本發(fā)明涉及計量儀表技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲波流量計。

背景技術(shù)：

由于人們對環(huán)境的關(guān)注度越來越高，天然氣作為清潔環(huán)保的綠色能源得到了越來越廣泛的關(guān)注及應用，天然氣行業(yè)在未來很長時間內(nèi)都將得到快速發(fā)展。為了適應天然氣行業(yè)的發(fā)展需求，特別是燃氣公司對天然氣計量及管網(wǎng)輸配管理的發(fā)展需求，在信息化技術(shù)的發(fā)展背景下，計量精確、工作穩(wěn)定，且具有遠程管理功能的智能流量計系統(tǒng)開始進入天然氣計量及輸配管理中。

目前，國內(nèi)應用于天然氣計量及輸配管理的流量計主要為羅茨表和渦輪表，這兩種計量儀表均屬于機械式計量儀表，難以擺脫機械式儀表固有的弱點，例如，對天然氣的質(zhì)量要求高，容易卡住，維護頻繁且維護成本較高，同時隨著天然氣輸送管路口徑的增大，兩種機械式計量儀表的體積、重量和價格會大幅度攀升，這些弱點嚴重制約了天然氣計量及管網(wǎng)輸配管理向著“精確、穩(wěn)定、智能、高效”的方向發(fā)展。

為了克服機械式計量儀表的缺點，現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了超聲波流量計，利用超聲波信號進行氣體流量的檢測，例如授權(quán)公告號為CN102914334B的發(fā)明專利文獻公開了一種插入式超聲波氣體流量計，包括使用時插入待測氣體管路中的換能器固定架，在換能器固定架上固設(shè)有用于測量超聲波在待測氣體中順流傳播時的順流時間和逆流傳播時的逆流時間的超聲波換能器組，還包括使用時布置在待測氣體管路的與所述超聲波換能器組相對應的管段處、且與該管段相連通并供該管段中的待測氣體自由擴散的靜速容器，在靜速容器上布置用于在靜速管中測量超聲波傳播速度的超聲波換能器。

但是該發(fā)明專利文獻中，靜速管需要插入氣體管路中進行氣體流量的測量，靜速管本身會對氣體流動造成擾動，從而引起流量測量的誤差。

為了滿足天然氣計量及管網(wǎng)輸配管理的發(fā)展需求，需要提供一種智能化的超聲波流量計，以實現(xiàn)對天然氣流量的精確測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種超聲波流量計，能夠?qū)怏w流量進行精確測量，對氣體管網(wǎng)狀態(tài)進行實時監(jiān)控，對輸配異常進行及時響應，尤其適合于天然氣的輸配管理。

一種超聲波流量計，所述超聲波流量計包括繞氣體管道周向布置的三對超聲波收發(fā)裝置，其中一對超聲波收發(fā)裝置所形成的超聲波傳播路徑與氣體管道的中心線相交，其余兩對超聲波收發(fā)裝置所形成的超聲波傳播路徑相互平行，且對稱分布在氣體管道中心線的兩側(cè)。

一對超聲波收發(fā)裝置所形成的超聲波為一束，本發(fā)明中以該束超聲波的中軸線作為相應的超聲波傳播路徑。

本發(fā)明中在氣體管道周向布置三對超聲波收發(fā)裝置，每個超聲波收發(fā)裝置都具有接收和發(fā)射超聲波的功能，本發(fā)明中各超聲波收發(fā)裝置環(huán)繞氣體管道布置，伸入氣體管道中的部分非常小，不會對氣體流動狀態(tài)造成干擾。

為了準確測量超聲波的傳播時間，并兼顧測量的效率，優(yōu)選地，每對超聲波收發(fā)裝置所形成的超聲波傳播路徑與氣體管道的中心線的夾角為30～60度。相互平行的兩條超聲波傳播路徑共平面，另一對超聲波的傳播路徑與該平面僅有一個交點。

