CN118013158A - 一种壳菜生长影响测流精度的校准方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种壳菜生长影响测流精度的校准方法及装置，读取设置于待测输水管道的超声波流量计内置的管道内径和实时测量的瞬时流量，以及壳菜生长厚度数据，从而计算得到实际流量。本发明通过运算自动校准待测管道内超声流量计的测量误差，为管理者提供准确可靠的实时精准流量数据，通过测算确定壳菜淤泥中的传播速度常量，通过设计以及公式推理和演算，使得管道流量校正公式仅与管壁内径与壳菜厚度的比值相关，从而使得流量得误差校正计算方便简单。
Description
技术领域
本发明涉及流量测试领域，尤其是一种涉及输水管线测流精度分析和流量校准的方法及装置。
背景技术
在国内外的大型引、调水工程中，长距离的输水管线大多采用管道设计：管道输送水可以有效保障水资源的供应；水在管道中的输送不会泄漏和蒸发，可以有效避免水的浪费；在输送过程中，水不会和空气长时间接触，避免了水质受到外界污染保证水的品质，水质更加健康安全；管道输送水可以在城市地下或建筑物内部铺设，不占用地面空间。
根据实用性，担负大型管道输水计量任务的计量器具大多选用时差法超声波流量计，对于输水管道的过水流量进行精准计量的目的：（1）改善粗放式管理的现状，解决水资源的供需矛盾；（2）改善水资源区域分布不均，为水资源管理提供技术支持；（3）保证水资源的合理开发和优化配置。
在适宜的温度和流速下，淡水壳菜在输水管道中会广泛传播，并对输水系统产生危害，尤其由于壳菜的附着减小了管道的过流面积，对超声测流系统的测量精度产生了较大的影响，为水资源的分配和管理决策提供不准确的数据，不利于水资源的合理优化配置。
目前，没有较好的方法减小或消除由于管道附着物壳菜造成的超声时差法测流精度的影响，普遍的处理方式是对影响采取粗略预估和忽略。
发明专利“壳菜生长数据在线监测的方法、装置和电子设备”（专利号：ZL202210244157.3），可以获取待测输水管道中当前的壳菜生长厚度数据。目前并没有根据壳菜生长厚度对流量进行校准方法及装置。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种壳菜生长影响测流精度的校准方法及装置。本发明的目的在于利用壳菜生长厚度数据提供一种壳菜生长影响测流精度的校准方法及装置，以解决由于壳菜生长的影响导致超声波流量计系统流量数据测量偏差的技术问题。本发明专利旨在提出了一种壳菜生长影响测流精度的校准方法及装置，从而减小超声流量计测量流量偏差，提高测量精度，为水资源的有效管理提供技术支撑。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种计算壳菜生长影响测流精度的校准方法，包括如下步骤：
步骤1：读取待测输水系统的超声波流量计内设置的原始几何参数和流量计测量值，所述流量计内设置的原始几何参数包括管道内径D、声道长度L和声道角度；所述流量计测量值为超声波流量计当前测量的瞬时流量值Q；
步骤2：读取监测装置对壳菜、藻类生长情况进行监测的结果，获得壳菜当前的生长厚度x；
步骤3：根据壳菜当前的生长厚度x和管道内径D，求得管道内径与壳菜厚度的比值；
步骤4：通过管道内径D、预设的过水面积s和壳菜生长后的实际过水面积s’，求得原始预设的过水面积与实际过水面积比值为：
；
通过原始预设的声道长度L和实际声道长度L’，求得原始预设的声道长度与实际声道长度的比值为：
；
超声波逆流方向传播的总时间为,超声波顺流方向传播的总时间为/>；令，求得流量计计算的T与实际T’的比值/>；
从图4中可知，为超声波逆流方向传播时经过一端管壁附着壳菜的时间；/>为超声波逆流方向传播时经过水体的时间；/>为超声波逆流方向传播时经过另一端管壁附着壳菜的时间；/>为超声波顺流方向传播时经过一端管壁附着壳菜的时间；/>为超声波顺流方向传播时经过水体的时间；/>为超声波顺流方向传播时经过另一端管壁附着壳菜的时间；
对于流量计，流量计自身并不知悉壳菜厚生长信息，所以流量计采用超声波顺流方向传播的总时间和超声波逆流方向传播的总时间/>作为超声在水体中的传播时间参数，水中顺流传播总时间为/>，逆流传播总时间为/>，而实际顺流方向超声波在水体中的传播时间/>；实际逆流方向超声波在水体中的传播时间，导致超声在水体的传播时间的计算误差；
由表1查得超声在水中的传播速度为C=1450m/s，在壳菜淤泥中的传播速度C’=1506m/s，所以C’=1.039C；
表1 超声在不同介质中传播速度的数据表
进一步求得各时间参数如下：
；
；
流量计计算的T与实际T’的比值为：
；
综合因式分量比值、/>和/>，求得流量计计算流量/>与实际流量/>的比值/>为：
；
最终推导出计算流量与实际流量的比值是与管道内径与壳菜厚度的比值n相关的函数；读取当前流量计测量的瞬时流量值Q，得到：
；
即可获取实际流量。
