一种超声波燃气表的多环境自适应方法技术

本发明专利技术涉及超声波燃气表的多环境自适应方法，其特征在于：包括步骤：采集一批次中每只超声波燃气表在不同气体环境下的飞行时间、示值误差，计算该批次超声波燃气表的飞行时间修正值；在零流量环境下，通过测算每只超声波燃气表的平均个体时差误差，对测量的瞬时流速进行校准；超声波燃气表投入使用后，实时获取回波信号的幅值，若幅值不在预设的幅值范围内，则通过调整升压等级和增益级数对幅值进行调整。本发明专利技术针对超声波燃气表在不同气体环境下的回波信号幅值不一致且校准系数不一致的问题，设计一种多环境的自适应方法，使得超声波燃气表校准后，能在各种环境下自适应，提高测量气体流量的准确性。量气体流量的准确性。量气体流量的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波燃气表的多环境自适应方法


[0001]本专利技术涉及超声波校准
，特别涉及一种超声波燃气表的多环境自适应方法。

技术介绍

[0002]在燃气计量领域中，目前使用最多的远传燃气表为膜式燃气表，但其存在结构复杂、易产生机械磨损、计量精度逐渐劣化等缺点。超声波燃气表作为一种纯数字式的计量仪器，因其工作性能稳定、远程超表安全高效、计量精准可靠、易实现数字化而成为一种必然的发展趋势。
[0003]超声波燃气表中依靠一对超声波换能器采集声波信号，根据飞行时差法测量流体的瞬时流速v
z
，然后可将瞬时流速v
z
换算为瞬时流量v。以换能器Z型分布的流道为例，如图1所示的A和B是一对超声波换能器，声波信号与水平方向的夹角为，流道高度为D，待测量气体以速度v通过该流道。测量时，超声波换能器A和B分别交替发送和接收声波信号，其中由A发射B接收的信号沿顺流方向传递，称为“下飞信号”，反之称为“上飞信号”。记上飞信号和下飞信号的飞行时间分别为t
u
和t
d
：
[0004][0005][0006]其中，c为当前状态下的声速。测量超声波飞行时间时，选用双阈值
‑
时差法，如图2所示，其原理大致如下：设定第一个电压阈值即首波阈值，用于检测回波信号（回波信号指超声波换能器接收端收到的声波信号）的首波，当回波信号高于此电平时，判断超声波已到达；设定第二电压阈值即过零阈值，用于检测回波信号首波之后的过零点（如图2中过零阈值线上的小圆圈）。测量飞行时间t
u
和t
d
时，通常选择数个过零点时间对其平均，以获得相对稳定的飞行时间。
[0007]基于t
u
和t
d
，可以推导出瞬时流速v
z
为：
[0008][0009]将瞬时流速v
z
换算为瞬时流量v时，需要考虑流道横截面积的值，由于流道模具受到如模具光洁度、换能器个体差异、模具安装角度等的影响，实际的瞬时流量v应记为v=k
·
v
z
，其中k为待估计参数，且各表之间存在差异。
[0010]但是现有的超声波燃气表在不同气体环境下的校准系数大多不统一，甚至可能出现无法正常工作的问题。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于使超声波燃气表在不同气体环境下的校准系数统一，提高超声波燃气表的流量测量准确性提供一种超声波燃气表的多环境自适应方法。
[0012]为了实现上述专利技术目的，本专利技术实施例提供了以下技术方案：
[0013]一种超声波燃气表的多环境自适应方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1，采集一批次中每只超声波燃气表在不同气体环境下的飞行时间、示值误差，计算该批次超声波燃气表的飞行时间修正值；
[0015]步骤2，在零流量环境下，通过测算每只超声波燃气表的平均个体时差误差，对测量的瞬时流速进行校准；
[0016]步骤3，超声波燃气表投入使用后，实时获取回波信号的幅值，若幅值不在预设的幅值范围内，则通过调整升压等级和增益级数对幅值进行调整。
[0017]所述步骤1具体包括以下步骤：
[0018]步骤1
‑
1，准备至少两种气体环境的测试条件，记录一种气体环境的大流量q
max
下每只超声波燃气表的上飞信号和下飞信号的飞行时间和，u表示上飞信号，d表示下飞信号，i表示第i只超声波燃气表，i=1,2,...,n；记录另一种气体环境的相同流量q
max
下每只超声波燃气表的上飞信号和下飞信号的飞行时间和；
[0019]步骤1
‑
2，在其中两种气体环境下，分别测试每只超声波燃气表在流量q
max
下的多次示值误差，并计算平均示值误差、；
[0020]步骤1
‑
3，记超声波燃气表的换能器的中心振动周期为T0，对每只超声波燃气表寻找一个整数x
