超声波水表的温度补偿方法、水流量检测方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种超声波水表的温度补偿方法、水流量检测方法和系统，获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间，根据超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速。根据超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。通过采集得到的超声波发射与接收时间计算超声波在水中传播的声速后，直接根据声速计算得到水温，无需增加温度传感器，在提高超声波水表的水流量检测准确度的同时还降低了超声波水表的硬件成本。

Method for compensating temperature of ultrasonic water meter and method and system for detecting water flow

The temperature compensation method, the present invention relates to an ultrasonic water meter water flow detection method and system for ultrasonic meter ultrasonic transducer to acquire the transmitting and receiving time, according to the ultrasonic transmitting and receiving the ultrasonic wave propagation time and calculated the sound velocity of ultrasonic in water. According to the sound velocity of ultrasonic wave and the relation between the preset sound velocity and temperature, the corresponding water temperature is calculated. Collected by ultrasonic transmitting and receiving time calculation of ultrasonic sound velocity in the water after the water temperature is calculated according to the velocity obtained directly, without increasing the temperature sensor, and the accuracy in water flow detection to improve the ultrasonic meter also reduces the hardware cost of ultrasonic water meter.

【技术实现步骤摘要】
超声波水表的温度补偿方法、水流量检测方法和系统
本专利技术涉及仪表设备
，特别是涉及一种超声波水表的温度补偿方法、水流量检测方法和系统。
技术介绍
超声波水表是通过检测超声波声速在水中顺流逆流传播时因速度发生变化而产生的时差，分析处理得出水的流速从而计算出水的流量的一种新式水表。超声波水表具有优秀的小流量检测能力，能解决众多传统水表的问题，更加适合水费梯度收费，更加适合水资源的节约和合理利用，具有广阔的市场和使用前景。超声波水表通常会因为温度导致超声波传播时间变化，影响流量计算精度，因此需要进行温度补偿。传统的超声波水表温度补偿方法是在超声波管道上加入了温度传感器，检测温度并对水流量进行温度补偿。由于需要加入温度传感器检测环境温度，增加了硬件成本。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可降低硬件成本的超声波水表的温度补偿方法、水流量检测方法和系统。一种超声波水表的温度补偿方法，包括以下步骤：获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间；根据所述超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速；根据所述超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。一种超声波水表的温度补偿系统，包括：时间获取模块，用于获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间；速度计算模块，用于根据所述超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速；水温计算模块，用于根据所述超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。上述超声波水表的温度补偿方法和系统，获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间，根据超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速。根据超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。通过采集得到的超声波发射与接收时间计算超声波在水中传播的声速后，直接根据声速计算得到水温，无需增加温度传感器，在提高超声波水表的水流量检测准确度的同时还降低了超声波水表的硬件成本。一种超声波水表的水流量检测方法，包括以下步骤：根据上述超声波水表的温度补偿方法得到对应的水温；根据所述水温对超声波水表的水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度；根据所述补偿后的水流速度计算得到水流量并输出。一种超声波水表的水流量检测系统，包括上述超声波水表的温度补偿系统；还包括：水流速补偿模块，用于根据所述水温对超声波水表的水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度；水流量计算模块，用于根据所述补偿后的水流速度计算得到水流量并输出。上述超声波水表的水流量检测方法和系统，获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间，根据超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速。根据超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。根据水温对超声波水表的水流速度进行温度补偿，得到补偿后的水流速度，根据补偿后的水流速度计算得到水流量并输出。通过采集得到的超声波发射与接收时间计算超声波在水中传播的声速后，直接根据声速计算得到水温对水流速度进行温度补偿，无需增加温度传感器，在提高超声波水表的水流量检测准确度的同时还降低了超声波水表的硬件成本。附图说明图1为一实施例中超声波水表的温度补偿方法的流程图；图2为一实施例中超声波在水中传播的声速和温度的关系示意图；图3为一实施例中超声波在水中传播的声速和温度的拟合示意图；图4为一实施例中根据超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温的流程图；图5为一实施例中超声波水表的水流量检测方法的流程图；图6为一实施例中温度补偿曲面的示意图；图7为一实施例中上位机的参数配置界面示意图；图8为一实施例中根据实际测试参数拟合得到的曲面示意图；图9为一实施例中超声波水表的温度补偿系统的结构图图10为一实施例中超声波水表的水流量检测系统的结构图。具体实施方式在一个实施例中，一种超声波水表的温度补偿方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤S110：获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间。由于超声波水表中的超声波换能器可以捕获超声波在水中的传播时间，因此可直接从超声波换能器获取采集到的超声波发射与接收时间。步骤S120：根据超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速。在获取得到超声波发射与接收时间之后，结合水管的结构参数便可计算得到超声波在水中传播的声速。在一个实施例中，超声波发射与接收时间包括上游时间和下游时间，上游时间即指逆流的超声波时间，下游时间即指顺流的超声波时间。步骤S120包括：其中，TUp为上游时间，TDown为下游时间，L为超声波传播距离，VUp为超声波上游速度，VDown为超声波下游速度，VSound为超声波在水中传播的声速。超声波传播距离L即指超声波在水中传播的距离，可根据发射超声波的位置和接收超声波的位置之间的水管长度确定。步骤S130：根据超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。在计算得到超声波在水中传播的声速之后，可以根据超声波在水中的传播速度与温度之间的关系，计算得到对应的水温。超声波在水中传播的声速和温度的关系如图2所示，由于在75℃附近曲线出现拐点，所以实际应用温度范围小于75℃，本实施例中，选取的应用温度范围为5～50℃，以确保水温计算准确性。根据声速与温度的关系，可以将声速换算成温度。在一个实施例中，预设的声速与温度的关系具体为：y＝a×x3+b×x2+c×x1+d其中，y代表温度(℃)，x代表声速(m/s)，a、b、c和d为多项式参数。采用多项式计算方法，多项式自变量为声速，计算结果为温度，实现将声速换算成温度。本实施例中多项式参数a、b、c和d的取值分别为：a＝0.0000197756；b＝-0.0857020640；c＝124.02880464；d＝-59930.442308。具体可通过Matlab软件拟合出三阶多项式，拟合效果如图3所示。将计算得到的超声波在水中传播的声速代入上述声速与温度的关系式，便可计算得到对应的水温。可以理解，声速与温度的关系的具体形式并不唯一，也可以是映射表等。在一个实施例中，如图4所示，步骤S130包括步骤S132至步骤S136。步骤S132：根据声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的初始水温。将超声波在水中传播的声速代入上述声速与温度的关系式，将计算得到的温度作为初始水温。步骤S134：判断迭代次数是否大于预设值。预设值的具体取值并不唯一，可根据实际情况调整，本实施例中预设值为3次。判断迭代次数是否大于预设值，若是，则将初始水温作为对应的水温；若否，则进行步骤S136。步骤S136：根据初始水温和水管的热胀冷缩因子对声速进行温度补偿，得到温度补偿后的声速。根据初始水温对声速进行温度补偿，将温度补偿后的声速作为新的超声波在水中传播的声速，返回步骤S132。由于温度造成的热胀冷缩会影响水管的结构参数，如超声波传播距离L或横截面积S会受到影响。将得到的初始温度补偿超声波传播距离L，根据实际采用的超声波水管热胀冷缩系数补偿声速，计算得到温度补偿后的声速之后，再返回步骤S132，根据温度补偿后的声速换算成温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波水表的温度补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间；根据所述超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速；根据所述超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。

