一种超声波流量计渡越时间测量精度检测修正方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种超声波流量计渡越时间测量精度检测修正方法，本发明专利技术提出的方法只需要计算渡越时间相对变化量，不需要考虑声路传输的各级传输延时的绝对值是多少，也不用考虑信号传输过程中的波形变化的影响，测量方法简单，测试可操作行好

【技术实现步骤摘要】
一种超声波流量计渡越时间测量精度检测修正方法及应用


[0001]本专利技术涉及超声波流量计
，特别一种超声波流量计渡越时间测量精度检测修正方法
。

技术介绍

[0002]超声波流量计是目前工业领域常用的流量计量仪表之一，在流量测量领域有广泛的应用
。
其基本原理是通过测量介质流速，通过时差法实现流量的测量
。
时差法具有很高的准确度，且计量方便
、
精度较高，但对介质流速有要求
。
如果介质流速较高时，其测量误差较大；而当介质流速较低时，测量精度也不高
。
目前国内在这方面研究比较多的是渡越时间法，其原理是通过测量超声波在介质中传播的时间来确定介质的流速
。
目前有多种渡越时间测量方法，但对渡越时间精度的检测方法比较少，本专利技术主要涉及一种检测超声波流量计渡越时间精度的方法及装置，通过计算原理与实例相结合的方式，介绍如何用该方法实现超声波流量计的渡越时间测量精度检测
。
[0003]超声波流量计以测量声波在流动介质中传播的时间与流量的关系为原理，通过提取管道内的流速信息，进行流体的流量测量
。
通常认为声波在流体中的实际传播速度是由介质静止状态下声波的传播速度
cf
和流体轴向平均流速
v
在声波传播方向上的分量组成
。
按图5所示，其中
A
为上游探头，
B
为下游探头，则该声道上的传播关系有：
[0004][0005]式
(1)
中，
[0006]t
AB
——
超声波在流体中顺流传播的渡越时间；
[0007]t
BA
——
超声波在流体中逆流传播的渡越时间；
[0008]L——
声道长度；
[0009]c
f
——
声波在流体中传播的速度；
[0010]v——
流体的轴向平均流速；
[0011]——
声道角度
。
[0012]流体流速的表达式如公式
(2)
所示：
[0013][0014]对于超声波流量计来说，其体积流量可通过时差法测量所得各声道声速的积分值乘以过流面积，即可得到体积流量
Q
v
，如下：
[0015][0016]式
(3)
中，
[0017]R——
被测管道半径；
[0018]W
i
——i
声道积分权重值；
[0019]流速决定了体积流量的计算误差，故可以通过控制声道传输时间差的方法来实现体积流量的模拟流态变化的状态，从而实现在静态实验环境中模拟实流状态下的体积流量计算结果测试
。
[0020]因此，超声波流量计的渡越时间大小可以用来衡量超声波流量计的准确度，渡越时间的精度可以反映流量计对流体流动状况的正确反映程度，这对流量测量是至关重要的
。
[0021]目前渡越时间的测量方法有很多，例如延迟线内插法
、
电子计数法
、
双线法和多点法等，不同的方法测出的渡越时间不同
。
在实际应用中，可以用多次测量超声波在不同介质中传播所需要的时间来计算渡越时间
。
但当介质流速很低时，多次测量得到的渡越时间相差很大，无法进行比较和分析
。
同时当超声波在流体中传播时，还会受到流体对超声波传播速度和频率等因素影响，所以在实际应用中也难以准确测量出渡越时间
。
[0022]因此，有必要对超声波流量计渡越时间进行检测
。
通过检测超声波流量计对流体流动状况的正确反映程度可以确定流量测量精度是否符合要求
。
目前对超声波流量计渡越时间测量精度进行检测比较有效的方法是采用脉冲重复频率法
(Pulse
‑
repetitive frequency,PRF)、FPGA
或时间芯片
GP22
进行超声波渡越时间的高精度测量
。
脉冲重复频率法具有简单
、
快速等特点，可以用来检测超声波流量计的渡越时间精度
。
但这种方法不能消除流体对超声波传播速度和频率等因素影响，而且对流量测量精度要求高
。FPGA
或时间芯片
GP22
测量法的测量精度一般能达到
100ps
左右，但是在渡越时间测量精度检测方面没有相应的方法和装置
。

