超声波燃气表的新型校准模型、校准方法及超声波燃气表与流程

1.本发明涉及燃气表技术领域，尤其涉及一种超声波燃气表的新型校准模型、校准方法及超声波燃气表。


背景技术：

2.近年来，在公用事业的计量仪表类领域出现了超声波燃气表，是一种利用超声波技术进行测量、记录并且显示通过的燃气体积的燃气表，较传统膜式燃气表具有明显的技术优势。主要体现在：传统膜式表量程范围有限，民用的主要分为g1.6、g2.5、g4三款规格，而超声波燃气表能够同时涵盖这三种量程范围，且计量精度不受影响；同时，超声波燃气表为全电子式，无任何机械传动部分，因此在体积、寿命、维护性及智能化方面有着无可取代的优势。
3.超声波燃气表的量程范围宽，需要选取适当的校准方式对其进行校准，以实现精确计量。如何选取合适的校准点进行流量修正，成为了保证超声波燃气表计量准确的关键所在。目前行业内使用较为普遍的校准方式是利用线性方程来对实测流量值进行校准拟合，通过选取若干个校准点，两两组合得到若干条线性方程，模型为q”＝a”x”+b”，将量程范围内的实测流量值x”带入到上述方程中，即可得到校准的流量值q”，其中a”和b”为校准拟合参数。
4.由于超声波燃气表量程宽，小流范围内的气体流动规律复杂，如果仅仅用线性方程来拟合，很难准确描绘出实际的误差曲线，甚至会造成小流量段部分区间示值误差超差(燃气表显示的体积和实际通过燃气表的体积之差与实际通过燃气表的体积的百分比)。同时，国内市场上的超声波换能器(用来发射和接收超声波信号的元器件)的一致性和稳定性表现都不太好，容易受到温度影响而发生零点漂移，会直接影响小流计量的精度，线性方程拟合时没有考虑这种温度因素。需要开发一种更精准的校准方式，实现对超声波燃气表的精准计量和温度补偿。
5.在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
6.通过单纯的线性方程难以精准校正超声波燃气表的计量误差，同时，没有考虑温度因素也会对计量产生影响，尤其是小流量段。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种超声波燃气表的新型校准模型、校准方法及超声波燃气表，以解决现有技术中存在的通过单纯的线性方程难以精准校正超声波燃气表的计量误差，同时，没有考虑温度因素也会对计量产生影响，尤其是小流量段的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
8.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
9.本发明提供的一种超声波燃气表的新型校准模型，所述新型校准模型的第一拟合方程为q＝ax2+bx+ct+d，其中a、b、c、d为4个校准系数，q为所述燃气表经校准后的瞬时流量
校正值，x为所述燃气表实测的瞬时流量初始值，t为实测的温度值。
10.优选的，所述新型校准模型还包括第二拟合方程q’＝a’x’+b’，其中a’、b’为2个校准系数，q’为所述燃气表经校准后的瞬时流量校正值，x’为所述燃气表实测的瞬时流量初始值。
11.优选的，所述第一拟合方程适用于所述瞬时流量为0-1000l/h，所述第二拟合方程适用于所述瞬时流量大于1000l/h。
12.一种超声波燃气表的校准方法，通过以上任一所述的新型校准模型进行校准，包括以下步骤：
13.s100：在第一温度值t1、第二温度值t2、第三温度值t3对所述超声波燃气表的瞬时流量进行测量，分别测得第一平均瞬时流量值x1、第二平均瞬时流量值x2和第三平均瞬时流量值x3，在第四温度值t4温度下测得所述燃气表的第四平均瞬时流量值x4；
14.s200：将(t1、x1)、(t2、x2)、(t3、x3)、(t4、x4)分别代入所述新型校准模型的方程式中，得到四个测量式
15.q1＝ax
12
+bx1+ct1+d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)，
16.q2＝ax
22
+bx2+ct2+d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)，
17.q3＝ax
32
+bx3+ct3+d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)，
18.q4＝ax
42
+bx4+ct4+d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)，
19.其中，q1、q2、q3、q4分别为第一校准点的标准流量、第二校准点的标准流量、第三校准点的标准流量、第四校准点的标准流量；
20.s300：设其中i＝1,2,3；
21.s400：将ui、vi代入(1)～(4)式中，通过计算得到所述校准系数a、b、c、d的值，得到所述新型校准模型的表达式；