每次測量氣體流量時，三對超聲波收發(fā)裝置依次輪流發(fā)射和接收超聲波信號，每對超聲波收發(fā)裝置獲取對應的一組超聲波回波信號，每組回波信號對應得到一個超聲波與氣體同向傳輸?shù)捻樝騻鬏敃r間，和一個超聲波與氣體反向傳輸?shù)哪嫦騻鬏敃r間。

所述超聲波流量計還包括：

控制單元，用于處理超聲波收發(fā)裝置采集的信息，并輸出氣體流量。

通過控制單元控制超聲波收發(fā)裝置的超聲波發(fā)射和接收，超聲波收發(fā)裝置依據(jù)控制單元的指令，完成超聲波收發(fā)通道的選取，并進行超聲波的發(fā)射和接收。超聲波收發(fā)裝置的收發(fā)次序可以通過預先的程序進行設(shè)定，也可以經(jīng)后續(xù)人為設(shè)置。

作為優(yōu)選，所述控制單元包括以下模塊：

接收模塊，用于根據(jù)回波信號的采樣數(shù)據(jù)計算超聲波回波信號的最大幅值V₀；

判斷模塊，用于判斷最大幅值V₀是否處于幅值范圍[V_L,V_H]內(nèi)，并輸出判斷結(jié)果；

V_H為氣體流量達到超聲波流量計量程上限時，超聲波回波信號的最大幅值與第一裕量的加和；

V_L為氣體流量達到超聲波流量計量程下限時，超聲波回波信號的最大幅值與動態(tài)調(diào)整幅值增益最大值的乘積和第二裕量的差值；

調(diào)整模塊，用于依據(jù)判斷模塊的輸出結(jié)果，調(diào)整最大幅值V₀，并輸出調(diào)整結(jié)果；

若判斷模塊的輸出結(jié)果為：最大幅值V₀處于幅值范圍[V_L,V_H]內(nèi)，則不進行調(diào)整；

若判斷模塊的輸出結(jié)果為：最大幅值V₀不處于幅值范圍[V_L,V_H]內(nèi)，則利用式V＝A_(x)·V₀計算最大幅值V，使調(diào)整后的最大幅值V處于幅值范圍[V_L,V_H]內(nèi)，A_(x)為動態(tài)調(diào)整幅值增益；

時間模塊，用于依據(jù)調(diào)整結(jié)果，確定回波信號的基準時刻；

若最大幅值為V₀，則使用回波信號中第二個波與第一觸發(fā)閾值V_TH0相交的較小時刻作為超聲波的基準時刻，計算超聲波的傳輸時間；

若最大幅值為V，則使用回波信號中第二個波與第二觸發(fā)閾值V_TH相交的較小時刻作為超聲波的基準時刻，計算超聲波的傳輸時間；

計算模塊，用于依據(jù)回波信號的基準時刻，計算各超聲波收發(fā)裝置對應的初始氣體流速，并對各初始氣體流速進行加權(quán)平均，得到氣體流速，并結(jié)合氣體管道截面積計算得到氣體流量。

第二個波與第一觸發(fā)閾值V_TH0具有兩個交點，每個交點對應一個時刻， 以較小時刻作為超聲波的基準時刻；同理，第二個波與第二觸發(fā)閾值V_TH具有兩個交點，每個交點對應一個時刻，以較小時刻作為超聲波的基準時刻。

作為優(yōu)選，第一裕量的范圍為可被正確識別的超聲波回波信號的最大幅值(流量計在量程上限時超聲波回波信號的最大幅值)的5～10％，第二裕量的范圍為可被正確識別的超聲波回波信號的最大幅值(流量計在量程下限時超聲波回波信號的最大幅值)的5～10％。

不同測量條件下，超聲波回波信號的最大幅值V₀不盡相同，將超聲波流量計量程內(nèi)超聲波回波信號最大幅值的范圍[V_0min,V_0max]劃分成多個區(qū)間，每個區(qū)間范圍內(nèi)的回波信號對應一個第一觸發(fā)閾值V_TH0。通常，第一觸發(fā)閾值V_TH0為最大幅值V₀的20～40％。第二觸發(fā)閾值V_TH的計算方式為：V_TH＝A_(x)·V_TH0。即將最大幅值V₀擴大A_(x)倍后得到V時，相應的第二觸發(fā)閾值V_TH也由第一觸發(fā)閾值V_TH0擴大A_(x)倍得到。

