超聲波水表的流量計(jì)量方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超聲波水表的流量計(jì)量方法和系統(tǒng)。所述方法包括：估算出本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍，包括：獲取零流量超聲波時(shí)間差，檢測(cè)所述零流量超聲波時(shí)間差是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；若是，使用卡爾曼濾波方法對(duì)所述零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行估算，得到零流量時(shí)間差估算值；由所述零流量時(shí)間差估算值得出本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍：(零流量時(shí)間差估算值?設(shè)定第一負(fù)向范圍值)～(零流量時(shí)間差估算值+設(shè)定第一正向范圍值)；若當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差在本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍內(nèi)，得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值為零流量。通過(guò)本發(fā)明，能夠減小靜態(tài)時(shí)間差偏移對(duì)的小流量水流體的測(cè)量一致性的影響，同時(shí)保證超聲波水表對(duì)小流量的測(cè)量精度。
【專利說(shuō)明】
超聲波水表的流量計(jì)量方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及嵌入式系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及超聲波水表的流量計(jì)量方法和超聲 波水表的流量計(jì)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲波水表基于超聲波時(shí)差原理，通過(guò)檢測(cè)超聲波聲束在測(cè)量管內(nèi)流體中順流/ 逆流傳播時(shí)產(chǎn)生的時(shí)差，分析得出流體的流速，從而進(jìn)一步計(jì)算出流體的流量。超聲波水表 為采用工業(yè)級(jí)電子元器件制造而成的全電子水表，與機(jī)械式水表相比，無(wú)任何活動(dòng)部件，任 意角度安裝。
[0003] 目前超聲波水表測(cè)量流速時(shí)存在的主要問(wèn)題為:超聲波水表的靜態(tài)時(shí)間差(又稱 零流量時(shí)間差)不為零，即在測(cè)量管內(nèi)流體為靜止?fàn)顟B(tài)下，得到的超聲波時(shí)間差不為零。超 聲波時(shí)間差是指，逆流超聲波時(shí)間與順流超聲波時(shí)間的差值。通常超聲波水表的靜態(tài)時(shí)間 差在一定的偏移處波動(dòng)(如IOOps處波動(dòng)），且不同超聲波水表靜態(tài)時(shí)間差的偏移不同（可能 從-50ps~200ps)，所述偏移對(duì)小流量的流體的測(cè)量一致性影響較大。測(cè)量一致性是指若干 超聲波水表同時(shí)測(cè)量同一流量時(shí)，測(cè)量精度的波動(dòng)范圍，測(cè)量精度是指水表的流量計(jì)量值 與流量臺(tái)調(diào)試的標(biāo)準(zhǔn)流量值的比值。
[0004] 為了克服超聲波水表的靜態(tài)時(shí)間差的偏移，一般通過(guò)預(yù)先離線測(cè)量流體靜態(tài)時(shí)的 時(shí)間差偏移值，超聲波水表出廠時(shí)，將該偏移值固化到超聲波水表的程序中以濾除靜態(tài)時(shí) 間差偏移的影響。然而，不同超聲波水表的靜態(tài)時(shí)間差的偏移大小不同，采用固化的偏移值 仍然難以保證小流量時(shí)的測(cè)量一致性，同時(shí)也可能降低超聲波水表對(duì)小流量的測(cè)量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于此，本發(fā)明提供一種超聲波水表的流量計(jì)量方法和系統(tǒng)，能夠減小靜態(tài)時(shí)間 差偏移對(duì)的小流量水流體的測(cè)量一致性的影響，同時(shí)保證超聲波水表對(duì)小流量的測(cè)量精 度。
[0006] 本發(fā)明一方面提供超聲波水表的流量計(jì)量方法，包括：
[0007]估算出本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍；
[0008] 若當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差在本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍內(nèi)，得出本水表當(dāng)前 的流量計(jì)量值為零流量;否則，根據(jù)當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差測(cè)算出當(dāng)前流速，并根據(jù)當(dāng)前 流速和本水表測(cè)量管的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值；
[0009] 所述估算出本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍，包括：
[0010] 獲取零流量超聲波時(shí)間差，檢測(cè)所述零流量超聲波時(shí)間差是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；若 是，使用卡爾曼濾波方法對(duì)所述零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行估算，得到零流量時(shí)間差估算值；
