本發(fā)明屬于水表誤差校正，尤其涉及一種超聲波水表在線零漂校正方法。

背景技術(shù)：

1、超聲波水表在應(yīng)用過程中，由于換能器的結(jié)構(gòu)特性容易發(fā)生器件老化現(xiàn)象，同時由于水質(zhì)的原因和換能器表面的附著特性會發(fā)生表面污損現(xiàn)象，此時往往會產(chǎn)生一定程度的零漂現(xiàn)象。在發(fā)生零漂后，往往計量特性會發(fā)生一定改變，計量結(jié)果會產(chǎn)生一定的誤差，此時用戶和水表所屬單位均無法及時掌握水表零漂的當前狀態(tài)，給準確用水計量帶來了較大程度的困擾。目前一般在水表出廠過程中針對水表進行零漂數(shù)值的一個糾正，但這種方法的缺點是此時的糾正數(shù)值往往是針對溫漂的一個補償，并未考慮換能器老化和表面污損等原因造成的零漂，此時超聲波水表已經(jīng)出廠并在管路上安裝，水表的安裝環(huán)境無法預(yù)估，零漂的大小無法通過預(yù)測準確的得到和補償。還有一種方法是對每臺水表定期安排人員進行現(xiàn)場測試和校準，但是這種方式需要耗費較大的人力和時間，并且難以避免在大批量校準和測試過程中的人為失誤，同時由于現(xiàn)場并非標準測試環(huán)境，測量的數(shù)值往往會難以達到預(yù)期的計量效果，因此難以實現(xiàn)零漂的精確補償。

2、目前針對超聲波水表的零漂處理技術(shù)一般聚焦于水表出廠前的環(huán)節(jié)，主要聚焦于濾除干擾，平滑波動等操作。其中零漂由于上下行時間的擾動造成時，可通過滑動平均濾波算法和卡爾曼濾波算法實現(xiàn)。但零點漂移往往跟換能器污損程度度和換能器的老化程度存在一定關(guān)系，出廠前的預(yù)測校準方案往往無法反映真實的采集環(huán)境和誤差。目前針對超聲波水表的在線零漂處理技術(shù)研究較少，其中cn202211503187公開了《一種降低超聲波水表零點漂移的方法》，主要通過在線自調(diào)節(jié)工作頻率，達到降低超聲波水表零漂的目的，但這種方式針對換能器阻抗特性引起的零漂問題，只能定性的減少頻率漂移造成的零漂的量值，無法定量的測試零漂數(shù)值大小并精確補償。此外，cn201510942062.9公開了《一種自動校正零點漂移的超聲波水表及其校正》增加了零流量輔助校正換能器組，通過信號處理與顯示裝置利用測量用換能器組和輔助換能器組測得的時間差進行校正，但這種方式實現(xiàn)增加了換能器組，實現(xiàn)較為復(fù)雜，同時使用輔助換能器測量零漂數(shù)值并將該值做為測量用換能器組的零漂，這種做法無法反映測量用換能器組表面粘附污物和被水中砂石長期打磨造成的厚度變化對零漂數(shù)據(jù)的影響，僅能局部反映精密計時芯片因時間漂移出現(xiàn)的變化。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提供了一種超聲波水表在線零漂校正方法，基于與超聲波水表主體一體設(shè)置的u型管道，所述u型管道的底部橫管段水平設(shè)置，內(nèi)置有超聲換能器，u型管道的兩個垂直端上部分別加入閥門，分別是入口閥門和出口閥門；所述超聲換能器和閥門均通過超聲波水表主體內(nèi)置控制芯片進行開關(guān)控制，所述超聲波水表主體通過通信模塊與物聯(lián)網(wǎng)平臺終端連接；

2、所述校正方法包括以下過程：

3、獲取初始化過程中時間和的實際補償值及零漂誤差，所述時間和為超聲上行傳播時間和下行傳播時間的時間和；

4、s1，接收校正指令后，先關(guān)閉入口閥門，再等待若干時間，使得氣泡及時排出后，關(guān)閉出口閥門，使內(nèi)部處于靜水狀態(tài)；

5、s2，獲取管段內(nèi)靜水的溫度信息，獲得對應(yīng)的聲速數(shù)據(jù)；

6、s3，結(jié)合時間和的補償值，利用聲速數(shù)據(jù)和超聲波水表的流道長度參數(shù)計算出上行傳播時間與下行傳播時間和的理論值；

7、s4，啟動超聲換能器，接收的超聲信號經(jīng)過濾波環(huán)節(jié)和放大環(huán)節(jié)后通過時間計數(shù)方法獲得上行時間和下行時間，計算上行時間和下行時間時間和的測量值；

8、s5，基于和，求取差值δsum，若其絕對值小于閾值則進入s6，若其值大于閾值則進入s1過程，重新測試；

9、s6，計算新的零漂數(shù)值，替換之前初始化獲取的零漂誤差；

10、

11、此時的和與s4實際測量時的一致；

12、s7，基于新的零漂數(shù)值，計算真實累積流量。

13、優(yōu)選的，所述獲取初始化過程中時間和的補償值，具體過程為：

14、獲得聲道的長度l，并使用溫度計測量出初始化時的溫度，通過查表法或使用超聲波與溫度關(guān)系的近似解析式計算出此時的聲速大小，近似解析式為：

15、c=1468+3.68(t-10)-0.0279(t-10)2

16、此時c為求解的聲速，單位為米/秒，?t為初始化時測量的溫度，單位為℃；

17、通過時間芯片測量出初始化時上行傳播時間和下行傳播時間的實際值，對二者求和，求和的公式為：

18、

19、時間和的補償值的計算公式為：

20、

21、從而獲取初始化過程中時間和的補償值。

22、優(yōu)選的，所述s2中，是利用設(shè)置于底部橫管段的溫度傳感器獲取管段內(nèi)靜水的溫度信息，并根據(jù)溫度信息和純水中的聲速表進行查表，獲得聲速信息；

