一种超声波流量计自动校准时间偏差的方法技术

本发明专利技术涉及一种超声波流量计自动校准时间偏差的方法。现有的补偿方法会引入了误差，严重影响计量准确度。本发明专利技术方法首先获取流量计装置在静态空气下的参数t

【技术实现步骤摘要】
一种超声波流量计自动校准时间偏差的方法
本专利技术属于计量仪表
，涉及一种校准时间偏差方法，具体是一种超声波流量计自动校准时间偏差的方法。技术背景超声波流量仪表是以“时差法”为原理，测量管内流体的仪表。超声波流量计装置由多种电路模块、信号处理单元和流体通道三大部分组成。安装在输送气体的管道上，并用超声波原理测量气体流量的流量计，称之为气体超声流量计。通过“时差法”原理设计的气体超声流量计，是通过对超声波信号和飞行时间进行各种数学分析，进行流量计算的方法，依赖于信号的准确判断和时间精度的保证。“时差法”原理如下：通过激发一端超声波换能器，在另一端接收声波信号，电路获得第一个飞行时间tAB，同样，反向激发超声波换能器并接收到信号，得到第二个飞行时间tBA。在流体介质流速的影响下，两个飞行时间存在时间差△t，根据推算可以得出流速V和时间差△t之间的换算关系，进而可以得到流量值Q。计量原理如下(参考图1)：D＝Lsinθ；气体流速：式中L为两个换能器之间的距离，θ为两个换能器的连线与气体流向之间的夹角，D为管道的直径。时差原理计算得到气流速度，再根据体积计算公式，可计算出单位时间t内，通过管段的气体体积，从而获得气体流量：飞行时间tAB和tBA,都需要信号处理模块通过电信号(模拟或数字信号)的特征判断计时开始和结束的时间点，计算获得飞行时间，从而通过“时间法”原理计量流体流量。现有技术方案采用MCU控制高精度的计时芯片或者计时电路模块(统称计量单元)，通过判断接收信号的幅度作为判断条件，获得超声波在燃气流体中的往返的飞行时间。再简要分析计时芯片记取时间的方法依据，来计算时间差值，从而获得该时间范围内的气体流量。时间差计量原理中，理想状态的静态时，tAB＝tBA。但在实际生产中，由于器件和介质差异，静态时，tAB和tBA就存在差异，差值△t0＝tAB-tBA，称之为时间偏移量。所以，在出厂前校表时，通过学习获得固有时间偏移量△t0，作为计算实际时间差的补偿，从而保持计时时间的准确度。经测试发现，虽然高品质的计时芯片受温度和压力的影响非常小，并且有数学方法进行适当补偿，时间偏移量△t0保持得非常稳定。但是计时芯片在自身物理特性的影响下，每一次测量所获得的时间tAB和tBA随着一定趋势增大或者缩小的。工程应用中，在不同气体介质的情况下，声音速度变化非常明显，也影响tAB和tBA值的大小。当tAB和tBA变化较大时，根据上述的气体体积公式，按原有静态条件下的时间偏移量△t0进行补偿后，气体体积Q的计算方法就引入了误差，尤其是静态或微小流量时，这样的误差严重影响计量准确度。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提供一种超声波流量计自动校准时间偏差的方法。本专利技术的具体校准时间偏差的方法如下：首先在流量计装置的流道内为空气的状态下，气体流速为0，将流量计装置设置成学习状态，获取到静态空气下的参数：t0kAB、t0kBA、△t0k，并存入系统，将△t0k设置为初始的系统时间偏移量,△t0k＝t0kAB-t0kBA；t0kAB为静态空气状态下A换能器发出超声波到达B换能器的飞行时间，t0kBA为静态空气状态下B换能器发出超声波到达A换能器的飞行时间；△t0k＝t0kAB-t0kBA，为静态空气状态下的时间偏移量。然后将流量计装置接入工作管路，流量计装置的流道内为实际测量气体的状态；流量计装置进入工作状态，流量计装置的MCU(主控单元)定时触发电路信号开关，轮流激发A换能器和B换能器，计时芯片记录每一个周期换能器发出超声波的时间和接收到的时间，得到参数tsAB和tsBA；tsAB为实际测量气体状态下A换能器发出超声波到达B换能器的飞行时间，tsBA为实际测量气体状态下B换能器发出超声波到达A换能器的飞行时间。一个周期为连续的A换能器发出超声波的时间、B换能器接收到超声波的时间、B换能器发出超声波的时间、A换能器接收到超声波的时间。通过以上参数，获得第一个周期的静态实际测量气体状态下的时间偏移量△t0s：最后进行判断：如果|△t0s-△t0k|≥△τ，将△t0s设置为下一个周期内的系统时间偏移量，即新的时间偏移量补偿值；如果|△t0s-△t0k|＜△τ，则下一个周期内的系统时间偏移量仍为△t0k；△τ为设置的阈值。每个周期的△t0s均与△t0k进行比较，根据结果确定下一个周期超声波流量计的时间偏移量补偿值。本专利技术方法能够有效校准补偿的时间偏移量，可以消除微小流量和静态时的错误流量。本专利技术方法根据时差法原理，利用实际气体介质和空气介质中的时间偏移量间的关系，安装配置时，自动转换补偿的时间偏移量，从而消除微小流量和静态时的错误流量。通过实际检测，本专利技术可消除的误差量级会达到0.2us左右，换算到流量达到0.2～0.3方/小时。无论是民用还是工商业用，每天的燃气用量误差是非常可观的。本专利技术的校准补偿时间偏移量的方法能为用户和服务商准确计量，减少大量的财富损失。附图说明图1为超声波流量仪表中工作管路及两换能器位置关系图。具体实施方式一种超声波流量计自动校准时间偏差的方法，具体如下：首先在流量计装置的流道内为空气的状态下，气体流速为0，将流量计装置设置成学习状态，获取到静态空气下的参数：t0kAB、t0kBA、△t0k，并存入系统，将△t0k设置为初始的系统时间偏移量,△t0k＝t0kAB-t0kBA；t0kAB为静态空气状态下A换能器发出超声波到达B换能器的飞行时间，t0kBA为静态空气状态下B换能器发出超声波到达A换能器的飞行时间；△t0k＝t0kAB-t0kBA，为静态空气状态下的时间偏移量。然后将流量计装置接入工作管路，流量计装置的流道内为实际测量气体的状态；流量计装置进入工作状态，流量计装置的MCU(主控单元)定时触发电路信号开关，轮流激发A换能器和B换能器，计时芯片记录每一个周期换能器发出超声波的时间和接收到的时间，得到参数tsAB和tsBA；tsAB为实际测量气体状态下A换能器发出超声波到达B换能器的飞行时间，tsBA为实际测量气体状态下B换能器发出超声波到达A换能器的飞行时间。一个周期为连续的A换能器发出超声波的时间、B换能器接收到超声波的时间、B换能器发出超声波的时间、A换能器接收到超声波的时间。根据以上参数，获得第一个周期的静态实际测量气体状态下的时间偏移量△t0s：由时差法原理，tAB为超声波在通道中从A换能器到达B换能器的飞行时间，tBA为超声波在通道中从B换能器到达换能器A的飞行时间；v为气体在通道中的流速，C为超声波在气体介质中的速度；L为A换能器与B换能器之间的距离，θ为A换能器和B换能器连线与气体流向之间的夹角(如图1，图中下方箭头为实际测量气体在管道中流动的方向)。根据公式(1)得到：vk为空气的气体流速，tkAB为空气状态下A换能器发出超声波到达B换能器的飞行时间，tkBA为空气状态下B换能器发出超声波到达A换能器的飞行时间，△tk＝tkAB-tkBA，为空气状态下的时间差；vs为实际测量气体的气体流速，△ts＝tsAB-tsBA，为实际测量气体状态下的时间差。当vk＝vs时：则，当vk＝vs＝0时：t0sAB为静态实际测量气体状态下A换能器发出超声波到达B换能器的飞行时间，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波流量计自动校准时间偏差的方法，其特征在于该方法具体是：首先在流量计装置的流道内为空气的状态下，气体流速为0，将流量计装置设置成学习状态，获取到静态空气下的参数：t