本發(fā)明提供的超聲波流量計為智能電子設(shè)備，計量精度高(至少達到和機械表相同的精度)、設(shè)備穩(wěn)定性好、維護成本低，同時還集成了故障自診斷及各類數(shù)據(jù)遠傳功能，使得燃氣公司能夠?qū)μ烊粴夤芫W(wǎng)狀態(tài)進行實時監(jiān)控、對燃氣輸配進行遠程管理、對異常狀態(tài)進行及時響應，能有效提高燃氣公司對燃氣管網(wǎng)的信息化管理水平。

附圖說明

圖1a為本發(fā)明超聲波流量計的示意圖；

圖1b為圖1a中的A向示意圖；

圖1c為圖1b中的B向示意圖；

圖1d為超聲波流量計中超聲波傳播路徑穿過管道中心線的超聲波收發(fā)裝置的剖視圖；

圖2為本發(fā)明超聲波流量計的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明超聲波流量計的工作流程示意圖；

圖4為時間測量的流程示意圖；

圖5為原始回波信號示意圖；

圖6為調(diào)整之后的回波信號示意圖；

圖7為超聲波傳輸時間計算示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明超聲波流量計做詳細描述。

以含有三對超聲波收發(fā)裝置為例，如圖1a、圖1b、圖1c、圖1d所示，本發(fā)明提供的超聲波流量計包括三對超聲波探頭(即超聲波收發(fā)裝置)，分別為超聲波探頭11和超聲波探頭12，超聲波探頭21和超聲波探頭22，超聲波探頭31和超聲波探頭32，其中超聲波探頭11和超聲波探頭12的超聲波傳播路徑與氣體管道的中心線相交，其余兩對超聲波探頭形成的超聲波傳播路徑相互平行，且對稱分布在氣體管道中心線的兩側(cè)，每對超聲波探頭所形成的超聲波傳播路徑與氣體管道的中心線的夾角均為60度，超聲波探頭21和超聲波探頭31的距離小于待測氣體流量管道的直徑，且可以依據(jù)需要進行選擇。

圖1a中，超聲波探頭32和超聲波探頭22重合，超聲波探頭31和超聲波探頭21重合，圖1c中省略超聲波探頭11和超聲波探頭12。

每個超聲波收發(fā)裝置中包括帶通濾波、可編程增益以及信號采樣三部分功能電路，通過采樣-調(diào)整-采樣的循環(huán)過程完成超聲波回波信號的調(diào)整，得到能夠被正確識別的超聲波回波。

帶通濾波功能電路通過選頻功能，在保證超聲波回波信號無損通過的同時，能濾除回波信號中的雜波，以保證后級的可編程增益電路能夠獲得較純凈的超聲波回波信號。

除了超聲波收發(fā)裝置，如圖2所示，超聲波流量計還包括：控制單元、電源模塊、輸入模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、無線通信模塊、顯示模塊、工況采集模塊、輸出模塊。

電源模塊用于向超聲波流量計的各個用電單元提供電源輸出，電源模塊的輸入為4.5～16V寬電壓范圍的直流電源，利用轉(zhuǎn)換電路分別向超聲波流量計各用電單元供電。直流電源輸入可以利用外接電源，也可以由超聲波流量計內(nèi)部的電池供給。

本發(fā)明提供的超聲波流量計包含兩種模式，一種為測量氣體流量時的工作模式，另一種為停止氣體測量時的低功耗模式，控制單元控制超聲波流量計在兩種模式之間自動切換，自動切換過程可以事先通過程序設(shè)定，也可以利用輸入模塊手工輸入。

電源模塊向各用電單元供電的過程受控于控制單元，控制單元依據(jù)超聲波流量計的工作模式和低功耗模式的不同，向電源模塊發(fā)送控制信號，協(xié)調(diào)超聲波流量計以最低的功耗有效運行，即需要工作的用電單元供電，而不需要工作的用電單元停止供電。

