的实时距离l_p′；通过初始距离l_p和实时距离l_p′算得补偿修正系数k，通过补偿修正系数k修正体积流量计算公式。本发明提供了一种实时量化超声水表测量管形变以及修正形变误差的方法，其实施方式简单不需要额外增加如传感器等外设硬件，可显著提高超声水表的测试精度。本发明选取了两换能器之间的距离作为修正基准，包含了以上多种影响因素，可简化修正计算过程。

Description

一种用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法、装置及 介质

技术领域

本发明涉及超声水表技术领域，尤其涉及一种用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法、装置及介质。

背景技术

水表是一种用水计量与贸易结算的法制计量器具，其测量结果的准确度关系到用水结算工作的公平性。超声水表是一种新型电子水表，在水计量方面具有显著的优良特性，但在使用中也存在着影响测量准确度的一些情况和问题。

超声水表产品经过生产制造、校准与检验合格后会被安装到供水管道上，用于供水计量与用水结算。当前存在的一个比较困难的问题是：当超声水表在管道中安装时，由于供水管道的进水管和出水管通常不处在同一轴线上，而且管子强度又很高，因此安装了超声水表后会使水表测量管处于很大的侧向力的作用之中，以至于水表使用一段时间后其测量管形状极易发生蠕变，影响水表的测量准确度；另外，水表安装时由于螺母拧紧时用力过猛，也会产生一定的扭向力，同样也会使测量管发生形变；再则，超声水表测量管加工过程中，由于没有很好地消除加工应力等的影响，在较长时间内也会随着应力的释放而使测量管的几何尺寸及形状与出厂时的不一致。

当然也可以采用高价的强度很高且很厚重的材料来设计制造超声水表的测量管，但当遇到极端受力和加工应力释放等情况时也很难保证水表测量管形状不变化。

发明内容

本发明提供一种用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法、装置及介质，其可以修正因形变造成的超声水表测量误差。

为了解决上述技术问题，一方面，提供一种用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法，需要对超声水表进行形变误差补偿时，执行以下操作：

获取待补偿超声水表出厂时，一对超声换能器两端面之间的初始距离l_p；

获取补偿时所述待补偿超声水表的一对超声换能器两端面之间的实时距离l′_p；

通过初始距离l_p和实时距离l′_p算得补偿修正系数k，通过补偿修正系数k修正体积流量计算公式。

该实施例的优点在于，提供了实时一种量化超声水表测量管形变以及修正形变误差的方法，其实施方式简单不需要额外增加如传感器等外设硬件，可显著提高超声水表的测试精度。

作为上述技术方案的优选，所述初始距离l_p的获取方法如下：

获取待补偿超声水表出厂时，测量并计算超声波在水温为T的水中的传播速度c，计算公式为：c＝1557-0.024(74-T)²；

通过以下公式计算初始距离l_p：

式中，t_1-2为换能器1发出的超声波被换能器2接收到的时间，即超声波正向传播时间；t_2-1为换能器2发出的超声波被换能器1接收到的时间，即超声波逆向传播时间。

作为上述技术方案的优选，实时距离l′_p的获取方法如下：

获取待补偿超声水表所在水管的水温T'；

计算超声波在水温为T'的水中的传播速度c'，计算公式为：c'＝1557-0.024(74-T')²；

通过以下公式计算实时距离l′_p：

式中，t_1-2为换能器1发出的超声波被换能器2接收到的时间，即超声波正向传播时间；t_2-1为换能器2发出的超声波被换能器1接收到的时间，即超声波逆向传播时间。

该实施例的优点在于，超声水表产生形变可引起测量误差的因素包括有超声水表测量管的内径尺寸以及超声换能器轴线与测量管轴线之间角度，若分别统计每个因素对测量产生的具体影响有相互干扰相互影响的可能性，选取两换能器之间的距离作为修正基准包含了以上两种影响因素，可简化修正计算过程。并且通过水温计算声波传播速度，再通过声波传播速度可进一步计算超声水表两换能器之间的距离；可在不需要额外的测量设备，不影响超声水表正常使用，不需拆卸的情况下算得两换能器之间的距离。