【技术特征摘要】
1.一种超声波水表的温度补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间；根据所述超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速；根据所述超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。2.根据权利要求1所述的超声波水表的温度补偿方法，其特征在于，所述根据所述声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温的步骤，包括以下步骤：根据所述声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的初始水温；判断迭代次数是否大于预设值；若否，则根据所述初始水温和水管的热胀冷缩因子对所述声速进行温度补偿，得到温度补偿后的声速，并将所述温度补偿后的声速作为新的超声波在水中传播的声速，返回所述根据所述声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的初始水温的步骤；若是，则将所述初始水温作为对应的水温。3.根据权利要求2所述的超声波水表的温度补偿方法，其特征在于，所述根据所述初始水温和水管的热胀冷缩因子对所述声速进行温度补偿，得到温度补偿后的声速，包括：VComp＝VRaw+(Temp-TRef)×Expend其中，VRaw为温度补偿前的声速，VComp为温度补偿后的声速，Temp为温度补偿前的初始水温，TRef为参考温度，Expend为热胀冷缩因子。4.一种超声波水表的温度补偿系统，其特征在于，包括：时间获取模块，用于获取超声波水表的超声波换能器采集得到的超声波发射与接收时间；速度计算模块，用于根据所述超声波发射与接收时间及超声波传播距离计算得到超声波在水中传播的声速；水温计算模块，用于根据所述超声波的声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的水温。5.根据权利要求4所述的超声波水表的温度补偿系统，其特征在于，所述水温计算模块包括：初始水温计算单元，用于根据所述声速以及预设的声速与温度的关系，计算得到对应的初始水温；迭代计算控制单元，用于判断迭代次数是否大于预设值；若否，则根据所述初始水温和水管的热胀冷缩因子对所述声...

【专利技术属性】
技术研发人员：周立功，
申请(专利权)人：广州周立功单片机科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44