一種超聲波熱能計量裝置的自愈式精度修正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于熱能計量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超聲波熱能計量的自愈式精度修正方 法，特別是一種用來提高測量精度、穩(wěn)定性和可靠性的修正技術(shù)。
【背景技術(shù)】：
[0002] 目前，集中供熱和熱量的分戶計量作為節(jié)能減排和改善人民生活質(zhì)量的重要社會 事業(yè)早已成為供熱界的共識，并逐步提上各級政府的議事日程；國家從2001年開始，即從 熱力體制改革和供熱計量入手，出臺了若干文件和政策規(guī)定，積極推廣熱量分戶計量體制， 特別是近兩年來，國家對推廣先進的熱計量方法的工作越來越重視，要求越來越規(guī)范；新建 住宅分戶安裝熱能計量裝置已成為工程驗收必要條件；在現(xiàn)有技術(shù)中，超聲波熱能計量裝 置是主要用于供熱計量的專用儀表，2000年以后由歐洲引入國內(nèi)，限于當(dāng)時的芯片水平和 國內(nèi)仿制廠家的技術(shù)水平，所生產(chǎn)的熱能表在計量準確度、穩(wěn)定性和工況使用方面都出現(xiàn) 很多問題，不能真正滿足國內(nèi)的分戶計量要求，很多城市經(jīng)過近兩年的安裝試點，紛紛決定 不再采用國內(nèi)表，原因在于經(jīng)過1-2個采暖季后，超聲波熱能計量裝置會出現(xiàn)精度超差，甚 至無法正常工作；長期以來，超聲波熱能計量裝置的精度穩(wěn)定性問題，一直是困擾業(yè)界專家 的首要難題，國內(nèi)外技術(shù)專家和學(xué)者，試圖通過加強電子元器件電學(xué)檢驗、高低溫老化和換 能器配對等形式提高測量精度和穩(wěn)定性，但無法從根本上消除時間漂移的影響，而且出產(chǎn) 的產(chǎn)品雖然出廠時合格，但在工作狀況下精度逐漸超差；由于超聲波熱能計量裝置的精度 測量非單一物理量的測量，影響精度的因素復(fù)雜，相互交叉影響；因此，分析各種因素建立 正確的物理模型、選擇合理的電路設(shè)計和芯片應(yīng)用是基礎(chǔ)環(huán)節(jié)；對采樣方法的分析和正確 選擇、數(shù)據(jù)的采集處理及修正方法等，建立可靠準確的數(shù)學(xué)模型是解決誤差的最終手段；因 此，尋求設(shè)計一種對超聲波熱能計量裝置的測量精度進行自愈式修正的技術(shù)方法，從根本 上解決計量精度超差的問題，以提尚超聲波熱能計量的精度、穩(wěn)定性和可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，結(jié)合實際需求，提出設(shè)計一種超聲 波熱能計量的自愈式精度修正方法，以解決現(xiàn)有超聲波熱能計量裝置由于電子電路物理 不對稱、時間漂移、管道氣泡和現(xiàn)場噪聲等原因造成測量誤差較大，嚴重影響測量精度的問 題，減少外圍電路，簡化生產(chǎn)工藝，降低整機的功耗，保證測量精度。
[0004] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明涉及的超聲波熱能計量的自愈式精度修正方法， 其主要工藝步驟包括：
[0005] (1)先對超聲波熱能計量裝置進行硬件裝配，選用常規(guī)的TG840主控芯片和 TDC-GP22時間芯片，TG840主控芯片以Cortex-M3為內(nèi)核，具有運算處理功能，使整個計量 裝置的性能得到提升，TDC-GP22時間芯片具有雙精度模式45ps或四精度模式22ps功能， 實現(xiàn)高精度的時間測量，為后續(xù)的精度測量提供硬件基礎(chǔ)；
[0006] (2)再對芯片進行軟件設(shè)計和裝載，在芯片中編入常規(guī)的超聲波熱能計量裝置靜 態(tài)零點時差歸零的算法程序，能夠用某一時間段的測量結(jié)果代替整個的時間段，消除靜態(tài) 零占 .
