[发明专利]一种基于模型优化的超声波水表流量校准方法

说明书

本发明涉及智慧水务技术领域，公开了一种基于模型优化的超声波水表流量校准方法，包括以下步骤：s1，控制流量，获得标准组和测试组数据；s2，基于标准组数据对流量特征曲线作非线性拟合，计算初始数学模型；s3，基于测试组数据评价数学模型；s4，基于测试组数据优化模型参数；s5，基于数学模型，通过差分进化算法，获得单只水表最优的分段校准系数；s6，重复s3至s5，完成所有水表的流量校准。本发明直接使用原始数据求解校准系数，简单高效，避免因人工选择分段点不合理引起精度误差，从源头修正校准系数，为每支水表优化独立的模型，消除加工或安装误差带来的影响，将精度控制在要求范围内，实现同批次或型号水表的高度一致性。

技术领域

本发明涉及智慧水务技术领域，尤其涉及一种基于模型优化的超声波水表流量校准方法。

背景技术

超声波水表因计量精度高、量程比宽、压损小等优势，在民用、工业等领域得以广泛应用，其通过计算上下游超声波信号的传播时间差计算流速，基于校准系数，获得管道内平均流速。当前，在流量校准过程中，一般参考流体力学的理论公式，依据人工经验，进行流量分段校准，过程反复迭代，且很难保证最优解。此外，考虑时间成本和经济成本，在对同型号多支水表的校准系数进行二次修正时，利用的测量数据往往较少，通过传统二次修正方法很难保证水表在全流量区间内的精度。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种基于模型优化的超声波水表流量校准方法。该方法直接使用原始测量数据求解校准系数，避免了因人工选择分段点不合理而引起的精度误差。此外，从源头修正校准系数，在初始数学模型基础上，为每支水表优化独立的数学模型参数，消除因加工或安装误差带来的影响，将精度控制在要求范围内。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于模型优化的超声波水表流量校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1：使用一只已校准的超声波水表在全流量区间内测量到的流量数据作为标准组，以所有待校准的超声波水表在全流量区间内测量到的流量数据作为测试组；

s2：基于标准组数据，绘制流量特征曲线，对流量特征曲线进行非线性拟合，获得初始数学模型；

s3：基于测试组数据计算相对误差RD，根据相对误差RD评价数学模型，以评价结果决定是否跳过步骤s4；

s4：基于测试组数据，通过差分进化算法，对数学模型参数进行优化；

s5：基于数学模型，通过差分进化算法，获得单只待校准超声波水表最优的分段校准系数；

s6：重复步骤s3至步骤s5，完成所有待校准超声波水表的流量校准。

进一步地，所述步骤s1中数据集包括每支超声波水表测得的平均流速及上下游接收信号传播时间差的平均值，其中平均流速的计算公式如下：

式中，T_j为第j次测量时长，m_j为第j次测量时长T_j内流入水箱内的水的质量，为第j次测量时的水密度，S为测量段管道截面积。

进一步地，所述上下游接收信号传播时间差是以上下游接收信号作为输入，通过时差法计算得到的。