[0011] 由所述零流量時(shí)間差估算值得出本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍：（TDiff Jj-Tup)~ (TDiff O+TDown)；
[0012] TDiffO表示所述零流量時(shí)間差估算值，Tup表示設(shè)定第一負(fù)向范圍值，1^_表示設(shè)定 第一正向范圍值。
[0013] 本發(fā)明另一方面還提供超聲波水表的流量計(jì)量系統(tǒng)，包括：
[0014] 偏移范圍估算模塊，用于估算出本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍；
[0015] 流量計(jì)量模塊，用于若當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差在本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍 內(nèi)，得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值為零流量;否則，根據(jù)當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差測(cè)算出當(dāng) 前流速，并根據(jù)當(dāng)前流速和本水表測(cè)量管的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值；
[0016] 所述偏移范圍估算模塊，包括：
[0017] 預(yù)檢測(cè)單元，用于獲取零流量超聲波時(shí)間差，檢測(cè)所述零流量超聲波時(shí)間差是否 在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；
[0018] 偏移值估算單元，用于若所述超聲波時(shí)間差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，使用卡爾曼濾波方法 對(duì)所述零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行估算，得到零流量時(shí)間差估算值；
[0019] 以及，靜態(tài)范圍估算單元，用于由所述零流量時(shí)間差估算值得出本水表當(dāng)前的靜 態(tài)時(shí)間差范圍：（TDiffJ)-TlIp)~（TDiff_Q+TDown);
[0020] TDiffJ)表示所述零流量時(shí)間差估算值，Tup表示設(shè)定第一負(fù)向范圍值，TD_表示設(shè)定 第一正向范圍值。
[0021]上述技術(shù)方案的超聲波水表的流量計(jì)量方法和系統(tǒng)，通過(guò)準(zhǔn)確估算本水表當(dāng)前的 靜態(tài)時(shí)間差范圍；若當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差在本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍內(nèi)，得出本 水表當(dāng)前的流量計(jì)量值為零流量;否則，根據(jù)當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差測(cè)算出當(dāng)前流速，并 根據(jù)當(dāng)前流速和本水表測(cè)量管的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值。通過(guò)上述方案， 能夠減小靜態(tài)時(shí)間差偏移對(duì)的小流量水流體的測(cè)量一致性的影響，同時(shí)保證超聲波水表對(duì) 小流量的測(cè)量精度。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為一實(shí)施例的超聲波水表的流量計(jì)量方法的示意性流程圖；
[0023] 圖2為一實(shí)施例的估算本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍的示意性流程圖；
[0024] 圖3為一實(shí)施例的估算本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差的效果示意圖；
[0025] 圖4為一實(shí)施例的對(duì)當(dāng)前流速進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)氖疽庑粤鞒虉D；
[0026] 圖5為一實(shí)施例的超聲波水表的流量計(jì)量系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0028] 本發(fā)明提供的實(shí)施例包括超聲波水表的流量計(jì)量方法實(shí)施例，還包括相應(yīng)的超聲 波水表的流量計(jì)量系統(tǒng)實(shí)施例。以下分別進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0029] 圖1為一實(shí)施例的超聲波水表的流量計(jì)量方法的示意性流程圖；如圖1所示，本實(shí) 施例的超聲波水表的流量計(jì)量方法包括如下步驟Sl和S2,各步驟詳述如下：
[0030] Sl，估算出本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍；
