用于超声波燃气表流量计算及修正方法与流程

本发明属于燃气计量领域，特别涉及用于超声波燃气表流量计算及修正方法。

背景技术：

目前天然气产业发展迅速，燃气计量行业也得到快速发展。国内市场主流燃气表依然是膜式燃气表，但是膜式燃气表结构复杂、压损大、机械部分易磨损、计量精度容易受温度影响。但是超声波燃气表具有寿命长、免维护、全电子结构、无机械传动部分、不易受磁干扰特点，逐渐受到燃气客户的认可。超声波燃气表主要采用传播速度差法进行流量计算，通过顺流、逆流超声波飞行时间，计算当前瞬时流量，然后通过积分运算得到累计流量。

气体具有密度小，易受温度、压力影响等特点，因此超声波信号在气介质中传输衰减快，信号幅值、波形都会发生变化；再者气介质会随着外界环境因素的变化，流体的速度分布也不同。所以在超声波燃气表应用中为了确保计量的精确度，需要保证超声波的飞行时间测量是准确的，其次要使用合适的计算方法结合流体力学对流量计算进行转换和修正。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种用于超声波燃气表流量计算及修正方法，可以提高超声波燃气表的计量精度。

用于超声波燃气表流量计算及修正方法，所述超声波燃气表中设有标定时的温度存储单元，及该温度下特征波过零点的飞行时间存储单元，所述修正方法包括：

(1)超声波燃气表获取当前环境温度，确定当前环境温度下特征波过零点的飞行时间，计算公式如下：

其中l是超声波传播声程，c是超声波传播速度，n是特征波索引，f是换能器发射频率。

(2)超声波根据当前环境温度，确定此温度下超声波传播速度，计算公式如下：

其中c是超声波传播速度，t是温度。

(3)对超声波换能器施加激励电压，并发射一定数量无相位差异的激励脉冲，获取特征波在气介质中传播的飞行时间，并计算飞行顺流和逆流方向的飞行时差，飞行时差计算公式如下：

δt＝t逆–t顺(3)

其中t逆是逆流超声波信号飞行时间，t顺是顺流超声波信号飞行时间，δt是飞行时差。

(4)用理论飞行时间和存储的过零点时间与顺流及逆流飞行时间进行判定是否发生相位异常。

(5)如果发生相位异常，需要对飞行时差进行修正，计算公式如下：

δt＝|t逆–t顺|-n/f(n＝1,2,3…)(4)

(6)如果不存在相位异常，则基于公式(3)获得的结果进行标定飞行时差转换，计算公式如下：

δt标＝δt*c²/c²标(5)

(7)可选的，所述用于超声波燃气表流量计算包括：

修正后的飞行时差δt，超声波传播声程l，超声波传播方向与管径中心的角度θ。

(8)计算气体的线平均速度v，计算公式如下：

(9)计算超声波燃气表的瞬时流量q，参考流量计算公式：

q＝3600*s*v(7)

其中s是管径截面积为常量

(10)对超声波燃气表瞬时流量进行修正，根据流体力学，测出来的v是线平均速度，需要修正系数将v转化为面平均速度，计算公式如下：

q修正＝q*k(8)

其中k是流体力学修正系数，k是关于雷诺系数re的函数，可用函数关系k＝f(re)＝g(δt)表示，δt是飞行时差，g(δt)是拟合的修正函数曲线。

(11)根据得到修正后的瞬时流量，参考累计流量计算公式：

其中q累计是单位时间内累计使用气量，dm是时间积分。

本发明的技术方案带来的有益效果是：

1.在超声波燃气表计量过程中，根据存储的标定温度值可以对飞行时差进行工况到标定状态的转换，通过获得的温度，可以对不同温度下超声波速度的补偿，对飞行时差进行修正。

2.通过存储的标定温度和标定状态下特征波过零点的飞行时间，与测量顺流、逆流飞行时间判定，可准确得知因温度或压力的变化导致测量时间出现相位异常，从而进行飞行时差修正，保证流量计算结果准确度。

3.流量修正特征函数g(δt)可以有效保证气体因环境条件变化导致的流体形态变化，可实时的对计算流量进行修正，提高超声计量精确度。

附图说明

为了清楚说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍。

图1是本发明用于超声波燃气表内部结构图。

图2是本发明的计算流量及修正方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图具体实施方式对本发明专利进一步详细的说明。

实施例1：

如图1所示，用于超声波燃气表流量计算及修正方法，包括一只正常计量的超声波燃气表(由宁夏隆基宁光仪表股份有限公司制造)，图2所示本发明的计算流量及修正方法流程，其具体步骤如下：

(1)超声波燃气表预设标定温度和改温度下特征波过零点时间。

(2)超声波燃气表获得当前环境温度，计算特征波理论飞行时间和超声波传播速度。

(3)超声波燃气表通过对换能器施加激励电压，分别测量顺流和逆流飞行时间及飞行时差。

(4)通过和理论飞行时间及预设的特征波过零点时间进行比较，判定是否发生相位异常，如果异常进行时差修正。

δt＝|t逆–t顺|-n/f(n＝1,2,3…)(4)

(5)将飞行时差进行标定转换，将工况测量转化为标定，具体操作如下：

δt标＝δt*c²/c²标(5)

(6)使用公式(6)进行流速计算。

(7)通过流量计算公式得到未修正的瞬时流量。

q＝3600*s*v(7)

(8)通过固化在超声波燃气表中的修正函数曲线g(δt)得到修正流体修正系数k。

k＝g(δt)

(9)用得到的流体修正系数对瞬时流量进行修正，最后进行累计流量的计算。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

上述仅为本发明专利申请的实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应在本申请的保护范围之内。