一种利用超声波流量计测量气体流量的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用超声波流量计测量气体流量的方法，包括以下步骤：环绕气体管道布置超声波流量计的超声波收发装置，发送超声波并采集回波信号，依据回波信号的采样数据计算得到回波信号的最大幅值V

Method for measuring gas flow by ultrasonic flowmeter

The invention discloses a method for measurement of gas flow by ultrasonic flowmeter, which comprises the following steps: the ultrasonic receiving device around the gas pipeline layout of ultrasonic flowmeter, ultrasonic transmitting and echo signal acquisition, according to the sampling data of the echo signal is calculated by the maximum amplitude V wave signal

【技术实现步骤摘要】
一种利用超声波流量计测量气体流量的方法
本专利技术涉及计量仪表
，具体涉及一种利用超声波流量计测量气体流量的方法。
技术介绍
由于人们对环境的关注度越来越高，天然气作为清洁环保的绿色能源得到了越来越广泛的关注及应用，天然气行业在未来很长时间内都将得到快速发展。为了适应天然气行业的发展需求，特别是燃气公司对天然气计量及管网输配管理的发展需求，在信息化技术的发展背景下，计量精确、工作稳定，且具有远程管理功能的智能流量计系统开始进入天然气计量及输配管理中。目前，国内应用于天然气计量及输配管理的流量计主要为罗茨表和涡轮表，这两种计量仪表均属于机械式计量仪表，难以摆脱机械式仪表固有的弱点，例如，对天然气的质量要求高，容易卡住，维护频繁且维护成本较高，同时随着天然气输送管路口径的增大，两种机械式计量仪表的体积、重量和价格会大幅度攀升，这些弱点严重制约了天然气计量及管网输配管理向着“精确、稳定、智能、高效”的方向发展。为了克服机械式计量仪表的缺点，现有技术中出现了超声波流量计，利用超声波信号进行气体流量的检测，例如授权公告号为CN102914334B的专利技术专利文献公开了一种插入式超声波气体流量计，包括使用时插入待测气体管路中的换能器固定架，在换能器固定架上有用于测量超声波在待测气体中顺流传播时的顺流时间和逆流传播时的逆流时间的超声波换能器组，还包括使用时布置在待测气体管路的与所述超声波换能器组相对应的管段处、且与该管段相连通并供该管段中的待测气体自由扩散的静速容器，在静速容器上布置用于在静速管中测量超声波传播速度的超声波换能器。但是该专利技术专利文献中，静速管需要插入气体管路中进行气体流量的测量，静速管本身会对气体流动造成扰动，从而引起流量测量的误差。为了满足天然气计量及管网输配管理的发展需求，需要提供一种智能化的气体流量测量方法，以实现对天然气流量的精确测量。
技术实现思路
本专利技术提供了一种利用超声波流量计测量气体流量的方法，能够实现对气体流量的精确测量，且能够对管网状态进行实时监控，对天然气输配的异常进行及时响应。一种利用超声波流量计测量气体流量的方法，包括以下步骤：(1)环绕气体管道布置超声波流量计的超声波收发装置，利用超声波收发装置发送穿过气体的超声波，并采集回波信号，依据该回波信号的采样数据计算得到回波信号的最大幅值V0；(2)若最大幅值V0处于幅值范围[VL,VH]内，则使用回波信号中第二个波与第一触发阈值VTH0相交的较小时刻作为超声波的基准时刻，计算超声波的传输时间；若最大幅值V0小于VL，则利用式V＝A(x)·V0计算最大幅值V，使调整后的最大幅值V处于幅值范围[VL,VH]内，A(x)为动态调整幅值增益；然后，使用调整后的回波信号中第二个波与第二触发阈值VTH相交的较小时刻作为超声波的基准时刻，计算超声波的传输时间；VH为气体流量达到超声波流量计量程上限时，超声波回波信号的最大幅值与第一裕量的加和；VL为气体流量达到超声波流量计量程下限时，超声波回波信号的最大幅值与动态调整幅值增益最大值的乘积和第二裕量的差值。(3)利用步骤(2)得到的传输时间计算气体流量。本专利技术提供的气体测量方法尤其适用于天然气，也适用于与天然气性质相似的气体的测量，例如，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷中的至少一种。利用超声波流量计对气体流量进行测量的关键在于，准确测定超声波在气体中的传输时间，由于超声波接收装置接收到的回波信号通常由弱到强，然后逐步衰减，因此，在回波信号中确定接收到超声波的时刻成为确定传输时间的关键。本专利技术提供的超声波回波信号基准时刻的确定方法，能够准确并可靠的获得超声波的传输时间，从而得到准确的气体流量。不同测量条件下，超声波回波信号的最大幅值V0不尽相同，将超声波流量计量程内超声波回波信号最大幅值的范围[V0min,V0max]划分成多个区间，每个区间范围内的回波信号对应一个第一触发阈值VTH0。通常，第一触发阈值VTH0为最大幅值V0的20～40％。第二触发阈值VTH的计算方式为：VTH＝A(x)·VTH0。即将最大幅值V0扩大A(x)倍后得到V时，相应的第二触发阈值VTH也由第一触发阈值VTH0扩大A(x)倍得到。将未落入[VL,VH]范围的最大幅值调整至落入[VL,VH]范围内为标准计算得到A(x)，若最大幅值已经在[VL,VH]范围内，则A(x)为1。第二个波与第一触发阈值VTH0具有两个交点，每个交点对应一个时刻，以较小时刻作为超声波的基准时刻；同理，第二个波与第二触发阈值VTH具有两个交点，每个交点对应一个时刻，以较小时刻作为超声波的基准时刻。作为优选，第一裕量的范围为可被正确识别的超声波回波信号的最大幅值(流量计在量程上限时超声波回波信号的最大幅值)的5～10％，第二裕量的范围为可被正确识别的超声波回波信号的最大幅值(流量计在量程上限时超声波回波信号的最大幅值)的5～10％。为了保证气体流量测量的准确性，优选地，每次流量计量中采集三组回波信号，每组回波信号对应得到一个超声波与气体同向传输的顺向传输时间，和一个超声波与气体反向传输的逆向传输时间。不同组回波信号的传输路径不同，对各组回波信号计算得到的初始气体流速进行加权平均，然后结合管道横截面积得到气体流量。作为优选，还包括步骤(4)，依据测量气体流量时刻的气体温度和气体压力对所得的气体流量进行修正。作为优选，还包括步骤(5)，判断所得气体流量是否存在异常，若存在异常，则进行报警，并进行异常情况记录；若不存在异常，则继续测量。作为优选，还包括步骤(6)，利用无线通讯方式将测得的气体流量、工况数据以及超声波流量计状态发送至管路监测中心。作为优选，还包括步骤(7)，一次气体流量测量完毕后，超声波流量计进入休眠状态，并在预定时间间隔后自动开始下一次测量。所述的步骤(4)～步骤(7)的步骤编号仅做不同步骤的区分，并不限定各步骤之间的顺序以及各步骤的有无，例如，进行完步骤(4)之后，可以直接进行步骤(7)。本专利技术利用超声波流量计测量气体流量的方法，计量精度高、测量气体流量准确(至少能够达到和机械表相同的精度)，能够使燃气公司能够对管网状态进行实时监控、对燃气输配进行远程管理、对异常状态进行及时响应，能有效提高燃气公司对燃气管网的信息化管理水平。附图说明图1a为实现本专利技术的超声波流量计中超声波收发装置布置的示意图；图1b为图1a中的A向示意图；图1c为图1b中的B向示意图；图1d为超声波流量计中超声波传播路径穿过管道中心线的超声波收发装置的剖视图；图2为实现本专利技术的超声波流量计的结构示意图；图3为实现本专利技术的超声波流量计的工作流程示意图；图4为本专利技术利用超声波流量计测量气体流量的方法的流程示意图；图5为原始回波信号示意图；图6为调整之后的回波信号示意图；图7为超声波传输时间计算示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术利用超声波流量计测量气体流量的方法做详细描述。本专利技术利用超声波流量计测量气体流量的原理如下：气流上游的超声波探头发出的超声波信号到气流下游的超声波探头接收超声波信号的过程中，由于气体流动在超声波信号的传输方向上产生速度分量，会加速超声波信号的传输；气流下游的超声波探头发出的超声波信号到气流上游的超声波探头接收超声波信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用超声波流量计测量气体流量的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)环绕气体管道布置超声波流量计的超声波收发装置，利用超声波收发装置发送穿过气体的超声波，并采集回波信号，依据该回波信号的采样数据计算得到回波信号的最大幅值V

