一种超声波水表在线零漂校正方法与流程

本发明属于水表误差校正，尤其涉及一种超声波水表在线零漂校正方法。

背景技术：

1、超声波水表在应用过程中，由于换能器的结构特性容易发生器件老化现象，同时由于水质的原因和换能器表面的附着特性会发生表面污损现象，此时往往会产生一定程度的零漂现象。在发生零漂后，往往计量特性会发生一定改变，计量结果会产生一定的误差，此时用户和水表所属单位均无法及时掌握水表零漂的当前状态，给准确用水计量带来了较大程度的困扰。目前一般在水表出厂过程中针对水表进行零漂数值的一个纠正，但这种方法的缺点是此时的纠正数值往往是针对温漂的一个补偿，并未考虑换能器老化和表面污损等原因造成的零漂，此时超声波水表已经出厂并在管路上安装，水表的安装环境无法预估，零漂的大小无法通过预测准确的得到和补偿。还有一种方法是对每台水表定期安排人员进行现场测试和校准，但是这种方式需要耗费较大的人力和时间，并且难以避免在大批量校准和测试过程中的人为失误，同时由于现场并非标准测试环境，测量的数值往往会难以达到预期的计量效果，因此难以实现零漂的精确补偿。

2、目前针对超声波水表的零漂处理技术一般聚焦于水表出厂前的环节，主要聚焦于滤除干扰，平滑波动等操作。其中零漂由于上下行时间的扰动造成时，可通过滑动平均滤波算法和卡尔曼滤波算法实现。但零点漂移往往跟换能器污损程度度和换能器的老化程度存在一定关系，出厂前的预测校准方案往往无法反映真实的采集环境和误差。目前针对超声波水表的在线零漂处理技术研究较少，其中cn202211503187公开了《一种降低超声波水表零点漂移的方法》，主要通过在线自调节工作频率，达到降低超声波水表零漂的目的，但这种方式针对换能器阻抗特性引起的零漂问题，只能定性的减少频率漂移造成的零漂的量值，无法定量的测试零漂数值大小并精确补偿。此外，cn201510942062.9公开了《一种自动校正零点漂移的超声波水表及其校正》增加了零流量辅助校正换能器组，通过信号处理与显示装置利用测量用换能器组和辅助换能器组测得的时间差进行校正，但这种方式实现增加了换能器组，实现较为复杂，同时使用辅助换能器测量零漂数值并将该值做为测量用换能器组的零漂，这种做法无法反映测量用换能器组表面粘附污物和被水中砂石长期打磨造成的厚度变化对零漂数据的影响，仅能局部反映精密计时芯片因时间漂移出现的变化。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种超声波水表在线零漂校正方法，基于与超声波水表主体一体设置的u型管道，所述u型管道的底部横管段水平设置，内置有超声换能器，u型管道的两个垂直端上部分别加入阀门，分别是入口阀门和出口阀门；所述超声换能器和阀门均通过超声波水表主体内置控制芯片进行开关控制，所述超声波水表主体通过通信模块与物联网平台终端连接；