22.s500：通过所述新型校准模型的表达式，将所述超声波燃气表的瞬时流量初始值进行校正。
23.优选的，所述步骤s100中，所述第一温度值t1、第二温度值t2、第三温度值t3相等；所述第四温度值t4的温度至少比所述第一温度值t1、第二温度值t2、第三温度值t3中任意一个高5℃。
24.优选的，所述第一校准点的标准流量q1与所述第四校准点的标准流量q4相等。
25.优选的，所述第一校准点的标准流量q1、第二校准点的标准流量q2、第三校准点的标准流量q3、第四校准点的标准流量q4分别为16l/h、80l/h、400l/h、16l/h。
26.优选的，所述s400中的具体计算步骤为：
27.s410：将(1)式、(2)式、(3)式均与(4)式相减，分别得到
28.q
1-q4＝a(x
12-x
42
)+b(x
1-x4)+c(t
1-t4)
ꢀꢀꢀꢀ
(5)，
29.q
2-q4＝a(x
22-x
42
)+b(x
2-x4)+c(t
2-t4)
ꢀꢀꢀꢀ
(6)，
30.q
3-q4＝a(x
32-x
42
)+b(x
3-x4)+c(t
3-t4)
ꢀꢀꢀꢀ
(7)；
31.s420：将q
1＝
q4代入(5)式中得到
32.0＝a(x
12-x
42
)+b(x
1-x4)+c(t
1-t4)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)；
33.s430：将(8)式两边同时除以(x
1-x4)，(6)式两边同时除以(x
2-x4)，(7)式两边同时
除以(x
3-x4)，并代入分别得到
34.a(x1+x4)+cv1+b＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)，
35.a(x2+x4)+cv2+b＝u2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)，
36.a(x3+x4)+cv3+b＝u3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)；
37.s440：将(10)式、(11)式均与(9)式相减，分别得到
38.a(x
2-x1)+c(v
2-v1)＝u2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)，
39.a(x
3-x1)+c(v
3-v1)＝u3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)；
40.s450：根据(12)式、(13)式求得校准系数a、c的值，将得到的校准系数a、c的值代入(9)式求得校准系数b的值，校准系数a、c、b的值代入(1)式求得校准系数d的值；
41.s460：将求得的校准系数a、b、c、d代入所述第一拟合方程q＝ax2+bx+ct+d中得到校准公式，对燃气表实测的瞬时流量初始值进行校准。
42.优选的，所述s450步骤中，得到的标准系数a、b、c、d值分别为：
[0043][0044][0045][0046][0047]
一种超声波燃气表，包括存储模块及一个或多个处理模块；所述存储模块用于存储以上任一项所述的新型校准模型，一个或多个所述处理模块用于执行以上任一项所述的校准方法。
[0048]
实施本发明上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：
[0049]
本发明采用二次曲线方程对中小流量段的流量进行拟合校准，解决了中小流量段出现的流量误差曲线不是呈现线性分布的问题，同时引入了温度补偿系数c，也能很好的解决国内超声波换能器受温度影响导致零点漂移的问题，大大提升中小流量段的计量精度。
附图说明
[0050]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：
[0051]
图1是本发明实施例二中超声波燃气表的校准方法流程图；
[0052]
图2是本发明实施例二中计算校准系数a、b、c、d值的流程图。
具体实施方式
[0053]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种示例性实施例。除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的流程、方法和装置等的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。