【技术特征摘要】
1.一种利用超声波流量计测量气体流量的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)环绕气体管道布置超声波流量计的超声波收发装置，利用超声波收发装置发送穿过气体的超声波，并采集回波信号，依据该回波信号的采样数据计算得到回波信号的最大幅值V0；(2)若最大幅值V0处于幅值范围[VL,VH]内，则使用回波信号中第二个波与第一触发阈值VTH0相交的较小时刻作为超声波的基准时刻，计算超声波的传输时间；若最大幅值V0小于VL，则利用式V＝A(x)·V0计算最大幅值V，使调整后的最大幅值V处于幅值范围[VL,VH]内，A(x)为动态调整幅值增益；然后，使用调整后的回波信号中第二个波与第二触发阈值VTH相交的较小时刻作为超声波的基准时刻，计算超声波的传输时间；VH为气体流量达到超声波流量计量程上限时，超声波回波信号的最大幅值与第一裕量的加和；VL为气体流量达到超声波流量计量程下限时，超声波回波信号的最大幅值与动态调整幅值增益最大值的乘积和第二裕量的差值；(3)利用步骤(2)得到的传输时间计算气体流量。2.如权利要求1所述的利用超声波流量计测量气体流量的方法，其特征在于，将超声波流量计量程内超声波回波信号最大幅值的范围[V0min,V0max]划分成多个区间，每个区间范围内的回波信号对应一个第一触发阈值VTH0。3.如权利要求1所述的利用超声波流量计测量气体流量的方法，其特征在于，第二触发阈值VTH的计算方式为：VTH＝A(x)·VTH0。4.如权利要求1所述的利...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱赵君，
申请(专利权)人：杭州思筑智能设备有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33