作为上述技术方案的优选，判断超声水表是否需要形变误差补偿，具体方法如下：

计算实时距离l′_p与初始距离l_p的差值Δl_p，若差值Δl_p在判断阈值以内，不需要形变误差补偿；若差值Δl_p大于判断阈值则需要进行形变误差补偿。

作为上述技术方案的优选，所述体积流量计算公式如下：

通过补偿修正系数k修正后的体积流量计算公式如下：

式中，q_v为体积流量，K为待补偿超声水表出厂时的校准系数，为超声水表测量得到的线平均流速。

该实施例的优点在于，采用补偿修正系数以乘法的形式补偿体积流量计算公式，其调整过程较为线性，对于任意形变情况均可契合，计算过程以及采样过程也较为方便。

作为上述技术方案的优选，补偿修正系数k的获取方法如下：

选取若干待补偿超声水表的同款水表作为试验样本，既初始距离l_p相同，记录试验样本在初始距离l_p下的体积流量q_v；

使试验样本在不同实时距离l′_p情况下，分别记录试验样本测得的体积流量q'_v；

以公式k＝l′_p/l_p算得不同实时距离l′_p情况下对应的补偿修正系数k，生成map表；

通过待补偿超声水表的实时距离l′_p查询map表，获得补偿修正系数k。

作为上述技术方案的优选，补偿修正系数k的计算公式如下：

为了解决上述技术问题，另一方面，提供一种用于超声水表的形变误差补偿装置，包括：形变参数获取模块、补偿修正系数计算模块和补偿修正模块；

所述形变参数获取模块，获取待补偿超声水表出厂时，一对超声换能器两端面之间的初始距离l_p；

获取补偿时所述待补偿超声水表的一对超声换能器两端面之间的实时距离l′_p；

所述补偿修正系数计算模块，通过初始距离l_p和实时距离l′_p算得补偿修正系数k；

所述补偿修正模块，通过补偿修正系数k修正体积流量计算公式。

为了解决上述技术问题，另一方面，提供一种存储介质，存储有若干指令，处理器加载指令以执行上述用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为管道进水管与出水管之间不同轴时的结构示意图；

图2为超声水表安装时受力示意图；

图3为超声水表测量管几何尺寸与结构形状的示意图；

图4为实施例的修正流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1至图3反映了供水管道进水管与出水管之间的不同轴、超声水表测量管受力情况及其内部几何结构示意图；公式(1)和公式(2)反映了水表测量结果，即瞬时流量q_v值与几何尺寸D、l_p之间的关系式。

从式(1)获知，如果超声水表在使用过程中由于测量管几何尺寸D、l_p发生形变，如过度受力或应力释放等，则其测量结果q_v也会同步发生变化，导致测量结果偏离出厂时的校准值。因此，只要能保证超声水表使用时，即安装在供水管道上测量管的有关几何尺寸D、/>l_p与出厂检验合格时的有关几何尺寸保持一致，就能排除测量管受力或应力释放等因素对测量结果的影响。

一种用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法，需要对超声水表进行形变误差补偿时，如图4所示，具体步骤如下：

S1、获取待补偿超声水表出厂时，一对超声换能器两端面之间的初始距离l_p；获取补偿时所述待补偿超声水表的一对超声换能器两端面之间的实时距离l′_p；

具体地，所述初始距离l_p的获取方法如下：

获取待补偿超声水表出厂时，测量并计算超声波在水温为T的水中的传播速度c，计算公式为：c＝1557-0.024(74-T)²；

通过以下公式计算初始距离l_p：

式中，t_1-2为换能器1发出的超声波被换能器2接收到的时间，即超声波正向传播时间；t_2-1为换能器2发出的超声波被换能器1接收到的时间，即超声波逆向传播时间。

实时距离l′_p的获取方法如下：

获取待补偿超声水表所在水管的水温T'；

计算超声波在水温为T'的水中的传播速度c'，计算公式为：c'＝1557-0.024(74-T')²；

通过以下公式计算实时距离l′_p：

式中，t_1-2为换能器1发出的超声波被换能器2接收到的时间，即超声波正向传播时间；t_2-1为换能器2发出的超声波被换能器1接收到的时间，即超声波逆向传播时间。

该实施例S1步骤中，产品出厂检验完成时，超声水表内设置的“自动检测与调整装置”利用水表正常工作中的间隙时间段对超声水表测量准确度有关的几何尺寸l_p进行准确测量，并将测量结果保存到水表嵌入式计算机系统的存储器中；水表安装后在进行实际使用时，由于受到机械加工应力释放和安装侧向力、扭向力等影响，水表测量管的有关几何尺寸l_p就会发生变化，这个变化量通常不可预知，而且无法在线获知变化值；此时水表内的“自动检测与调整装置”将会定期利用水表正常工作中的间隙时间段在线对水表进行安装受力条件下的l_p进行测量，此时可得到测量结果l′_p值。

将被测超声水表安装在校表测量台位上，水表内“自动检测与调整装置”利用水表正常工作的间隙时间段对测量管道内水的温度，即水温T进行准确测量，水温测量准确度至少应优于±0.5℃,通过公式c＝1557-0.024(74-T)²计算超声波在水中的传播速度c；

l_p与水表测量管几何尺寸及形状直接有关，计算公式如下：

所以将测量得到的换能器两端面之间的距离l_p存储在超声水表的嵌入式计算机系统内，同时存储声速c的计算公式。当超声水表安装到供水管道时，测量方式如上所述。

S2、判断超声水表是否需要形变误差补偿。

具体方法如下：

计算实时距离l′_p与初始距离l_p的差值Δl_p，若差值Δl_p在判断阈值以内，不需要形变误差补偿；若差值Δl_p大于判断阈值则需要进行形变误差补偿。

该实施例步骤S2中，嵌入式计算机系统对Δl_p＝l′_p-l_p进行计算与识别。如果Δl_p值未超出规定的范围，水表不作相关的系数调整；如果Δl_p值超出规定的范围，水表内“自动检测与调整装置”对水表的示值校准系数K进行自动调整与补偿，使水表测量准确度基本保持在出厂检验时的水平上。当发现Δl_p＝l′_p-l_p超出规定的范围时，水表内“自动检测与调整装置”对原有校准系数k进行修正，使测量结果恢复到出厂时的准确度水平。