[0054]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”等指示的是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有的特定的方位、以特定的方位构造和操作。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“多个”的含义是两个或两个以上。术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体连接、机械连接、电连接、通信连接、直接相连、通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0055]
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
[0056]
实施例一：
[0057]
如图1所示，本发明提供了一种超声波燃气表的新型校准模型，新型校准模型的第一拟合方程为q＝ax2+bx+ct+d，其中a、b、c、d为4个校准系数，q为燃气表经校准后的瞬时流量校正值，x为燃气表实测的瞬时流量初始值，t为实测的温度值。瞬时流量初始值为各个流量点测量得到的未经处理的瞬时流量，采样次数根据需要设置，但需要满足最少的采样次数，以避免采样数不够而引入新的校准误差。然后根据实际测得的瞬时流量初始值，代入到第一拟合方程中，即可得到校准后的流量值。本发明采用二次曲线方程对中小流量段的流量进行拟合校准，解决了中小流量段出现的流量误差曲线不是呈现线性分布的问题，同时引入了温度补偿系数c，也能很好的解决国内超声波换能器受温度影响导致零点漂移的问题，大大提升中小流量段的计量精度。
[0058]
作为可选的实施方式，新型校准模型还包括第二拟合方程q’＝a’x’+b’，其中a’、b’为2个校准系数，q’为燃气表经校准后的瞬时流量校正值，x’为燃气表实测的瞬时流量初始值，通过现有技术求出a’、b’为2个校准系数即可得到线性拟合方程。第一拟合方程适用于瞬时流量为0-1000l/h，第二拟合方程适用于瞬时流量大于1000l/h。当然，也可以根据不同规格的燃气表另外设定第一拟合方程、第二拟合方程适用的校准流量点，如实测瞬时流量初始值在0.2qmax(或0.1qmax、0.3qmax，qmax为燃气表最大流量)以内采用第一拟合方程拟合，实测瞬时流量初始值超过0.2qmax(或0.1qmax、0.3qmax)后采用第二拟合方程拟合。由于超声波燃气表大流量段的瞬时流量线性度更好，可以直接套用线性方程来拟合，通过第一拟合方程进行中小流量段的二次曲线拟合、第二拟合方程进行大流量段的线性拟合，从而达到更好的修正效果，更易实现超声波燃气表高精度的计量。
[0059]
实施例仅是一个特例，并不表明本发明就这样一种实现方式。
[0060]
实施例二：
[0061]
一种超声波燃气表的校准方法，通过实施例一中的新型校准模型进行校准，如图1所示，包括以下步骤：
[0062]
s100：在第一温度值t1、第二温度值t2、第三温度值t3对超声波燃气表的瞬时流量进行测量，分别测得第一平均瞬时流量值x1、第二平均瞬时流量值x2和第三平均瞬时流量值x3，在第四温度值t4温度下测得燃气表的第四平均瞬时流量值x4；瞬时流量值的测量方法采用现有技术即可，根据一段时间采样得到的累计用量除以对应的时间得到各个平均瞬时流量值。在不同温度值进行瞬时流量测量是为了最终计算新型校准模型中的温度补偿系数c。
[0063]
s200：将(t1、x1)、(t2、x2)、(t3、x3)、(t4、x4)分别代入新型校准模型的方程式中，得到四个测量式，得到xi与qi之间的对应关系，
[0064]
q1＝ax
12
+bx1+ct1+d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)，
[0065]
q2＝ax
22
+bx2+ct2+d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)，
[0066]
q3＝ax
32
+bx3+ct3+d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)，
[0067]
q4＝ax
42
+bx4+ct4+d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)，
[0068]
其中，q1、q2、q3、q4分别为第一校准点的标准流量、第二校准点的标准流量、第三校准点的标准流量、第四校准点的标准流量，四个校准点的标准流量可根据标准测试台体直接得到。即(1)～(4)式分别为第一校准点、第二校准点、第三校准点和第四校准点所得到的相应数据。
[0069]
s300：设其中i＝1,2,3；设定ui、vi便于简化计算过程，从而快速求出校准系数a、b、c、d的值。
[0070]
s400：将ui、vi代入(1)～(4)式中，通过计算得到校准系数a、b、c、d的值，得到新型校准模型的表达式，实现了对超声波燃气表计量数字的二次曲线方程拟合；
[0071]