[0007] (3)再在主控和時間芯片中編入常規(guī)的由峰峰值和最小取值法獲得時間差的程 序，消除氣泡和噪聲的信號干擾；實現(xiàn)在一秒鐘內(nèi)采集10次時間，正反向分別從小到大排 序取前5個小數(shù)，反向前五個數(shù)減正向前5個數(shù)；
[0008] (4)在完成步驟（1) (2) (3)的熱能計量裝置硬軟件配置的基礎(chǔ)上，利用計量裝置 已具有的自愈性修正功能實現(xiàn)對超聲波熱能計量裝置進行非線性修正，具體過程為：將流 量公式用泰勒級數(shù)展開法來擬合時間差A(yù)T與流量Q的非線性曲線，根據(jù)泰勒級數(shù)定義將 瞬時流量Q展開得：
[0009]
[0010] 其中k為小于等于1的正整數(shù)，η為正整數(shù)，X。為參數(shù)點；a、b、c分別為泰勒數(shù)展 開式的系數(shù)；再根據(jù)非線性曲線的變化趨勢以及實際計算，采用三階泰勒級數(shù)展開式得到 精確解，選擇七個標定點計算泰勒級數(shù)展開式的系數(shù)a、b、c、d ;標定時，先將超聲波熱能計 量裝置安裝在檢測裝置上，檢測標定流量點的時間值，運行一段時間，得到該流量點對應(yīng)的 時間值A(chǔ) Ti和瞬時流量Qi，依次測量其余標定流量點，得到七組Δ T和Q值，分別代入以下 四元一次方程組求解，得到對應(yīng)的a，b，c，d系數(shù)；
[0011]
[0012] 再將a、b、c、d分別代入瞬時流量Q的三階泰勒級數(shù)展開式，完成對瞬時流量的非 線性修正，實現(xiàn)熱能計量自愈式修正功能。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用零點和最小取值法有效消除熱能計量裝置的電子電 路物理不對稱、時間漂移、管道氣泡和現(xiàn)場噪聲等因素對計量精度的影響；采用泰勒技術(shù)擬 合僅需標定七個流量點，與現(xiàn)有技術(shù)需要標定上百個流量點相比，提高了熱能計量裝置的 生產(chǎn)效率，且精度更高；融入本發(fā)明方法制造的整機結(jié)構(gòu)簡單，原理可靠，測量精度高、工藝 簡單，設(shè)計合理，使用安全可靠，環(huán)境友好。
【具體實施方式】：
[0014] 下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0015] 實施例1 :
[0016] 本實施例涉及的超聲波熱能計量自愈式精度修正方法在超聲波熱能計量裝置中 實現(xiàn)，其具體工藝步驟包括：
[0017] (1)先對超聲波熱能計量裝置進行硬件裝配，選用常規(guī)的TG840主控芯片和 TDC-GP22時間芯片，TG840主控芯片以Cortex-M3為內(nèi)核，具有運算處理功能，使整個計量 裝置的性能得到提升，TDC-GP22時間芯片具有雙精度模式45ps或四精度模式22ps功能， 實現(xiàn)高精度的時間測量，為后續(xù)的精度測量提供硬件基礎(chǔ)；
[0018] (2)再對芯片進行軟件設(shè)計和裝載，在芯片中編入常規(guī)的超聲波熱能計量裝置靜 態(tài)零點時差歸零的算法程序，能夠用某一時間段的測量結(jié)果代替整個的時間段，消除靜態(tài) 零占 .
[0019] (3)再在主控和時間芯片中編入常規(guī)的由峰峰值和最小取值法獲得時間差的程 序，消除氣泡和噪聲的信號干擾；實現(xiàn)在一秒鐘內(nèi)采集10次時間，正反向分別從小到大排 序取前5個小數(shù)