本发明还提供一种采用计算壳菜生长影响测流精度的校准方法的校准装置，包括数据读取单元和数据运算单元，数据读取单元读取待测输水管道超声波流量计的原始几何参数管道内径和流量计的实时测量值瞬时流量；读取壳菜生长数据在线监测装置的测量结果，得到壳菜厚度；数据运算单元根据数据读取单元所读取的数据信息，数据信息包括管道内径、瞬时流量和壳菜厚度，分析输水管道内精准的过水流量，得到实际流量。
本发明的有益效果在于壳菜生长影响测流精度的校准方法能够通过获取壳菜厚度值后，通过运算自动校准待测管道内超声流量计的测量误差，为管理者提供准确可靠的实时精准流量数据。本发明通过测算确定壳菜淤泥中的传播速度常量，通过设计以及公式推理和演算，使得管道流量校正公式仅与管壁内径与壳菜厚度的比值相关，从而使得流量得误差校正计算方便简单。
附图说明
图1为声波逆向传播示意图；
图2为声波顺向传播示意图；
图3为本发明实施例提供的管道内超声波换能器受壳菜覆盖示意图；
图4为本发明实施例提供的管道内超声穿透壳菜顺、逆向传播示意图；
图5为本发明实施例提供的一种壳菜生长影响测流精度的校准装置的示意图；
其中，101为下游换能器，102为上游换能器，103为管壁附着的壳菜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
为便于对本发明的技术方案的理解，首先对本发明所基于的超声波流量计的流量和流速的计算方法进行详细介绍。
在本发明实施例中，提供了一种壳菜生长影响测流精度的校准方法，包括：读取待测输水管道原始几何参数管道内径；读取流量计的实时测量值瞬时流量；读取壳菜生长情况测量数据的结果壳菜厚度数据；根据上述读取的数据，可以得到管道内径与壳菜厚度的比值n；由管道内径与壳菜厚度的比值求得影响流量计算的各因式的计算值与实际值之间的比值，综合各因式分量的比值，求得计算流量与实际流量的比值，进而求得流量计算误差，获取实际流量值。
管道流量计算的基本公式：，其中，Q为瞬时流量；v为平均流速；D为管道圆断面内径；
图1和图2为超声在顺向和逆向两个方向的传播过程；
两次过程的传播时间分别为和/>，声道的距离为/>，超声在静水中的传播速度为，由于水流向与超声传播方向存在一个夹角/>，在水流速分量/>的作用下，两次超声传播的速度不同。根据两次传播过程得到方程组/>；
并进一步得到水流速；
所以管道流量由以下公式求取：
；
实施例一：
根据本发明实施例，是针对上述流量计算公式中从各变量因式入手，分析超声波流量计的测量值与变化后的真实值之间的比值关系。
图3为管道内超声波换能器受壳菜覆盖的示意图，读取的管道内径为D，壳菜的厚度为x，两者的比值；
(1)原始预设的过水面积s；壳菜生长后的实际过水面积s’；求得原始预设的过水面积与实际过水面积比值；
(2)流量计计算的声道长度L与实际声道长度L’的比值：
(3)超声波逆流方向传播的总时间,超声波顺流方向传播的总时间/>；令，求得流量计计算的T与实际T’的比值/>：
从图4中可知：为超声波逆流方向传播时经过一端管壁附着壳菜的时间；/>为超声波逆流方向传播时经过水体的时间；/>为超声波逆流方向传播时经过另一端管壁附着壳菜的时间；/>为超声波顺流方向传播时经过一端管壁附着壳菜的时间；/>为超声波顺流方向传播时经过水体的时间；/>为超声波顺流方向传播时经过另一端管壁附着壳菜的时间；
对于流量计系统自身并不知悉壳菜厚生长信息，所以流量计仍采用超声波在水中顺流传播总时间、逆流传播总时间/>作为超声在水体中的传播时间参数，而实际顺流方向超声波在水体中的传播时间/>；实际逆流方向超声波在水体中的传播时间/>，这会导致超声在水体的传播时间的计算误差。
由表1可查得超声在水中的传播速度为C=1450m/s，在壳菜淤泥中的传播速度C’=1506m/s，所以C’=1.039C；
表1 超声在不同介质中传播速度的数据表
进一步求得各时间如下：
流量计计算的T与实际T’的比值：
(4)针对声道角度的影响分析：
由于超声路径并未改变，所以声道角度并未改变，对计算流量没有影响。
综合步骤(1)—(4)的因式分量比值、/>、/>，求得计算流量/>与实际流量/>的比值/>为：
最终推导出计算流量与实际流量的比值是与管道内径与壳菜厚度的比值n相关的函数;读取当前流量计测量的瞬时流量值Q ，进一步获取实际流量/>：
表2为几种典型的管道内径，不同的壳菜厚度影响下导致的流量计计算流量与实际流量的比值结果。
表2 计算流量与实际流量比值
| 序号 | 管道内径D(mm) | 壳菜厚度x(mm) | D/x比值n | 计算流量与实际流量比值 |
| 1 | 1000 | 5 | 200.00 | 1.0247 |
| 2 | 1000 | 15 | 66.67 | 1.0768 |
| 3 | 1000 | 20 | 50.00 | 1.1044 |
| 4 | 1000 | 25 | 40.00 | 1.1330 |
| 5 | 2000 | 5 | 400.00 | 1.0122 |