[0031] 由于在流體為靜止?fàn)顟B(tài)下，通常超聲波時(shí)間差不為零，在一定的偏移出波動(dòng)（如 IOOps處波動(dòng)），且不同水表的偏移程度不同。作為一優(yōu)選實(shí)施方式，參考圖2,本實(shí)施例中對(duì) 當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍的估算方法包括:獲取零流量超聲波時(shí)間差，檢測(cè)所述零流量超聲 波時(shí)間差是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；若是，使用卡爾曼濾波方法對(duì)所述零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行 估算，得到零流量時(shí)間差估算值TD lffJ);由所述零流量時(shí)間差估算值得出本水表當(dāng)前的靜態(tài) 時(shí)間差范圍：（零流量時(shí)間差估算值TDlffj)-設(shè)定第一負(fù)向范圍值Tu p)~(零流量時(shí)間差估算 值TDiff_〇+設(shè)定第一正向范圍值TD_)。
[0032]可以理解的是，本實(shí)施例的超聲波水表的流量計(jì)量方法還包括步驟:設(shè)置第一正 向范圍值的和第一負(fù)向范圍值。
[0033] 優(yōu)選的，上述的檢測(cè)所述零流量超聲波時(shí)間差是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的步驟包括:對(duì) 所述零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行絕對(duì)值范圍檢測(cè)，檢測(cè)其是否在預(yù)設(shè)的第一時(shí)間差范圍內(nèi)； 若是，對(duì)所述零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行相對(duì)值范圍檢測(cè)，檢測(cè)其是否在第二時(shí)間差范圍內(nèi)； 其中，所述第一時(shí)間差范圍大于所述第二時(shí)間差范圍，所述第二時(shí)間差范圍為：（當(dāng)前設(shè)定 的零流量時(shí)間差f Diff J)-第二負(fù)向范圍值I^up)~（當(dāng)前設(shè)定的零流量時(shí)間差DiffJ)+第二正 向范圍值f d。?)。例如：獲取零流量超聲波時(shí)間差，判斷該零流量超聲波時(shí)間差是否在± 500ps以內(nèi)，如果是，則對(duì)其進(jìn)行相對(duì)值檢測(cè)，否則不對(duì)其進(jìn)行相對(duì)值檢測(cè)處理;如果當(dāng)前設(shè) 定的零流量時(shí)間差為l〇〇ps，第二正向范圍值為90,第二負(fù)向范圍值為80,則對(duì)獲取的本水 表當(dāng)前的零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行相對(duì)值檢測(cè)，檢測(cè)其是否在20ps~190ps范圍內(nèi)，如果 在，則對(duì)其進(jìn)行卡爾曼濾波處理，否則不進(jìn)行卡爾曼濾波處理。
[0034] 作為另一優(yōu)選實(shí)施方式，當(dāng)前設(shè)定的零流量時(shí)間差可為前次得出的零流量時(shí)間差 估算值，此時(shí)還需設(shè)定一個(gè)默認(rèn)值作為初始時(shí)的零流量時(shí)間差。
[0035] 優(yōu)選的，上述檢測(cè)所述零流量超聲波時(shí)間差是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的步驟還包括:對(duì) 所述第二時(shí)間差范圍進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新:如果第二正向范圍值大于120ps，則將所述第二正向范 圍值減小5ps，如果所述第二負(fù)向范圍值大于100，則將所述第二負(fù)向范圍值減小5ps。目的 為縮小第二時(shí)間差范圍到一個(gè)比更小的區(qū)間。通過(guò)上述方法得到零流量時(shí)間差估算值的效 果如圖3所示，其中上下實(shí)線為第二時(shí)間差范圍(逐漸縮小至穩(wěn)態(tài)），波動(dòng)線為獲取到的零流 量超聲波時(shí)間差(在一定偏移處波動(dòng)），中間的線條為零流量時(shí)間差估算值(為200ps)，可見(jiàn) 本方法的零流量時(shí)間差估算值可靠性高。
[0036] S2,若當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差在本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍內(nèi)，得出本水表 當(dāng)前的流量計(jì)量值為零流量;否則，根據(jù)當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差測(cè)算出當(dāng)前流速，并根據(jù) 當(dāng)前流速和本水表測(cè)量管的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值；
[0037] 由于不同測(cè)量管的橫截面積會(huì)有公差，如同一批測(cè)量管公差可能是1%，則最大和 最小的截面積水管的一致性可能是2%的偏差，對(duì)水表的一致性影響較大。為了減小測(cè)量管 生產(chǎn)工藝對(duì)一致性帶來(lái)的影響，在水表軟件中添加校準(zhǔn)因子，修正流量。該方式通過(guò)在生產(chǎn) 過(guò)程中測(cè)試一致性后，修改校準(zhǔn)因子實(shí)現(xiàn)。作為一優(yōu)選實(shí)施方式。
[0038] 本實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)方法可為:獲取本水表測(cè)量管的偏差校準(zhǔn)因子，根據(jù)所述偏差校 準(zhǔn)因子對(duì)讀取到的本水表測(cè)量管的橫截面積進(jìn)行校準(zhǔn)，得到:校準(zhǔn)后的橫截面積=讀取的 橫截面積*(1+偏差校準(zhǔn)因子）；根據(jù)當(dāng)前流速與校準(zhǔn)后的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量 計(jì)量值。例如:默認(rèn)本水表軟件設(shè)置了一個(gè)參考的校準(zhǔn)因子，該值為1〇〇〇〇,如生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)本水 表流量計(jì)量值偏大〇. 75%，即測(cè)量管的橫截面積偏大0.75%，則只需調(diào)整校準(zhǔn)因子為10075 即可（10000*100.75% = 10075)，本水表軟件計(jì)算流量時(shí)會(huì)去掉偏大的0.75%，以此提高測(cè) 量一致性。