控制單元為超聲波流量計數(shù)據(jù)處理以及各組成部分功能控制的核心部分，采用STM32微處理器，超聲波流量計工作時，除了處理超聲波收發(fā)裝置采集的信息，實現(xiàn)氣體流量的計算以及體積修正，還進行數(shù)據(jù)的存儲管理、數(shù)據(jù)與其余設(shè)備的信息交互控制，控制顯示模塊的功能顯示、輸入模塊的指令輸入、模式的切換、工況數(shù)據(jù)的采集以及信號輸出。

超聲波收發(fā)裝置中的可編程增益功能電路與控制單元之間通過SPI接口進行通信，根據(jù)控制單元的指令對回波信號進行幅度調(diào)整，采樣電路對超聲波回波信號進行采樣，并將采樣后的數(shù)據(jù)通過SPI接口送至控制單元，控制單元依據(jù)采樣電路的采樣判斷是否需要對超聲波回波信號進行調(diào)整。

控制單元通過RS485接口與上位機進行通信，使管理員能夠通過上位機將系統(tǒng)時間、模式、運行過程參數(shù)、體積修正表等參數(shù)下發(fā)至控制單元，也可以通過命令查詢向控制單元獲取系統(tǒng)當前的溫度、壓力、流量、超聲波聲速等狀態(tài)信息，還可以向系統(tǒng)下發(fā)休眠/喚醒等控制命令實現(xiàn)系統(tǒng)在工作模式和低功耗模式之間的切換(系統(tǒng)休眠對應低功耗模式，喚醒對應工作模式)。

數(shù)據(jù)存儲模塊包括鐵電存儲器和SPI Flash存儲器兩部分，與控制單元通過SPI接口進行通信，用于系統(tǒng)參數(shù)、各種表項、系統(tǒng)狀態(tài)以及計量數(shù)據(jù)的存儲。

無線通信模塊采用GPRS模塊，通過UART接口與控制單元進行通信，并在控制單元的控制下通過公共的無線通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)設(shè)備與管網(wǎng)管理中心的信息交互，完成計量數(shù)據(jù)的上傳，以及管網(wǎng)管理中心的控制指令的接 收。

輸入模塊采用霍爾傳感器實現(xiàn)非接觸式按鍵功能，用于輸入各種指令，例如，系統(tǒng)的休眠/喚醒，菜單控制以及信息查詢等功能。

顯示模塊采用OLED模塊，通過SPI接口與控制單元進行通信，用于顯示系統(tǒng)當前的溫度、壓力、流量、超聲波聲速等測量信息，其中流量包括當前流量、累計流量、計時流量、工況流量、標況流量等多種類型。

輸出模塊通過數(shù)字I/O口以及SPI接口與控制單元進行通信，在控制單元的控制下，輸出數(shù)字脈沖信號以及4～20mA電流環(huán)信號，其中，數(shù)字脈沖信號以高低電平輸出異常報警等狀態(tài)信號，4～20mA電流環(huán)信號通過輸出量化電流表征具體的系統(tǒng)狀態(tài)。

工況采集模塊包括溫度采集模塊和壓力采集模塊，其中溫度采集模塊通過模擬接口與控制單元進行通信，控制單元根據(jù)采樣得到的溫度數(shù)據(jù)查找數(shù)據(jù)存儲模塊中的溫度轉(zhuǎn)換表，可以得知工作現(xiàn)場溫度以實現(xiàn)氣體流量等數(shù)據(jù)的修正。

壓力采集模塊通過模擬接口與控制單元進行通信，控制單元根據(jù)采樣得到的壓力數(shù)據(jù)查找數(shù)據(jù)存儲模塊中的壓力轉(zhuǎn)換表，可以得知工作現(xiàn)場壓力以實現(xiàn)氣體流量等數(shù)據(jù)的修正。