2、所述校正方法包括以下过程：

3、获取初始化过程中时间和的实际补偿值及零漂误差，所述时间和为超声上行传播时间和下行传播时间的时间和；

4、s1，接收校正指令后，先关闭入口阀门，再等待若干时间，使得气泡及时排出后，关闭出口阀门，使内部处于静水状态；

5、s2，获取管段内静水的温度信息，获得对应的声速数据；

6、s3，结合时间和的补偿值，利用声速数据和超声波水表的流道长度参数计算出上行传播时间与下行传播时间和的理论值；

7、s4，启动超声换能器，接收的超声信号经过滤波环节和放大环节后通过时间计数方法获得上行时间和下行时间，计算上行时间和下行时间时间和的测量值；

8、s5，基于和，求取差值δsum，若其绝对值小于阈值则进入s6，若其值大于阈值则进入s1过程，重新测试；

9、s6，计算新的零漂数值，替换之前初始化获取的零漂误差；

10、

11、此时的和与s4实际测量时的一致；

12、s7，基于新的零漂数值，计算真实累积流量。

13、优选的，所述获取初始化过程中时间和的补偿值，具体过程为：

14、获得声道的长度l，并使用温度计测量出初始化时的温度，通过查表法或使用超声波与温度关系的近似解析式计算出此时的声速大小，近似解析式为：

15、c=1468+3.68(t-10)-0.0279(t-10)²

16、此时c为求解的声速，单位为米/秒， t为初始化时测量的温度，单位为℃；

17、通过时间芯片测量出初始化时上行传播时间和下行传播时间的实际值，对二者求和，求和的公式为：

18、

19、时间和的补偿值的计算公式为：

20、

21、从而获取初始化过程中时间和的补偿值。

22、优选的，所述s2中，是利用设置于底部横管段的温度传感器获取管段内静水的温度信息，并根据温度信息和纯水中的声速表进行查表，获得声速信息；

23、或根据超声波在纯水中的速度与温度对应公式，对应使用超声波与温度关系的近似解析式计算出此时的超声波的速度。

24、优选的，所述s3的计算过程为：

25、=+≈2*+

26、此时l代表超声波流量计声道的长度；为超声波在水中的当前传播速度；为水在管道中的流动速度。

27、优选的，所述s5中的阈值为100ps。

28、优选的，所述s7的具体过程为：

29、计算水在管道中的流动速度的校正值：

30、

31、其中，为通过静水环境重新计算得到新的零漂数值，l为超声波传播声道的长度，超声波上行传播和下行传播的声道长度一致，此时为超声波在水中的当前传播速度；

32、然后计算体积瞬时流量的校正值：

33、

34、k为流量系数，用于修正瞬时流量误差，一般通过校表装置实流测试给出，而为管道的直径大小。

35、最后计算累积流量的校正值：

36、

37、其中，为积分时间常数，按照检测的频率对时间进行等分，频率单位为次/秒。

38、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

39、本发明提出了一种带有入口阀门和出口阀门的新型u型超声波水表结构，可通过上位机发出指令进行开关阀动作，从而实现本发明的校正方法；通过上位机平台按照一定的时间周期发送零漂校准信号，超声波水表可以通过无线网络接收到校准信号后实时启动零漂校准流程，方便快捷。

40、本发明通过简单的结构设计和算法实现了对换能器老化和表面污损等原因造成的零漂问题系统性的测量，实现了在线周期性的测量零漂数值并进行补偿，充分解决了超声波水表在运行一段时间后测量性能和精度下降的问题，可进一步提高在水表长期运行过程中的计量精度。在测量过程中，为了营造静水可测量环境，利用两个阀门的开关以及上下行时间和的计算，充分排除管道气泡等对零漂测量的影响，进一步扩大了本专利的应用场景和环境。

技术特征：

1.一种超声波水表在线零漂校正方法，其特征在于：基于与超声波水表主体一体设置的u型管道，所述u型管道的底部横管段水平设置，内置有超声换能器，u型管道的两个垂直端上部分别加入阀门，分别是入口阀门和出口阀门；所述超声换能器和阀门均通过超声波水表主体内置控制芯片进行开关控制，所述超声波水表主体通过通信模块与物联网平台终端连接；

2.如权利要求1所述的一种超声波水表在线零漂校正方法，其特征在于：所述获取初始化过程中时间和的补偿值，具体过程为：

3.如权利要求1所述的一种超声波水表在线零漂校正方法，其特征在于：所述s2中，是利用设置于底部横管段的温度传感器获取管段内静水的温度信息，并根据温度信息和纯水中的声速表进行查表，获得声速信息；

4.如权利要求1所述的一种超声波水表在线零漂校正方法，其特征在于：所述s3的计算过程为：

5.如权利要求1所述的一种超声波水表在线零漂校正方法，其特征在于：所述s5中的阈值为100ps。

6.如权利要求1所述的一种超声波水表在线零漂校正方法，其特征在于，所述s7的具体过程为：

技术总结本发明提供了一种超声波水表在线零漂校正方法，属于水表误差校正技术领域。提出一种带有入口阀门和出口阀门的新型U型超声波水表结构，通过上位机平台按照一定的时间周期发送零漂校准信号，超声波水表接收到校准信号后实时启动零漂校准流程，方便快捷。在测量过程中，为了营造静水可测量环境，利用两个阀门的开关以及上下行时间和的计算，充分排除管道气泡等对零漂测量的影响。本发明通过简单的结构设计和算法实现了对换能器老化和表面污损等原因造成的零漂问题系统性的测量，实现了在线周期性的测量零漂数值并进行补偿，充分解决了超声波水表在运行一段时间后测量性能和精度下降的问题，可进一步提高在水表长期运行过程中的计量精度。技术研发人员：李士波,冯建科,王国涛,于明,邢安知,董振亮受保护的技术使用者：青岛乾程科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4