[0039] 另一方面，由于流體溫對(duì)超聲波傳播速度有影響，即影響了逆流時(shí)間和順流，則時(shí) 間差受到影響，而計(jì)算流速基于時(shí)間差，則水表的流量計(jì)量值精度受到影響。為了減小溫度 對(duì)流量計(jì)算的影響，同時(shí)又不增加硬件成本和功耗(不增加 PT1000電阻），本實(shí)施例中采用 了溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?。如圖4所示，作為一優(yōu)選實(shí)施方式，其實(shí)現(xiàn)方法可為:根據(jù)當(dāng)前采集的超 聲波時(shí)間差測(cè)算出當(dāng)前流速，并對(duì)當(dāng)前流速進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到溫度補(bǔ)償后的流速為：
[0040]
[0041] 其中，V擋trc為溫度補(bǔ)償后的流速，為標(biāo)準(zhǔn)溫度下的流速;VsatTC為當(dāng)前溫度下 的聲速，Vs^ffC為標(biāo)準(zhǔn)溫度下的聲速。其中Vsgtrc、Vs^ffC可根據(jù)流體中平均超聲波時(shí)間估算得 出，超聲波平均時(shí)間為逆流時(shí)間和順流時(shí)間除以2。
[0042]例如:假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)溫度為30°C，當(dāng)前溫度為20°C，則當(dāng)前流速的溫度補(bǔ)償計(jì)算為：
[004：
[0044] 其中，Vf2trc表示20°C的流速(溫度補(bǔ)償后），Vf3(rC表示30°C的流速(標(biāo)準(zhǔn)流速），V S2(rC 表不20 °C下的聲速，Vs3trc表不30 °C下的聲速。
[0045] 根據(jù)溫度補(bǔ)償后的流速與本水表測(cè)量管的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量 值，可降低溫度對(duì)流量計(jì)算精度的影響。
[0046] 另一方面，由于流體具有粘性，所以水流動(dòng)時(shí)，管壁和管道中心流速不同。一般管 壁流速小于管道中心流速，而采用超聲波時(shí)間差計(jì)算流速，主要計(jì)算的是中心點(diǎn)的流速，所 以對(duì)流速計(jì)算有誤差。由于雷諾系數(shù)計(jì)算相對(duì)比較復(fù)雜，所以本實(shí)施例不直接用計(jì)算雷諾 系數(shù)的方法減小誤差，而是采用流速校準(zhǔn)曲線的方法。如測(cè)試臺(tái)調(diào)節(jié)l〇〇L/h流速，水表采樣 出時(shí)間差12000ps，則將該流速和時(shí)間差記錄到對(duì)應(yīng)的流速曲線中（需測(cè)量出不同流速下的 時(shí)間差）。采集完流速點(diǎn)后，后續(xù)計(jì)算流量采用查表的方式和線性插值的方法，避開(kāi)了復(fù)雜 的雷諾系數(shù)補(bǔ)償，簡(jiǎn)單可靠?！揪唧w實(shí)施方式】可為:記錄流量臺(tái)調(diào)試的流速，并記錄與該流速 對(duì)應(yīng)的本水表的超聲波時(shí)間差測(cè)量值;根據(jù)若干流速與本水表的超聲波時(shí)間差測(cè)量值的對(duì) 應(yīng)關(guān)系，建立本水表的流速校準(zhǔn)曲線。上述的根據(jù)當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差測(cè)算出當(dāng)前流 速的實(shí)現(xiàn)方式包括:從本水表的流速校準(zhǔn)曲線中讀取與當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差對(duì)應(yīng)的流 速，作為當(dāng)前流速。采用流速校準(zhǔn)曲線的方法，避開(kāi)了復(fù)雜的雷諾系數(shù)計(jì)算，且提高了精度。
[0047] 通過(guò)上述實(shí)施例，通過(guò)估算本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍；若當(dāng)前采集的超聲波 時(shí)間差在本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍內(nèi)，得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值為零流量;否則， 根據(jù)當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差測(cè)算出當(dāng)前流速，并根據(jù)當(dāng)前流速和本水表測(cè)量管的橫截面 積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值。通過(guò)上述方案，能夠減小靜態(tài)時(shí)間差偏移對(duì)的小流量水 流體的測(cè)量一致性的影響，同時(shí)保證超聲波水表對(duì)小流量的測(cè)量精度。
[0048] 需要說(shuō)明的是，對(duì)于前述的各方法實(shí)施例，為了簡(jiǎn)便描述，將其都表述為一系列的 動(dòng)作組合，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知悉，本發(fā)明并不受所描述的動(dòng)作順序的限制，因?yàn)橐?據(jù)本發(fā)明，某些步驟可以采用其它順序或者同時(shí)進(jìn)行。