| 6 | 2000 | 15 | 133.33 | 1.0374 |
| 7 | 2000 | 20 | 100.00 | 1.0503 |
| 8 | 2000 | 25 | 80.00 | 1.0634 |
| 9 | 5000 | 5 | 1000.00 | 1.0049 |
| 10 | 5000 | 15 | 333.33 | 1.0147 |
| 11 | 5000 | 20 | 250.00 | 1.0197 |
| 12 | 5000 | 25 | 200.00 | 1.0247 |
| 13 | 8000 | 5 | 1600.00 | 1.0030 |
| 14 | 8000 | 15 | 533.33 | 1.0091 |
| 15 | 8000 | 20 | 400.00 | 1.0122 |
| 16 | 8000 | 25 | 320.00 | 1.0153 |
根据计算出的流量计计算流量与实际流量的比值校准流量计的测量流量。
实施例二：
本发明实施例还提供了一种壳菜生长影响测流精度的校准装置，该装置主要用于执行本发明实施例一中所提供的壳菜生长影响测流精度的校准方法，以下对本发明实施例提供的壳菜生长影响测流精度的校准装置做具体介绍。
图5是根据本发明实施例的一种壳菜生长影响测流精度的校准装置的示意图，如图5所示，该装置包括读取单元和运算分析单元，其中读取单元，用于读取设置于待测输水管道的超声波流量计实时数据和设置于待测输水管道的壳菜生长数据在线监测装置的壳菜生长厚度数据；采用计算机指令完成壳菜生长影响测流精度的校准方法，并对误差分析，校准流量计的测量流量值。
本发明的实施例所提供的壳菜生长影响测流精度的校准装置为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件。本实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，描述的装置的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
Claims (2)
1.一种壳菜生长影响测流精度的校准方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤1：读取待测输水系统的超声波流量计内设置的原始几何参数和流量计测量值，所述流量计内设置的原始几何参数包括管道内径D、声道长度L和声道角度；所述流量计测量值为超声波流量计当前测量的瞬时流量值Q；
步骤2：读取监测装置对壳菜、藻类生长情况进行监测的结果，获得壳菜当前的生长厚度x；
步骤3：根据壳菜当前的生长厚度x和管道内径D，求得管道内径与壳菜厚度的比值；
步骤4：通过管道内径D、预设的过水面积s和壳菜生长后的实际过水面积s’，求得原始预设的过水面积与实际过水面积比值为：
；
通过原始预设的声道长度L和实际声道长度L’，求得原始预设的声道长度与实际声道长度的比值为：
；
超声波逆流方向传播的总时间为,超声波顺流方向传播的总时间为/>；令/>，求得流量计计算的T与实际T’的比值/>；
为超声波逆流方向传播时经过一端管壁附着壳菜的时间；/>为超声波逆流方向传播时经过水体的时间；/>为超声波逆流方向传播时经过另一端管壁附着壳菜的时间；/>为超声波顺流方向传播时经过一端管壁附着壳菜的时间；/>为超声波顺流方向传播时经过水体的时间；/>为超声波顺流方向传播时经过另一端管壁附着壳菜的时间；
对于流量计，流量计自身并不知悉壳菜厚生长信息，所以流量计采用超声波顺流方向传播的总时间和超声波逆流方向传播的总时间/>作为超声在水体中的传播时间参数，水中顺流传播总时间为/>，逆流传播总时间为/>，而实际顺流方向超声波在水体中的传播时间/>；实际逆流方向超声波在水体中的传播时间/>，导致超声在水体的传播时间的计算误差；
查得超声在水中的传播速度为C=1450m/s，在壳菜淤泥中的传播速度C’=1506m/s，所以C’=1.039C；
进一步求得各时间参数如下：
；
；
流量计计算的T与实际T’的比值为：
；
综合因式分量比值、/>和/>，求得流量计计算流量/>与实际流量/>的比值/>为：
；
最终推导出计算流量与实际流量的比值是与管道内径与壳菜厚度的比值n相关的函数；读取当前流量计测量的瞬时流量值Q，得到：
；
即可获取实际流量。
2.一种利用权利要求1所述壳菜生长影响测流精度的校准方法的校准装置，其特征在于：
所述的采用计算壳菜生长影响测流精度的校准方法的校准装置，包括数据读取单元和数据运算单元，数据读取单元读取待测输水管道超声波流量计的原始几何参数管道内径和流量计的实时测量值瞬时流量；读取壳菜生长数据在线监测装置的测量结果，得到壳菜厚度；数据运算单元根据数据读取单元所读取的数据信息，数据信息包括管道内径、瞬时流量和壳菜厚度，分析输水管道内精准的过水流量，得到实际流量。
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