本發(fā)明利用超聲波流量計測量氣體流量的原理如下：

氣流上游的超聲波探頭發(fā)出的超聲波信號到氣流下游的超聲波探頭接收超聲波信號的過程中，由于氣體流動在超聲波信號的傳輸方向上產(chǎn)生速度分量，會加速超聲波信號的傳輸；氣流下游的超聲波探頭發(fā)出的超聲波信號到氣流上游的超聲波探頭接收超聲波信號的過程中，由于氣體流動在超聲波信號的傳輸方向上產(chǎn)生速度分量，會減慢超聲波信號的傳輸，利用超聲波信號在順氣體流向以及逆氣體流向中傳輸時間的不同來計算氣體流量。

如圖1d所示，圖中L為上下游超聲波探頭的直線距離，D為管道直徑，θ為超聲波傳輸路徑與測定管中心線的夾角，V為氣體的平均流速，t₁為超聲波順向傳輸時間，t₂為超聲波逆向傳輸時間，則有：

由式(Ⅰ)和式(Ⅱ)可得：

由于流量＝流速*橫截面積，由流速計算流量的表達式如下：

其中，C表示超聲波的傳播速度；A表示測定管的橫截面積。

由式(Ⅳ)可以看到氣體流速跟超聲波傳播速度沒有關(guān)系，因此，可以避免由于溫度、壓力等因素的差異引起超聲波傳播速度變化，而導致氣體流量計量出現(xiàn)偏差。

氣體在管道中流動時，由于管壁摩擦等因素的影響，在管道橫截面上的流速存在差異，直接通過公式(Ⅳ)獲得的氣體流量需要修正之后，才能夠真實地反應氣體的實際流量，為了提高計量的精度，本發(fā)明采用三對共六個超聲波收發(fā)裝置對多點流速進行采樣，然后通過加權(quán)平均的方法計算得到氣體流量，并對氣體流量進行修正，以逼近真實的氣體流量。

由計算過程可知，測量氣體流量的關(guān)鍵在于，準確測量超聲波的傳輸時間，為了保證氣體流量測量的準確性，因此，本發(fā)明中的控制單元包括以下模塊：

接收模塊，用于根據(jù)回波信號的采樣數(shù)據(jù)計算超聲波回波信號的最大幅值V₀；

判斷模塊，用于判斷最大幅值V₀是否處于幅值范圍[V_L,V_H]內(nèi)，并輸出判斷結(jié)果；

V_H為氣體流量達到超聲波流量計量程上限時，超聲波回波信號的最大幅值與第一裕量的加和；

V_L為氣體流量達到超聲波流量計量程下限時，超聲波回波信號的最大幅值與動態(tài)調(diào)整幅值增益最大值的乘積和第二裕量的差值；

調(diào)整模塊，用于依據(jù)判斷模塊的輸出結(jié)果，調(diào)整最大幅值V₀，并輸出調(diào)整結(jié)果；

若判斷模塊的輸出結(jié)果為：最大幅值V₀處于幅值范圍[V_L,V_H]內(nèi)，則不進行調(diào)整；

若判斷模塊的輸出結(jié)果為：最大幅值V₀不處于幅值范圍[V_L,V_H]內(nèi)，則利用式V＝A_(x)·V₀計算最大幅值V，使調(diào)整后的最大幅值V處于幅值范圍[V_L,V_H]內(nèi)，A_(x)為動態(tài)調(diào)整幅值增益；

如圖5所示，最大幅值V₀不處于幅值范圍[V_L,V_H]內(nèi)，則進行幅值調(diào)整，如圖6所示，使最大幅值V處于幅值范圍[V_L,V_H]內(nèi)，圖6中A點對應為超聲波的基準時刻。

時間模塊，用于依據(jù)調(diào)整結(jié)果，確定回波信號的基準時刻；

若最大幅值為V₀，則使用回波信號中第二個波與第一觸發(fā)閾值V_TH0相交的較小時刻作為超聲波的基準時刻，計算超聲波的傳輸時間；

若最大幅值為V，則使用回波信號中第二個波與第二觸發(fā)閾值V_TH相交的較小時刻作為超聲波的基準時刻，計算超聲波的傳輸時間；

計算模塊，用于依據(jù)回波信號的基準時刻，計算各超聲波收發(fā)裝置對應的初始氣體流速，并對各初始氣體流速進行加權(quán)平均，得到氣體流速，并結(jié)合氣體管道截面積計算得到氣體流量。