[0049] 以下對(duì)可用于執(zhí)行上述超聲波水表的流量計(jì)量方法的超聲波水表的流量計(jì)量系 統(tǒng)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。為了便于說(shuō)明，超聲波水表的流量計(jì)量系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖中，僅 僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，圖中示出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并 不構(gòu)成對(duì)系統(tǒng)的限定，可以包括比圖示更多或更少的部件，或者組合某些部件，或者不同的 部件布置。
[0050] 圖5為一實(shí)施例的超聲波水表的流量計(jì)量系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖；如圖5所示，本實(shí) 施例的超聲波水表的流量計(jì)量系統(tǒng)包括:偏移范圍估算模塊510和流量計(jì)量模塊520,該偏 移范圍估算模塊510具體包括:預(yù)檢測(cè)單元、偏移值估算單元和靜態(tài)范圍估算單元;各模塊/ 單元詳述如下：
[0051] 上述偏移范圍估算模塊510,用于估算出本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍；
[0052] 偏移范圍估算模塊510中，預(yù)檢測(cè)單元，用于獲取零流量超聲波時(shí)間差，檢測(cè)所述 零流量超聲波時(shí)間差是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；偏移值估算單元，用于若所述超聲波時(shí)間差在預(yù) 設(shè)范圍內(nèi)，使用卡爾曼濾波方法對(duì)所述零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行估算，得到零流量時(shí)間差 估算值;靜態(tài)范圍估算單元，用于由所述零流量時(shí)間差估算值得出本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間 差范圍：（零流量時(shí)間差估算值-設(shè)定第一負(fù)向范圍值)~（零流量時(shí)間差估算值+設(shè)定第一 正向范圍值）。得到零流量時(shí)間差估算值的效果如圖3所示，其中上下實(shí)線為第二時(shí)間差范 圍（逐漸縮小至穩(wěn)態(tài)），波動(dòng)線為獲取到的零流量超聲波時(shí)間差(在一定偏移處波動(dòng)），中間 的線條為零流量時(shí)間差估算值(為200ps)，可見(jiàn)本方法的零流量時(shí)間差估算值可靠性高。
[0053] 上述流量計(jì)量模塊520,用于若當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差在本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí) 間差范圍內(nèi)，得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值為零流量;否則，根據(jù)當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差 測(cè)算出當(dāng)前流速，并根據(jù)當(dāng)前流速和本水表測(cè)量管的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量 值。
[0054] 作為一優(yōu)選實(shí)施方式，偏移范圍估算模塊510中的預(yù)檢測(cè)單元，具體用于采集當(dāng)前 的超聲波時(shí)間差，對(duì)所述零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行絕對(duì)值范圍檢測(cè)，檢測(cè)其是否在預(yù)設(shè)的 第一時(shí)間差范圍內(nèi)；若是，對(duì)所述零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行相對(duì)值范圍檢測(cè)，檢測(cè)其是否在 第二時(shí)間差范圍內(nèi)。其中，所述第一時(shí)間差范圍大于所述第二時(shí)間差范圍，所述第二時(shí)間差 范圍為：（當(dāng)前設(shè)定的零流量時(shí)間差-第二負(fù)向范圍值)~（當(dāng)前設(shè)定的零流量時(shí)間差+第二 正向范圍值）。
[0055] 可以理解的，作為一優(yōu)選實(shí)施方式，所述超聲波水表的流量計(jì)量系統(tǒng)還包括:設(shè)置 模塊，用于設(shè)置第二正向范圍的初始值和第二負(fù)向范圍的初始值，以及將當(dāng)前設(shè)定的零流 量時(shí)間差設(shè)置為前次得出的零流量時(shí)間差估算值。
[0056] 進(jìn)一步的，所述預(yù)檢測(cè)單元，還用于對(duì)所述第二時(shí)間差范圍進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新:如果第 二正向范圍值大于120ps，則將所述第二正向范圍值減小5ps，如果所述第二負(fù)向范圍值大 于100，則將所述第二負(fù)向范圍值減小5ps。
[0057] 作為一優(yōu)選實(shí)施方式，上述根據(jù)當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差測(cè)算出當(dāng)前流速的實(shí)施 方式包括:從本水表的流速校準(zhǔn)曲線中讀取與當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差對(duì)應(yīng)的流速，作為 當(dāng)前流速。