23、或根據(jù)超聲波在純水中的速度與溫度對應(yīng)公式，對應(yīng)使用超聲波與溫度關(guān)系的近似解析式計算出此時的超聲波的速度。

24、優(yōu)選的，所述s3的計算過程為：

25、=+≈2*+

26、此時l代表超聲波流量計聲道的長度；為超聲波在水中的當前傳播速度；為水在管道中的流動速度。

27、優(yōu)選的，所述s5中的閾值為100ps。

28、優(yōu)選的，所述s7的具體過程為：

29、計算水在管道中的流動速度的校正值：

30、

31、其中，為通過靜水環(huán)境重新計算得到新的零漂數(shù)值，l為超聲波傳播聲道的長度，超聲波上行傳播和下行傳播的聲道長度一致，此時為超聲波在水中的當前傳播速度；

32、然后計算體積瞬時流量的校正值：

33、

34、k為流量系數(shù)，用于修正瞬時流量誤差，一般通過校表裝置實流測試給出，而為管道的直徑大小。

35、最后計算累積流量的校正值：

36、

37、其中，為積分時間常數(shù)，按照檢測的頻率對時間進行等分，頻率單位為次/秒。

38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

39、本發(fā)明提出了一種帶有入口閥門和出口閥門的新型u型超聲波水表結(jié)構(gòu)，可通過上位機發(fā)出指令進行開關(guān)閥動作，從而實現(xiàn)本發(fā)明的校正方法；通過上位機平臺按照一定的時間周期發(fā)送零漂校準信號，超聲波水表可以通過無線網(wǎng)絡(luò)接收到校準信號后實時啟動零漂校準流程，方便快捷。

40、本發(fā)明通過簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計和算法實現(xiàn)了對換能器老化和表面污損等原因造成的零漂問題系統(tǒng)性的測量，實現(xiàn)了在線周期性的測量零漂數(shù)值并進行補償，充分解決了超聲波水表在運行一段時間后測量性能和精度下降的問題，可進一步提高在水表長期運行過程中的計量精度。在測量過程中，為了營造靜水可測量環(huán)境，利用兩個閥門的開關(guān)以及上下行時間和的計算，充分排除管道氣泡等對零漂測量的影響，進一步擴大了本專利的應(yīng)用場景和環(huán)境。

技術(shù)特征：

1.一種超聲波水表在線零漂校正方法，其特征在于：基于與超聲波水表主體一體設(shè)置的u型管道，所述u型管道的底部橫管段水平設(shè)置，內(nèi)置有超聲換能器，u型管道的兩個垂直端上部分別加入閥門，分別是入口閥門和出口閥門；所述超聲換能器和閥門均通過超聲波水表主體內(nèi)置控制芯片進行開關(guān)控制，所述超聲波水表主體通過通信模塊與物聯(lián)網(wǎng)平臺終端連接；

2.如權(quán)利要求1所述的一種超聲波水表在線零漂校正方法，其特征在于：所述獲取初始化過程中時間和的補償值，具體過程為：

3.如權(quán)利要求1所述的一種超聲波水表在線零漂校正方法，其特征在于：所述s2中，是利用設(shè)置于底部橫管段的溫度傳感器獲取管段內(nèi)靜水的溫度信息，并根據(jù)溫度信息和純水中的聲速表進行查表，獲得聲速信息；

4.如權(quán)利要求1所述的一種超聲波水表在線零漂校正方法，其特征在于：所述s3的計算過程為：

5.如權(quán)利要求1所述的一種超聲波水表在線零漂校正方法，其特征在于：所述s5中的閾值為100ps。

6.如權(quán)利要求1所述的一種超聲波水表在線零漂校正方法，其特征在于，所述s7的具體過程為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種超聲波水表在線零漂校正方法，屬于水表誤差校正技術(shù)領(lǐng)域。提出一種帶有入口閥門和出口閥門的新型U型超聲波水表結(jié)構(gòu)，通過上位機平臺按照一定的時間周期發(fā)送零漂校準信號，超聲波水表接收到校準信號后實時啟動零漂校準流程，方便快捷。在測量過程中，為了營造靜水可測量環(huán)境，利用兩個閥門的開關(guān)以及上下行時間和的計算，充分排除管道氣泡等對零漂測量的影響。本發(fā)明通過簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計和算法實現(xiàn)了對換能器老化和表面污損等原因造成的零漂問題系統(tǒng)性的測量，實現(xiàn)了在線周期性的測量零漂數(shù)值并進行補償，充分解決了超聲波水表在運行一段時間后測量性能和精度下降的問題，可進一步提高在水表長期運行過程中的計量精度。

技術(shù)研發(fā)人員：李士波,馮建科,王國濤,于明,邢安知,董振亮
受保護的技術(shù)使用者：青島乾程科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/4