S3、通过初始距离l_p和实时距离l′_p算得补偿修正系数k。

具体地，补偿修正系数k的计算公式如下：

步骤S3中，当l′_p＝1.1l_p时，则/>

作为替换手段，补偿修正系数k的获取方法还可以是：

选取若干待补偿超声水表的同款水表作为试验样本，既初始距离l_p相同，记录试验样本在初始距离l_p下的体积流量q_v；

使试验样本在不同实时距离l′_p情况下，分别记录试验样本测得的体积流量q'_v；

以公式k＝l′_p/l_p算得不同实时距离l′_p情况下对应的补偿修正系数k，生成map表；

通过待补偿超声水表的实时距离l′_p查询map表，获得补偿修正系数k。

S4、通过补偿修正系数k修正体积流量计算公式。

所述体积流量计算公式如下：

通过补偿修正系数k修正后的体积流量计算公式如下：

式中，q_v为体积流量，K为待补偿超声水表出厂时的校准系数，为超声水表测量得到的线平均流速。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法，其特征在于，需要对超声水表进行形变误差补偿时，执行以下操作：

获取待补偿超声水表出厂时，一对超声换能器两端面之间的初始距离l_p；

获取补偿时所述待补偿超声水表的一对超声换能器两端面之间的实时距离l_p′；

通过初始距离l_p和实时距离l_p′算得补偿修正系数k，通过补偿修正系数k修正体积流量计算公式。

2.根据权利要求1所述的用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法，其特征在于，所述初始距离l_p的获取方法如下：

获取待补偿超声水表出厂时，测量并计算超声波在水温为T的水中的传播速度c，计算公式为：c＝1557-0.024(74-T)²；

通过以下公式计算初始距离l_p：

式中，t_1-2为换能器1发出的超声波被换能器2接收到的时间，即超声波正向传播时间；t_2-1为换能器2发出的超声波被换能器1接收到的时间，即超声波逆向传播时间。

3.根据权利要求1所述的用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法，其特征在于，实时距离l_p′的获取方法如下：

获取待补偿超声水表所在水管的水温T'；

计算超声波在水温为T'的水中的传播速度c'，计算公式为：c'＝1557-0.024(74-T')²；

通过以下公式计算实时距离l_p′：

式中，t_1-2为换能器1发出的超声波被换能器2接收到的时间，即超声波正向传播时间；t_2-1为换能器2发出的超声波被换能器1接收到的时间，即超声波逆向传播时间。

4.根据权利要求1所述的用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法，其特征在于，判断超声水表是否需要形变误差补偿，具体方法如下：

计算实时距离l_p′与初始距离l_p的差值Δl_p，若差值Δl_p在判断阈值以内，不需要形变误差补偿；若差值Δl_p大于判断阈值则需要进行形变误差补偿。

5.根据权利要求1所述的用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法，其特征在于，所述体积流量计算公式如下：

通过补偿修正系数k修正后的体积流量计算公式如下：

式中，q_v为体积流量，K为待补偿超声水表出厂时的校准系数，为超声水表测量得到的线平均流速。

6.根据权利要求5所述的用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法，其特征在于，补偿修正系数k的获取方法如下：

选取若干待补偿超声水表的同款水表作为试验样本，既初始距离l_p相同，记录试验样本在初始距离l_p下的体积流量q_v；

使试验样本在不同实时距离l_p′情况下，分别记录试验样本测得的体积流量q'_v；

以公式k＝l_p′/l_p算得不同实时距离l_p′情况下对应的补偿修正系数k，生成map表；

通过待补偿超声水表的实时距离l_p′查询map表，获得补偿修正系数k。

7.根据权利要求5所述的用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法，其特征在于，补偿修正系数k的计算公式如下：

8.一种用于超声水表的形变误差补偿装置，其特征在于，包括：形变参数获取模块、补偿修正系数计算模块和补偿修正模块；

所述形变参数获取模块，获取待补偿超声水表出厂时，一对超声换能器两端面之间的初始距离l_p；

获取补偿时所述待补偿超声水表的一对超声换能器两端面之间的实时距离l_p′；

所述补偿修正系数计算模块，通过初始距离l_p和实时距离l_p′算得补偿修正系数k；

所述补偿修正模块，通过补偿修正系数k修正体积流量计算公式。

9.一种存储介质，其特征在于，存储有若干指令，处理器加载指令以执行权利要求1至7任意一项所述用于超声水表测量管形变的误差自动补偿方法。