[0058] 作為一優(yōu)選實(shí)施方式，根據(jù)當(dāng)前流速和本水表測(cè)量管的橫截面積得出本水表當(dāng)前 的流量計(jì)量值的方法可包括：
[0059] 對(duì)當(dāng)前流速進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到溫度補(bǔ)償后的流速為：
[0060]
[0061] 其中，V擋trc為溫度補(bǔ)償后的流速，為標(biāo)準(zhǔn)溫度下的流速;VsatTC為當(dāng)前溫度下 的聲速，Vs^ffC為標(biāo)準(zhǔn)溫度下的聲速，其中Vsgtrc、Vs^ffC可根據(jù)流體中平均超聲波時(shí)間估算得 出，超聲波平均時(shí)間為逆流時(shí)間和順流時(shí)間除以2。
[0062] 此外，還可獲取本水表測(cè)量管的偏差校準(zhǔn)因子，根據(jù)所述偏差校準(zhǔn)因子對(duì)讀取到 的本水表測(cè)量管的橫截面積進(jìn)行校準(zhǔn)，得到:校準(zhǔn)后的橫截面積=讀取的橫截面積*(1+偏 差校準(zhǔn)因子）。例如:默認(rèn)水表軟件設(shè)置了一個(gè)參考的校準(zhǔn)因子，該值為10000,如生產(chǎn)發(fā)現(xiàn) 水表流量計(jì)算偏大0.75%，即測(cè)量管的橫截面積偏大0.75%，則只需調(diào)整校準(zhǔn)因子為10075 即可（10000*100.75% = 10075)，水表軟件計(jì)算流量會(huì)去掉偏大的0.75%，提高一致性。
[0063] 根據(jù)溫度補(bǔ)償后的流速與校準(zhǔn)后的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值，可降 低溫度對(duì)流量計(jì)算精度的影響，并且減小水表測(cè)量管對(duì)測(cè)量一致性的影響。
[0064] 作為一優(yōu)選實(shí)施方式，上述流量計(jì)量模塊520,還用于記錄流量臺(tái)調(diào)試的流速，并 記錄與該流速對(duì)應(yīng)的本水表的超聲波時(shí)間差測(cè)量值；以及根據(jù)若干流速與本水表的超聲波 時(shí)間差測(cè)量值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立本水表的流速校準(zhǔn)曲線。所述根據(jù)當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間 差測(cè)算出當(dāng)前流速的實(shí)施方式可為:從本水表的流速校準(zhǔn)曲線中讀取與當(dāng)前采集的超聲波 時(shí)間差對(duì)應(yīng)的流速，作為當(dāng)前流速。如測(cè)試臺(tái)調(diào)節(jié)l〇〇L/h流速，水表采樣出時(shí)間差12000ps， 則將該流速和時(shí)間差記錄到對(duì)應(yīng)的流速曲線中（需測(cè)量出不同流速下的時(shí)間差）。采集完流 速點(diǎn)后，后續(xù)計(jì)算流量采用查表的方式和線性插值的方法，避開(kāi)了復(fù)雜的雷諾系數(shù)補(bǔ)償，簡(jiǎn) 單可靠。
[0065]需要說(shuō)明的是，上述示例的超聲波水表的流量計(jì)量系統(tǒng)的實(shí)施方式中，各模塊/單 元之間的信息交互、執(zhí)行過(guò)程等內(nèi)容，由于與本發(fā)明前述方法實(shí)施例基于同一構(gòu)思，其帶來(lái) 的技術(shù)效果與本發(fā)明前述方法實(shí)施例相同，具體內(nèi)容可參見(jiàn)本發(fā)明方法實(shí)施例中的敘述， 此處不再贅述。
[0066]此外，上述示例的超聲波水表的流量計(jì)量系統(tǒng)的實(shí)施方式中，各功能模塊的邏輯 劃分僅是舉例說(shuō)明，實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)需要，例如出于相應(yīng)硬件的配置要求或者軟件的 實(shí)現(xiàn)的便利考慮，將上述功能分配由不同的功能模塊完成，即將所述超聲波水表的流量計(jì) 量系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分成不同的功能模塊，以完成以上描述的全部或者部分功能。
[0067]在上述實(shí)施例中，對(duì)各個(gè)實(shí)施例的描述都各有側(cè)重，某個(gè)實(shí)施例中沒(méi)有詳述的部 分，可以參見(jiàn)其它實(shí)施例的相關(guān)描述?？梢岳斫猓诓幻撾x本發(fā)明的范圍的情況下，可以將 第一時(shí)間差范圍稱為第二時(shí)間差范圍，將第二時(shí)間差范圍稱為第一時(shí)間差范圍；第一正向 范圍值、第二正向范圍值同理;第一負(fù)向范圍值、第二負(fù)向范圍值同理。
[0068]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，不能理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍 的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下， 還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍 應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 超聲波水表的流量計(jì)量方法，其特征在于，包括： 估算出本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍； 若當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差在本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍內(nèi)，得出本水表當(dāng)前的流 