第一裕量為可被正確識別的超聲波回波信號的最大幅值(流量計在量程上限時超聲波回波信號的最大幅值)的5％，第二裕量的范圍為可被正確識別超聲波回波信號的最大幅值(流量計在量程下限時超聲波回波信號的最大幅值)的5％。

將超聲波流量計量程內(nèi)超聲波回波信號最大幅值的范圍[V_0min,V_0max]劃分成多個區(qū)間，每個區(qū)間范圍內(nèi)的回波信號對應一個第一觸發(fā)閾值V_TH0。

回波信號的最大幅值V₀與第一觸發(fā)閾值V_TH0的對應關(guān)系依據(jù)經(jīng)驗獲得，并預先存儲在數(shù)據(jù)存儲模塊中，使用時通過查找數(shù)據(jù)存儲模塊中的觸發(fā)閾值表，來確定第一觸發(fā)閾值V_TH0，第二觸發(fā)閾值V_TH的計算方式如下：V_TH＝A_(x)·V_TH0。

為了準確地獲取超聲波的傳輸時間，本發(fā)明中放棄使用容易被噪聲淹沒的回波信號中的第一個波(接收到的超聲波回波信號中第一個完整周期 為第一個波，第二個完整周期為第二個波，依次類推)，而是使用第二個波進行超聲波基準時刻的判斷，由于第二個波的幅值與相鄰兩個波差異顯著，利用第二個波作為超聲波基準時刻的判斷，能夠提高穩(wěn)定性。

當接收的回波信號經(jīng)過一定周期的調(diào)整之后，仍無法將幅值調(diào)整至所需的范圍，則判定相應的超聲波收發(fā)裝置異常，將暫時關(guān)閉該超聲波收發(fā)通道(兩個位置相對的超聲波收發(fā)裝置構(gòu)成一個超聲波收發(fā)通道)，若該通道多次被判定為異常，則將永久關(guān)閉該通道，若通道關(guān)閉，則進行異常報警，以便管理人員進行處理，由于采用了三對共六個超聲波收發(fā)裝置，除了具有較高的魯棒性，任意一個通道的關(guān)閉也不會明顯影響計量精度。

本發(fā)明中幅值調(diào)整的目的在于保證基準時刻的唯一存在，然后利用唯一的基準時刻進行超聲波接收時刻的計算，幅值調(diào)整完成后，得到如圖7所示的超聲波回波信號，利用式t＝T₂-T₀-n·T計算超聲波傳輸時間，式中，T₀為超聲波發(fā)送的時刻；n為T₁與T₂之間回波信號的周期個數(shù)，T為超聲波回波信號的周期。

如圖3所示，本發(fā)明提供的超聲波流量計使用時，首先由控制單元和電源模塊配合完成系統(tǒng)的上電和初始化，系統(tǒng)的上電過程為：電源模塊首先對能夠保證控制單元正常工作的最小系統(tǒng)進行上電，控制單元的最小系統(tǒng)正常工作后，控制單元控制電源模塊向其余用電單元進行上電。

系統(tǒng)完成上電后，在控制單元的控制下，自動對系統(tǒng)各功能模塊進行通信和狀態(tài)檢測，檢測完成后，若系統(tǒng)狀態(tài)正常，則開啟相應的定時程序(定時程序的時間設(shè)定以有效降低系統(tǒng)功耗為目的，計時時間的長度必須大于系統(tǒng)完成一次完整的計量流程所需的時間)進入空閑狀態(tài)，等待相應的中斷指令，若系統(tǒng)狀態(tài)異常，則在控制單元的控制下，由輸出模塊輸出數(shù)字脈沖信號以及4～20mA電流環(huán)信號，進行異常報警。