【技术特征摘要】
1.一种超声波流量计自动校准时间偏差的方法，其特征在于该方法具体是：首先在流量计装置的流道内为空气的状态下，气体流速为0，将流量计装置设置成学习状态，获取到静态空气下的参数：t0kAB、t0kBA、△t0k，并存入系统，将△t0k设置为初始的系统时间偏移量,△t0k＝t0kAB-t0kBA；t0kAB为静态空气状态下A换能器发出超声波到达B换能器的飞行时间，t0kBA为静态空气状态下B换能器发出超声波到达A换能器的飞行时间；△t0k＝t0kAB-t0kBA，为静态空气状态下的时间偏移量；然后将流量计装置接入工作管路，流量计装置的流道内为实际测量气体的状态；流量计装置进入工作状态，流量计装置的主控单元定时触发电路信号开关，轮流激发A换能器和B换能器，计时芯片记录每一个周期换能器发出超声波的时间和接收到的时间，得到参数tsAB和tsBA；tsAB为实际测量气体状态下A换能器发出超声波到达B换能器的飞行时间，tsBA为实际测量气体状态下B换能器发出超声波到达A换能器的飞行时间；一个周期为连续的A换能器发出超声波的时间、B换能器接收到超声波的时间、B换能器发出超声波的时间、A换能器接收到超声波的时间；获得第一个周期的静态实际测量气体状态下的时间偏移量△t0s：最后进行判断：如果|△t0s-△t0k|≥△τ，将△t0s设置为下一个周期内的系统时间偏移量，即新的时间偏移量补偿值；如果|△t0s-△t0k|＜△τ，则下一个周期内的系统时间偏移量仍为△t0k；△τ为设置的阈值；每个周期的△t0s均与△t0k进行比较，根据结果确定下一个周期超声波流量计的时间偏移量补偿值。2.权利要求1所述的一种超声波流量计自动校准时间偏差的方法，其特征在于确定的静态实际测量气体状态下的时间偏移量△t0s的具体方法如下：由时差法原理，tAB为超声波在通道中从A换能器到达B换能器的飞行时间，tBA为超声波在通道中从B换能器到达换能器A的飞行时间；v为气体在通道中的流速，C为超声波在气体介质中的速度；L为A换能器与B换能器之间的距离，θ为A换能器和B换能器连线与气体流向之间的夹角；根据公式(1)得到：

【专利技术属性】
技术研发人员：张文丰，方淼，李宏兵，方炯，
申请(专利权)人：浙江威星智能仪表股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33