量計(jì)量值為零流量;否則，根據(jù)當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差測(cè)算出當(dāng)前流速，并根據(jù)當(dāng)前流速 和本水表測(cè)量管的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值； 所述估算出本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍，包括： 獲取零流量超聲波時(shí)間差，檢測(cè)所述零流量超聲波時(shí)間差是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；若是，使 用卡爾曼濾波方法對(duì)所述零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行估算，得到零流量時(shí)間差估算值； 由所述零流量時(shí)間差估算值得出本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍：（TDiff_〇-Tup )~(TDiff_0 +Τ〇〇?η); TDiffJ)表示所述零流量時(shí)間差估算值，Tup表示設(shè)定第一負(fù)向范圍值，Td。?表示設(shè)定第一 正向范圍值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波水表的流量計(jì)量方法，其特征在于，檢測(cè)所述零流量超 聲波時(shí)間差是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，包括： 對(duì)所述零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行絕對(duì)值范圍檢測(cè)，檢測(cè)其是否在預(yù)設(shè)的第一時(shí)間差范 圍內(nèi)； 若是，對(duì)所述零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行相對(duì)值范圍檢測(cè)，檢測(cè)其是否在第二時(shí)間差范 圍內(nèi)； 其中，所述第一時(shí)間差范圍大于所述第二時(shí)間差范圍，所述第二時(shí)間差范圍為： (Τ' Diff_〇-T' Up)~（Τ' Diff-0+T' Down); rDiffJ)表示當(dāng)前設(shè)定的零流量時(shí)間差，Τ'/Up表示第二負(fù)向范圍值，Τ'/Down表示第二正向 范圍值。 3 .根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波水表的流量計(jì)量方法，其特征在于，所述檢測(cè)所述零流 量超聲波時(shí)間差是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的步驟還包括： 對(duì)所述第二時(shí)間差范圍進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新:如果第二正向范圍值大于12化S，則將所述第二 正向范圍值減小5ps，如果所述第二負(fù)向范圍值大于100,則將所述第二負(fù)向范圍值減小 5ps。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波水表的流量計(jì)量方法，其特征在于，根據(jù)當(dāng)前流速和本 水表測(cè)量管的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值的步驟包括： 獲取本水表測(cè)量管的偏差校準(zhǔn)因子，根據(jù)所述偏差校準(zhǔn)因子對(duì)讀取到的本水表測(cè)量管 的橫截面積進(jìn)行校準(zhǔn)，得到:校準(zhǔn)后的橫截面積=讀取的橫截面積*(1+偏差校準(zhǔn)因子）； 根據(jù)當(dāng)前流速與校準(zhǔn)后的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波水表的流量計(jì)量方法，其特征在于，根據(jù)當(dāng)前流速與本 水表測(cè)量管的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值的步驟包括： 對(duì)當(dāng)前流速進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到溫度補(bǔ)償后的流速為：其中，V擋前C為溫度補(bǔ)償后的流速，V術(shù)準(zhǔn)C為標(biāo)準(zhǔn)溫度下的流速;Vs當(dāng)前C為當(dāng)前溫度下的聲 速，V踰irc為標(biāo)準(zhǔn)溫度下的聲速； 根據(jù)溫度補(bǔ)償后的流速與本水表測(cè)量管的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波水表的流量計(jì)量方法，其特征在于，根據(jù)當(dāng)前采集的超 聲波時(shí)間差測(cè)算出當(dāng)前流速步驟之前包括： 記錄流量臺(tái)調(diào)試的流速，并記錄與該流速對(duì)應(yīng)的本水表的超聲波時(shí)間差測(cè)量值； 根據(jù)若干流速與本水表的超聲波時(shí)間差測(cè)量值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立本水表的流速校準(zhǔn)曲 線； 所述根據(jù)當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差測(cè)算出當(dāng)前流速的步驟包括： 從本水表的流速校準(zhǔn)曲線中讀取與當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差對(duì)應(yīng)的流速，作為當(dāng)前流 速。7. 