CN117848464A - 一种超声波流量计性能监测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于流量计性能监测技术领域，具体涉及一种超声波流量计性能监测方法及装置。方法包括步骤：S1、分别测量超声波流量计各参数的n个数据，并根据测量得到的各参数的n个数据计算各参数的不确定度；S2、根据超声波流量计的工作原理用误差传递公式计算得到超声波流量计流量的合成不确定度；S3、定期重复步骤S1～S2，并根据各参数不确定度以及流量的合成不确定度的变化判断超声波流量计的性能是否发生退化。通过定期监测超声波流量计各参数的不确定度以及超声波流量计流量的合成不确定度，通过各参数的不确定度以及合成不确定度的变化趋势判断超声波流量计的性能是否发生变化，监测方法简单，监测结果准确性、可靠性较高。
Description
技术领域
本发明属于流量计性能监测技术领域，具体涉及一种超声波流量计性能监测方法及装置。
背景技术
超声波流量计是一种利用超声波在流体中的传播特性来测量流体的流量的仪器，具有无接触、无压损、结构简单、维护方便等优点，广泛应用于工业、农业、环保等领域。超声波流量计的工作原理是，通过在管道内设置一个或多个声道，分别发射和接收超声波信号，根据超声波信号在顺流和逆流方向的传播时间差，计算流体的流速和流量。
超声波流量计在使用过程中，可能会受到各种因素的影响，导致其性能发生退化，从而影响流量测量的精度和可靠性。例如，管道的管径可能会因为沉积物、腐蚀、磨损等原因发生变化，换能器上会沉淀污垢，超声波流量计电路老化，这些因素都会导致超声波流量计误差增大，从而降低流量的测量准确性，因此，如何有效地监测和评估超声波流量计的性能和准确性，是当前技术领域的一个重要问题。
发明内容
本发明提供一种超声波流量计性能监测方法及装置，能够有效地监测和评估超声波流量计的性能，提高流量测量的精度和可靠性。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种超声波流量计性能监测方法，包括步骤：
S1、分别测量超声波流量计各参数的n个数据，并根据测量得到的各参数的n个数据计算各参数的不确定度；
S2、根据超声波流量计的工作原理用误差传递公式计算得到超声波流量计流量的合成不确定度；
S3、定期重复步骤S1～S2，并根据各参数不确定度以及流量的合成不确定度的变化判断超声波流量计的性能是否发生退化。
作为优选方案，测量超声波流量计各参数的数据时，需将超声波流量计置于满管态无流量状态下。
作为优选方案，测量的数据包括：超声波流量计管道内径、各声道的长度，各声道间的夹角，各声道中的声速，各声道中声音的传播时间。
作为优选方案，超声波流量计测流量的合成不确定度的计算公式为：
其中，u(Q)为流量的合成不确定度；Q为超声波流量计的流量；D为超声波流量计管道内径，u(D)为超声波流量计管道内径的不确定度；L为超声波流量计各声道的长度，多声道超声波流量计各声道的长度相同，u(L)为超声波流量计各声道长度的不确定度；θ为超声波流量计各声道间的夹角，多声道超声波流量计各声道间的夹角相同，u(θ)为超声波流量计各声道间夹角的不确定度；c为超声波流量计各声道内超声波在流体内的传播速度，多声道超声波流量计各声道内超声波在流体内的传播速度相同，u(c)为超声波流量计各声道内超声波在流体内的传播速度的不确定度；ti为超声波流量计第i个声道内超声波的传播速度，m为多声道超声波流量计的声道数，u(ti)为超声波流量计第i个声道内超声波的传播速度的不确定度。
作为优选方案，根据各参数不确定度以及流量的合成不确定度的相对变化量的变化判断超声波流量计的性能是否发生退化。
作为优选方案，若各参数不确定度或流量的合成不确定度的相对变化量超过5％，则判定超声波流量计的性能发生退化。
作为优选方案，步骤S1～S2的重复周期为每周1次。
第二方面，本发明提供一种超声波流量计性能监测装置，基于上述所述的一种超声波流量计性能监测方法，用于监测超声波流量计的性能，包括依次连接的数据获取模块、不确定度计算模块、分析判断模块；
所述数据获取模块用于定期获取超声波流量计各参数的数据；
所述不确定度计算模块根据定期获取的超声波流量计各参数的数据定期计算各参数的不确定度，并根据超声波流量计的工作原理用误差传递公式定期计算超声波流量计流量的合成不确定度；
所述分析判断模块根据各参数不确定度以及流量的合成不确定度的变化判断超声波流量计的性能是否发生退化。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、一个或多个处理器、存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述所述的方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的方法。
本发明的有益效果是：
