[发明专利]一种超声波流量计自动校准时间偏差的方法

说明书

本发明涉及一种超声波流量计自动校准时间偏差的方法。现有的补偿方法会引入了误差，严重影响计量准确度。本发明方法首先获取流量计装置在静态空气下的参数t_0kAB、t_0kBA、△t_0k，将静态空气状态下的时间偏移量△t_0k设置为初始的系统时间偏移量；然后将流量计装置接入工作管路，主控单元定时轮流激发两个换能器，记录每一个周期换能器发出超声波的时间和接收到的时间，得到参数t_sAB和t_sBA；从而获得第一个周期的静态实际测量气体状态下的时间偏移量△t_0s；如果|△t_0s‑△t_0k|≥△τ，将△t_0s设置为下一个周期内的系统时间偏移量，否则下一个周期内的系统时间偏移量仍为△t_0k。本发明方法根据时差法原理，消除微小流量和静态时的错误流量，为用户和服务商提供准确计量。

技术领域

本发明属于计量仪表技术领域，涉及一种校准时间偏差方法，具体是一种超声波流量计自动校准时间偏差的方法。

技术背景

超声波流量仪表是以“时差法”为原理，测量管内流体的仪表。超声波流量计装置由多种电路模块、信号处理单元和流体通道三大部分组成。安装在输送气体的管道上，并用超声波原理测量气体流量的流量计，称之为气体超声流量计。

通过“时差法”原理设计的气体超声流量计，是通过对超声波信号和飞行时间进行各种数学分析，进行流量计算的方法，依赖于信号的准确判断和时间精度的保证。“时差法”原理如下：通过激发一端超声波换能器，在另一端接收声波信号，电路获得第一个飞行时间t_AB，同样，反向激发超声波换能器并接收到信号，得到第二个飞行时间t_BA。在流体介质流速的影响下，两个飞行时间存在时间差Δt，根据推算可以得出流速V和时间差Δt之间的换算关系，进而可以得到流量值Q。计量原理如下(参考图1)：

D＝Lsinθ；

气体流速：

式中L为两个换能器之间的距离，θ为两个换能器的连线与气体流向之间的夹角，D为管道的直径。

时差原理计算得到气流速度，再根据体积计算公式，可计算出单位时间t内，通过管段的气体体积，从而获得气体流量：

飞行时间t_AB和t_BA,都需要信号处理模块通过电信号(模拟或数字信号)的特征判断计时开始和结束的时间点，计算获得飞行时间，从而通过“时间法”原理计量流体流量。

现有技术方案采用MCU控制高精度的计时芯片或者计时电路模块(统称计量单元)，通过判断接收信号的幅度作为判断条件，获得超声波在燃气流体中的往返的飞行时间。再简要分析计时芯片记取时间的方法依据，来计算时间差值，从而获得该时间范围内的气体流量。

时间差计量原理中，理想状态的静态时，t_AB＝t_BA。但在实际生产中，由于器件和介质差异，静态时，t_AB和t_BA就存在差异，差值Δt₀＝t_BA-t_AB，称之为时间偏移量。所以，在出厂前校表时，通过学习获得固有时间偏移量Δt₀，作为计算实际时间差的补偿，从而保持计时时间的准确度。