i
，使得x
i
满足等式要求：
[0021][0022]步骤1
‑
4，记，则本批次超声波燃气表的飞行时间修正值为。
[0023]在上述方案中，由于测量气体的瞬时流速需要飞行时间的参数，在测量的飞行时间和实际的飞行时间会因在不同气体环境下产生误差，所以通过步骤1的技术方案计算飞行时间修正值，对测量的飞行时间进行修正，以提高瞬时流速的测量准确性。
[0024]所述步骤2具体包括以下步骤：
[0025]将超声波燃气表置于零流量环境中，持续测量飞行时间差：
[0026][0027]求得零流量下的平均个体时差误差，N为测量总次数；
[0028]使用平均个体时差误差更新瞬时流速v
z
的计算式：
[0029][0030]其中，D为流道高度，t
u
为上飞信号的飞行时间，t
d
为下飞信号的飞行时间，为声波信号与水平方向的夹角。
[0031]在上述方案中，由于一批次超声波燃气表生产出来时会存在个体差异，因此计算每只超声波燃气表的个体时差误差，将个体时差误差写回
技术介绍
中原本的瞬时流速计算式，对瞬时流速的计算式进行校准。
[0032]所述步骤3具体包括以下步骤：
[0033]步骤3
‑
1，设定幅值允许变化的范围为[V
l
,V
h
]，V
l
为幅值低限，V
h
为幅值高限；记运算放大器的增益级数为G，设定允许变化的范围为[G
min
,G
max
]，G
min
为最小增益级数，G
max
为最大增益级数；记升压电路的升压等级为C，设定允许变化的范围为[C
min
,C
max
]，C
min
为最小升压等级，C
max
为最大升压等级；初始化列表D
V
={}，用于存放回波信号的最大幅值V，D
V
的最大长度为n；
[0034]步骤3
‑
2，执行测量任务时，采样获取当前回波信号的最大幅值V，加入列表D
V
；若列表D
V
的当前长度小于n，则重复执行步骤3
‑
2，否则执行步骤3
‑
3；
[0035]步骤3
‑
3，计算列表D
V
中数据的平均值，以获取近n次回波信号的平均最大幅值；若，执行步骤3
‑
4；若，执行步骤3
‑
5；若，返回步骤3
‑
2；
[0036]步骤3
‑
4，此时需要提升幅值，若升压等级，执行C=C+1；若升压等级，则判断增益级数G本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声波燃气表的多环境自适应方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，采集一批次中每只超声波燃气表在不同气体环境下的飞行时间、示值误差，计算该批次超声波燃气表的飞行时间修正值；步骤2，在零流量环境下，通过测算每只超声波燃气表的平均个体时差误差，对测量的瞬时流速进行校准；步骤3，超声波燃气表投入使用后，实时获取回波信号的幅值，若幅值不在预设的幅值范围内，则通过调整升压等级和增益级数对幅值进行调整。2.根据权利要求1所述的一种超声波燃气表的多环境自适应方法，其特征在于：所述步骤1具体包括以下步骤：步骤1
‑
1，准备至少两种气体环境的测试条件，记录一种气体环境的大流量q
max
下每只超声波燃气表的上飞信号和下飞信号的飞行时间和，u表示上飞信号，d表示下飞信号，i表示第i只超声波燃气表，i=1,2,...,n；记录另一种气体环境的相同流量q
max
下每只超声波燃气表的上飞信号和下飞信号的飞行时间和；步骤1
‑
2，在其中两种气体环境下，分别测试每只超声波燃气表在流量q
max
下的多次示值误差，并计算平均示值误差、；步骤1
‑
3，记超声波燃气表的换能器的中心振动周期为T0，对每只超声波燃气表寻找一个整数x
i
，使得x
i
满足等式要求：步骤1
‑
4，记，则本批次超声波燃气表的飞行时间修正值为。3.根据权利要求1所述的一种超声波燃气表的多环境自适应方法，其特征在于：所述步骤2具体包括以下步骤：将超声波燃气表置于零流量环境中，持续测量飞行时间差：求得零流量下的平均个体时差误差，N为测量总次数；使用平均个体时差误差更新瞬时流速v
z
的计算式：其中，D为流道高度，t
u
为上飞信号的飞行时间，t
d
为下飞信号的飞行时间，为声波信号与水平方向的夹角。4.根据权利要求1所述的一种超声波燃气表的多环境自适应方法，其特征在于：所述步骤3具体包括以下步骤：
步骤3
‑
1，设定幅值允许变化的范围为[V
l
,V
h

【专利技术属性】
技术研发人员：彭大江，朱炼，刘勋，周钰宏，
申请(专利权)人：成都千嘉科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：