通过定期监测超声波流量计各参数的不确定度以及超声波流量计流量的合成不确定度，通过各参数的不确定度以及合成不确定度的变化趋势判断超声波流量计的性能是否发生变化，监测方法简单，监测结果准确性、可靠性较高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是监测方法的流程图。
图2是监测装置的结构示意图。
图3是超声波流量计的结构示意图。
图4是实施例中超声波流量计的三维结构示意图。
图中的标号分别为：1、超声波流量计；2、超声波流量计的管道；3、超声波流量计的一个声道；4、超声波流量计的另一个声道。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参照图1，本说明书提供一种超声波流量计性能监测方法，包括步骤：
S1、分别测量超声波流量计各参数的n个数据，并根据测量得到的各参数的n个数据计算各参数的不确定度；
S2、根据超声波流量计的工作原理用误差传递公式计算得到超声波流量计流量的合成不确定度；
S3、定期重复步骤S1～S2，重复周期为每周1次，并根据各参数不确定度以及流量的合成不确定度的变化判断超声波流量计的性能是否发生退化。
具体的：
测量超声波流量计各参数的数据时，需将超声波流量计置于满管态无流量状态下。
将超声波流量计置于满管态无流量状态下意味着超声波流量计管道内的介质充满整个管道截面，并且没有流体流过。这种状态下超声波流量计管道内的介质处于静止状态，在此状态下测量得到的超声波流量计各参数的数据准确性、可靠性较高。
测量的数据包括：超声波流量计管道内径、各声道的长度，各声道间的夹角，各声道中的声速，各声道中声音的传播时间。
本实施例中，超声波流量计1的管道2的内径为D，声道3和4的长度均为L，声道3和4之间的夹角θ为45°，声道3和4内的超声波在流体内的传播速度均为c，声道3内超声波的传播时间为t1，声道4内超声波的传播时间为t2，管道内流体的流速为v，管道内流体的密度为ρ，管道的横截面积为S，流场修正系数为K，流场修正系数是由管道或通道的几何形状、内部粗糙度和雷诺数等因素共同决定。本实施例中超声波流量计的结构如图3所示，超声波流量计的三维结构如图4所示。一般多声道超声波流量计中各声道的长度、各声道间的夹角、各声道内超声波的传播速度均相同。但是多声道超声波流量计中每个声道内超声波信号的传播时间通常是不同的，这是因为超声波在不同的声道中传播时会受到管道内流体速度、管道材质等因素的影响，从而导致传播时间的差异，多声道因此超声波流量计有几个声道就要测量几个超声波传播时间。
由上述数据可知超声波流量计1管道内的瞬时流量为：
根据上述数据以及超声波流量计1的工作原理，可得流量的计算公式：
为了计算流量的合成不确定度u(Q)，需要考虑超声波流量计各个参数的不确定度，包括管道的内径D，声道的长度L，声道3和声道4之间的夹角θ，声道3和声道4内超声波的传播速度c，以及声道3和声道4内超声波的传播时间t1和t2。假设这些参数的不确定度分别为u(D)，u(L)，u(θ)，u(c)，u(t1)和u(t2)，则根据误差传递公式，可以得到流量的合成不确定度。
超声波流量计测流量的合成不确定度的计算公式为：
其中，u(Q)为流量的合成不确定度；Q为超声波流量计的流量；D为超声波流量计管道内径，u(D)为超声波流量计管道内径的不确定度；L为超声波流量计各声道的长度，多声道超声波流量计各声道的长度相同，u(L)为超声波流量计各声道长度的不确定度；θ为超声波流量计各声道间的夹角，多声道超声波流量计各声道间的夹角相同，u(θ)为超声波流量计各声道间夹角的不确定度；c为超声波流量计各声道内超声波在流体内的传播速度，多声道超声波流量计各声道内超声波在流体内的传播速度相同，u(c)为超声波流量计各声道内超声波在流体内的传播速度的不确定度；ti为超声波流量计第i个声道内超声波的传播速度，m为多声道超声波流量计的声道数，本实施例中m＝2，u(ti)为超声波流量计第i个声道内超声波的传播速度的不确定度。
其中，各个偏导数可以由上述公式求得，例如：
各参数的不确定度的计算方法采用贝塞尔公式，具体为：
其中，x为对应参数在该次不确定度评价时测得的数据，每次不确定度评价时测n个数据。
进一步，根据各参数不确定度以及流量的合成不确定度的相对变化量的变化判断超声波流量计的性能是否发生退化。
具体判断方法为：若各参数不确定度或流量的合成不确定度的相对变化量超过5％，则判定超声波流量计的性能发生退化。
参照图2，本说明书还提供一种超声波流量计性能监测装置，基于上述所述的一种超声波流量计性能监测方法，用于监测超声波流量计的性能，其特征在于，包括依次连接的数据获取模块、不确定度计算模块、分析判断模块；
所述数据获取模块用于定期获取超声波流量计各参数的数据；
所述不确定度计算模块根据定期获取的超声波流量计各参数的数据定期计算各参数的不确定度，并根据超声波流量计的工作原理用误差传递公式定期计算超声波流量计流量的合成不确定度；
所述分析判断模块根据各参数不确定度以及流量的合成不确定度的变化判断超声波流量计的性能是否发生退化。
本说明书还提供一种电子设备，包括存储器、一个或多个处理器、存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述所述的方法。