技术实现思路

[0023]为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供一种自动化程度高
、
集成度高
、
操作简单方便的超声波流量计渡越时间测量精度检测方法及装置，实现超声波传输时间测量精度的自动检测和自动修正校准功能
。
[0024]本专利技术的技术方案为：一种超声波流量计渡越时间测量精度检测修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0025]Step1、
渡越时间测量精度检测装置进行正程渡越时间
t1及逆程渡越时间
t2的测量；
[0026]Step2、
渡越时间测量精度检测装置对于渡越时间测量精度检测的次数
n
；
[0027]Step3、
渡越时间测量精度检测装置设定并发送延时器延时时间
T0；
[0028]Step4、
先测量延时后正程渡越时间，获取测量值
t
3(n)
，同时测量延时后逆程渡越时间测量，获取测量值
t
4(n)
；
[0029]Step5、
调用
Step1
测量的
t1、t2计算测量值时间差
Δ
t
1(n)
和
Δ
t
2(n)
，公式如下：
[0030]Δ
t
1(n)
＝
t
3(n)
‑
t1；
[0031]Δ
t
2(n)
＝
t
4(n)
‑
t2；
[0032]Step6、
对比
Δ
t
1(n)
、
Δ
t
2(n)
与
T0的误差，误差计算公式如下：
[0033][0034][0035]Step7、
重复
Step4
～
Step6
，计算第
n
次测量后得到渡越时间测量的正程或逆程时间差的修正系数
K
n
，计算公式如下，正程为
i
＝1，逆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超声波流量计渡越时间测量精度检测修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
Step1、
渡越时间测量精度检测装置进行正程渡越时间
t1及逆程渡越时间
t2的测量；
Step2、
渡越时间测量精度检测装置对于渡越时间测量精度检测的次数
n
；
Step3、
渡越时间测量精度检测装置设定并发送延时器延时时间
T0；
Step4、
先测量延时后正程渡越时间，获取测量值
t
3(n)
，同时测量延时后逆程渡越时间测量，获取测量值
t
4(n)
；
Step5、
调用
Step1
测量的
t1、t2计算测量值时间差
Δ
t
1(n)
和
Δ
t
2(n)
，公式如下：
Δ
t
1(n)
＝
t
3(n)
‑
t1；
Δ
t
2(n)
＝
t
4(n)
‑
t2；
Step6、
对比
Δ
t
1(n)
、
Δ
t
2(n)
与
T0的误差，误差计算公式如下：的误差，误差计算公式如下：
Step7、
重复
Step4
～
Step6
，计算第
n
次测量后得到渡越时间测量的正程或逆程时间差的修正系数
K
n
，计算公式如下，正程为
i
＝1，逆程为
i
＝2，
Step8、
对
n
次计算所得正程或逆程时间差的修正系数取平均值；
Step9、
通过该系数用来修正
t3、t4，计算修正后的正逆程渡越时间
t
33
、t
44
；修正公式如下：下：
2.
根据权利要求1所述的超声波流量计渡越时间测量精度检测修正方法，其特征在于，所述渡越时间测量精度检测装置包括：高精度脉冲延时控制器，所述高精度脉冲延时控制器用于控制脉冲延迟输出
3ns
至
2us
，延时调步进为
10ps
，延时精度不小于
100ps
；延时设定值输入接口，所述延时设定值输入接口与高精度脉冲延时控制器相连接，用于接受流量测量主机外部
MCU
的控制指令，从而改变脉冲输出延时长度；方波信号输出接口，所述方波信号输出接口与高精度脉冲延时控制器相连接，用于将脉冲延时信号输出给后续外部信号放大机构，实现对脉冲延时的控制；复位等控制接口，所述复位等控制接口与高精度脉冲延时控制器相连接，用于通过所

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志刚，陈卫科，崔希炜，刘岩，刘海，吴华阳，杨柏豪，王强，
申请(专利权)人：阿米检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：