對于外部供電的設(shè)備，系統(tǒng)在空閑狀態(tài)下，可以進入休眠狀態(tài)以降低系統(tǒng)功耗，也可以不進入休眠狀態(tài)以保證系統(tǒng)的響應速度；對于電池供電的低功耗設(shè)備，所述的空閑狀態(tài)即為休眠的低功耗狀態(tài)，在保證計量精度的情況下降低系統(tǒng)功耗。

在需要時，系統(tǒng)管理員可以通過與控制單元相連的上位機向控制單元 發(fā)布相應的指令，對系統(tǒng)時間、工作模式、運行過程參數(shù)、各種修正表項等進行下發(fā)或修改；系統(tǒng)管理員也可以通過上位機使用查詢命令獲取系統(tǒng)的溫度、壓力、流量等狀態(tài)信息，還可以通過休眠/喚醒指令控制系統(tǒng)進行工作狀態(tài)的切換。

當定時程序的一個計時周期耗盡時，系統(tǒng)會產(chǎn)生相應的定時中斷以開啟一個計量流程和一個計量周期，在每個計量流程中，控制單元一方面依據(jù)超聲波收發(fā)裝置的回波信號完成傳輸時間的計算，另一方面通過溫度測量模塊和壓力測量模塊進行AD采樣，并查詢數(shù)據(jù)存儲模塊中相應的轉(zhuǎn)換表項以獲得工作現(xiàn)場溫度、壓力等工況信息，然后控制單元根據(jù)獲得的時間、溫度和壓力等參數(shù)進行數(shù)據(jù)處理，以完成氣體流量的計量以及修正；獲得有效的計量數(shù)據(jù)后，按要求完成數(shù)據(jù)的存儲，結(jié)束本次計量流程。

在每個計量流程中，控制單元控制超聲波收發(fā)裝置依據(jù)所需要的次序進行超聲波的發(fā)射和接收，如圖4所示，首先，控制單元依據(jù)一個計量流程中能夠以最快的速度獲得全部所需的有效時間數(shù)據(jù)為原則，選取超聲波收發(fā)裝置進行超聲波的發(fā)射，對應的超聲波收發(fā)裝置進行回波信號的接收，回波信號接收后，由控制單元控制采樣電路采樣，并判斷回波信號的最大幅值是否在[V_L,V_H]范圍內(nèi)，如果最大幅值在[V_L,V_H]范圍內(nèi)，則得到超聲波的基準時刻，如果最大幅值不在[V_L,V_H]范圍內(nèi)，則對最大幅值進行增益調(diào)整，以獲得超聲波的基準時刻，獲得超聲波的基準時刻后，計算對應的超聲波接收時間，超聲波收發(fā)裝置通過中斷信號告知控制單元讀取時間數(shù)據(jù)，獲得一次有效地時間數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)記錄在存儲模塊中后，本次精確時間測量流程結(jié)束。

每次計量流程完成后，控制單元依據(jù)系統(tǒng)當前溫度、壓力、氣體流量以及超聲波聲速等測量信息，判定是天然氣管網(wǎng)否存在異常情況；若系統(tǒng)狀態(tài)正常，則系統(tǒng)工作流程進入下一級；若存在異常情況，則進行異常標志存儲，并可通過輸出模塊輸出數(shù)字脈沖信號及4-20mA電流環(huán)信號，進行異常報警；其中，數(shù)字脈沖信號以高低電平傳輸異常報警等狀態(tài)信號，4-20mA電流環(huán)信號通過輸出量化電流表征具體的系統(tǒng)狀態(tài)，對于外部供電的設(shè)備，也可以通過無線通信模塊進行遠程異常報警。

如果系統(tǒng)采用外部供電，根據(jù)需要，可通過無線通信模塊與管理中心建立實時的無線通信連接，以完成計量數(shù)據(jù)及系統(tǒng)狀態(tài)等的實時上傳。

系統(tǒng)在運行的過程中，可以通過輸入模塊和顯示模塊的配合進行系統(tǒng)的休眠/喚醒、菜單控制、計量數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息查詢等功能。

超聲波流量計不進行氣體測量時，系統(tǒng)進入空閑狀態(tài)。

上述實施方式為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何在未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的修改、替代、組合、裁剪，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。