其中，处理器可以包括一个或者多个处理核心。处理器利用各种接口和线路连接整个装置内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器内的数据，执行各种功能和处理数据。可选的，处理器可以采用DSP、FPGA、PLA中的至少一种硬件形式来实现。处理器可集成CPU、GPU和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。
其中，存储器可以包括RAM，也可以包括ROM。可选的，该存储器包括非瞬时性计算机可读介质。存储器可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令(比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等)、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储上面各个方法实施例中涉及到的数据等。存储器可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。作为一种计算机存储介质的存储器中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及用于执行上述实施例的实体对齐方法的应用程序。
本说明书还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的方法。其中，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储器IC)，或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种超声波流量计性能监测方法，其特征在于，包括步骤：
S1、分别测量超声波流量计各参数的n个数据，并根据测量得到的各参数的n个数据计算各参数的不确定度；
S2、根据超声波流量计的工作原理用误差传递公式计算得到超声波流量计流量的合成不确定度；
S3、定期重复步骤S1～S2，并根据各参数不确定度以及流量的合成不确定度的变化判断超声波流量计的性能是否发生退化。
2.根据权利要求1所述的一种超声波流量计性能监测方法，其特征在于，测量超声波流量计各参数的数据时，需将超声波流量计置于满管态无流量状态下。
3.根据权利要求2所述的一种超声波流量计性能监测方法，其特征在于，测量的数据包括：超声波流量计管道内径、各声道的长度，各声道间的夹角，各声道中的声速，各声道中声音的传播时间。
4.根据权利要求3所述的一种超声波流量计性能监测方法，其特征在于，超声波流量计测流量的合成不确定度的计算公式为：
其中，u(Q)为流量的合成不确定度；Q为超声波流量计的流量；D为超声波流量计管道内径，u(D)为超声波流量计管道内径的不确定度；L为超声波流量计各声道的长度，多声道超声波流量计各声道的长度相同，u(L)为超声波流量计各声道长度的不确定度；θ为超声波流量计各声道间的夹角，多声道超声波流量计各声道间的夹角相同，u(θ)为超声波流量计各声道间夹角的不确定度；c为超声波流量计各声道内超声波在流体内的传播速度，多声道超声波流量计各声道内超声波在流体内的传播速度相同，u(c)为超声波流量计各声道内超声波在流体内的传播速度的不确定度；ti为超声波流量计第i个声道内超声波的传播速度，m为多声道超声波流量计的声道数，u(ti)为超声波流量计第i个声道内超声波的传播速度的不确定度。
5.根据权利要求1所述的一种超声波流量计性能监测方法，其特征在于，根据各参数不确定度以及流量的合成不确定度的相对变化量的变化判断超声波流量计的性能是否发生退化。
6.根据权利要求5所述的一种超声波流量计性能监测方法，其特征在于，若各参数不确定度或流量的合成不确定度的相对变化量超过5％，则判定超声波流量计的性能发生退化。
7.根据权利要求1所述的一种超声波流量计性能监测方法，其特征在于，步骤S1～S2的重复周期为每周1次。
8.一种超声波流量计性能监测装置，基于权利要求1-7任一项所述的一种超声波流量计性能监测方法，用于监测超声波流量计的性能，其特征在于，包括依次连接的数据获取模块、不确定度计算模块、分析判断模块；
所述数据获取模块用于定期获取超声波流量计各参数的数据；
所述不确定度计算模块根据定期获取的超声波流量计各参数的数据定期计算各参数的不确定度，并根据超声波流量计的工作原理用误差传递公式定期计算超声波流量计流量的合成不确定度；
所述分析判断模块根据各参数不确定度以及流量的合成不确定度的变化判断超声波流量计的性能是否发生退化。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、一个或多个处理器、存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的方法。
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