s500：通过新型校准模型的表达式，将超声波燃气表的瞬时流量初始值校正为校准流量，实现了对超声波燃气表的校正。本发明采用二次曲线方程对中小流量段的流量进行拟合校准，解决了中小流量段出现的流量误差曲线不是呈现线性分布的问题，同时引入了温度补偿系数c，也能很好的解决国内超声波换能器受温度影响导致零点漂移的问题，大大提升中小流量段的计量精度。
[0072]
作为可选的实施方式，步骤s100中，第一温度值t1、第二温度值t2、第三温度值t3相等，三个温度值相等便于简化计算过程，同时也便于分析在温度不变的情形下不同校准流量点的拟合效果。第四温度值t4的温度高于第一温度值t1、第二温度值t2、第三温度值t3中任意一个的温度，即第四温度值t4为相对高温点，第一温度值t1、第二温度值t2、第三温度值t3为相对低温点。
[0073]
作为可选的实施方式，第一校准点的标准流量q1与第四校准点的标准流量q4相等。既便于简化计算过程，也可以分析相同校准流量点情形下不同温度的拟合效果。第一校准点的标准流量q1、第二校准点的标准流量q2、第三校准点的标准流量q3、第四校准点的标准流量q4分别为16l/h、80l/h、400l/h、16l/h。当然，各校准流量点也可以根据不同燃气表的规格进行选择，具体数值不再赘述，以数值包括小流量段、中流量段、大流量段(均是与燃气
表的最大流量值比较，如此处最大流量值在4000l/h左右)为宜，以提高数据的代表性，增强拟合效果。
[0074]
作为可选的实施方式，如图2所示，s400中的具体计算步骤为：
[0075]
s410：将(1)式、(2)式、(3)式均与(4)式相减，分别得到
[0076]q1-q4＝a(x
12-x
42
)+b(x
1-x4)+c(t
1-t4)
ꢀꢀꢀꢀ
(5)，
[0077]q2-q4＝a(x
22-x
42
)+b(x
2-x4)+c(t
2-t4)
ꢀꢀꢀꢀ
(6)，
[0078]q3-q4＝a(x
32-x
42
)+b(x
3-x4)+c(t
3-t4)
ꢀꢀꢀꢀ
(7)；
[0079]
s420：将q
1＝
q4代入(5)式中得到
[0080]
0＝a(x
12-x
42
)+b(x
1-x4)+c(t
1-t4)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)；
[0081]
s430：将(8)式两边同时除以(x
1-x4)，(6)式两边同时除以(x
2-x4)，(7)式两边同时除以(x
3-x4)，并代入分别得到
[0082]
a(x1+x4)+cv1+b＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)，
[0083]
a(x2+x4)+cv2+b＝u2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)，
[0084]
a(x3+x4)+cv3+b＝u3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)；
[0085]
s440：将(10)式、(11)式均与(9)式相减，分别得到
[0086]
a(x
2-x1)+c(v
2-v1)＝u2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)，
[0087]
a(x
3-x1)+c(v
3-v1)＝u3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)；
[0088]
s450：根据(12)式、(13)式求得校准系数a、c的值，将得到的校准系数a、c的值代入(9)式求得校准系数b的值，校准系数a、c、b的值代入(1)式求得校准系数d的值；
[0089]
s460：将求得的校准系数a、b、c、d代入第一拟合方程q＝ax2+bx+ct+d中得到校准公式，对燃气表实测的瞬时流量初始值进行校准。
[0090]
作为可选的实施方式，s450步骤中，得到的标准系数a、b、c、d值分别为：
[0091][0092][0093][0094][0095]
最终的标准系数a、b、c、d均可通过(t1、x1)、(t2、x2)、(t3、x3)、(t4、x4)及q1、q2、q3、q4计算得出。
[0096]
实施例三：
[0097]
本发明还提供一种超声波燃气表实施例，包括存储模块及一个或多个处理模块；存储模块用于存储实施例一中的新型校准模型，一个或多个处理模块用于执行实施例二中的校准方法。超声波燃气表采用二次曲线方程进行拟合校准，解决了中小流量段出现的流
量误差曲线不是呈现线性分布的问题，同时引入了温度补偿系数c，也能很好的解决国内超声波换能器受温度影响导致零点漂移的问题，大大提升中小流量段的计量精度。
[0098]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。