超聲波水表的流量計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，包括： 偏移范圍估算模塊，用于估算出本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍； 流量計(jì)量模塊，用于若當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差在本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí)間差范圍內(nèi)， 得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值為零流量;否則，根據(jù)當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差測(cè)算出當(dāng)前 流速，并根據(jù)當(dāng)前流速和本水表測(cè)量管的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值； 所述偏移范圍估算模塊，包括： 預(yù)檢測(cè)單元，用于獲取零流量超聲波時(shí)間差，檢測(cè)所述零流量超聲波時(shí)間差是否在預(yù) 設(shè)范圍內(nèi)； 偏移值估算單元，用于若所述超聲波時(shí)間差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，使用卡爾曼濾波方法對(duì)所 述零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行估算，得到零流量時(shí)間差估算值； W及，靜態(tài)范圍估算單元，用于由所述零流量時(shí)間差估算值得出本水表當(dāng)前的靜態(tài)時(shí) 間差范圍：（TDiff_〇-Tup)~（ToiffJ)巧 Down); ToiffJ)表示所述零流量時(shí)間差估算值，Tup表示設(shè)定第一負(fù)向范圍值，Tddto表示設(shè)定第一 正向范圍值。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波水表的流量計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)檢測(cè)單元， 用于采集當(dāng)前的超聲波時(shí)間差，對(duì)所述零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行絕對(duì)值范圍檢測(cè)，檢測(cè)其 是否在預(yù)設(shè)的第一時(shí)間差范圍內(nèi)；若是，對(duì)所述零流量超聲波時(shí)間差進(jìn)行相對(duì)值范圍檢測(cè)， 檢測(cè)其是否在第二時(shí)間差范圍內(nèi)； 其中，所述第一時(shí)間差范圍大于所述第二時(shí)間差范圍，所述第二時(shí)間差范圍為： (τ' Diff_〇-T' Up)~（τ' Diff-0+T' Down); Τ'/ Diff_0表示當(dāng)前設(shè)定的零流量時(shí)間差，Τ'/ Up表示第二負(fù)向范圍值，Τ'/ Down表示第二正向 范圍值； 所述預(yù)檢測(cè)單元，還用于對(duì)所述第二時(shí)間差范圍進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新：如果第二正向范圍值 大于12化S，則將所述第二正向范圍值減小5ps，如果所述第二負(fù)向范圍值大于100,則將所 述第二負(fù)向范圍值減小5ps。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波水表的流量計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)當(dāng)前流速和本 水表測(cè)量管的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值包括： 對(duì)當(dāng)前流速進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到溫度補(bǔ)償后的流速為：其中，V擋前c為溫度補(bǔ)償后的流速，V術(shù)準(zhǔn)c為標(biāo)準(zhǔn)溫度下的流速;Vs當(dāng)前c為當(dāng)前溫度下的聲 速，V踰irc為標(biāo)準(zhǔn)溫度下的聲速； 獲取本水表測(cè)量管的偏差校準(zhǔn)因子，根據(jù)所述偏差校準(zhǔn)因子對(duì)讀取到的本水表測(cè)量管 的橫截面積進(jìn)行校準(zhǔn)，得到:校準(zhǔn)后的橫截面積=讀取的橫截面積*(1+偏差校準(zhǔn)因子）； 根據(jù)溫度補(bǔ)償后的流速與校準(zhǔn)后的橫截面積得出本水表當(dāng)前的流量計(jì)量值。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波水表的流量計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，流量計(jì)量模塊，還 用于記錄流量臺(tái)調(diào)試的流速，并記錄與該流速對(duì)應(yīng)的本水表的超聲波時(shí)間差測(cè)量值；W及 根據(jù)若干流速與本水表的超聲波時(shí)間差測(cè)量值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立本水表的流速校準(zhǔn)曲線； 所述根據(jù)當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差測(cè)算出當(dāng)前流速包括： 從本水表的流速校準(zhǔn)曲線中讀取與當(dāng)前采集的超聲波時(shí)間差對(duì)應(yīng)的流速，作為當(dāng)前流 速。
【文檔編號(hào)】G01F1/66GK105841762SQ201610158661
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月17日
【發(fā)明人】周立功
【申請(qǐng)人】廣州周立功單片機(jī)科技有限公司