CN105403266A - 一种自动校正的大口径超声水表及其校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动校正的大口径超声水表及其校正方法，包括测量管，换能器及第一信号处理单元，测量管内的流体压力差发生机构处有分流式射流水流量传感器，该传感器连接有用于计量的第二信号处理单元，第一信号处理单元和第二信号处理单元之间通过比较电路相连接。同时还公开了一种校正方法，换能器及第一信号处理单元在进行计量的同时，将测量得到的值与分流式射流水流量传感器同步得到的值进行比较，如果两者差异大于设定值，则对换能器及第一信号处理单元在该流量段的校正值进行修正。与现有技术相比，本发明将分流式射流水流量传感器用作自动校正装置的标准流量传感器使用，使得换能器及其第一信号处理单元由于受各影响因素影响导致测量结果发生误差时可以自动校正。
Description
技术领域
本发明属于水表技术领域，尤其是涉及一种自动校正的大口径超声水表及其校正方法。
背景技术
随着自来水在全世界范围内的普遍使用，用于计量用水量的水表是自来水普及过程中不可缺少的工具。当前，大口径超声水表在封闭管道中的测量应用正在普及之中。
随着水计量使用时间推移，大口径超声水表某些参数会发生改变，导致其测量误差增加，测量准确度下降。如超声水表测量管的内径D会随水计量使用时间推移和供水质量不好发生结垢，导致其测量管内径变小、圆度误差增大；同时，由于测量管内壁结垢也会使得管道内壁相对粗糙度数值发生显著改变，影响校正结果；再则，任何超声水表都会有“时漂”和“温漂”现象存在，等等。这一切影响因素的叠加，会使校正合格的超声水表使用一段时间后，示值误差发生改变，甚至超出最大允许误差的范围。因为大部分用户都在常用流量值附近的大流量状态下用水，因此超声水表在常用流量值附近的测量是否准确可靠就会直接影响到供水和用水双方贸易结算的公平性和合理性。因此需要发明一种方法和装置，在超声水表使用一段时间后能自动对其测量结果进行校正，消除因为上述影响因素存在而造成的测量值超差。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种自动校正的大口径超声水表，该水表能够在超声水表使用一段时间后能自动对其测量结果进行校正，消除因为上述影响因素存在而造成的测量值超差。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种自动校正的大口径超声水表，包括测量管，所述测量管上对应设置有一组换能器，所述换能器连接有用于计量水流量的第一信号处理单元，所述测量管内具有流体压力差发生机构，在所述流体压力差发生机构处连接有分流式射流水流量传感器，该分流式射流水流量传感器连接有用于计量水流量的第二信号处理单元，所述第一信号处理单元和所述第二信号处理单元之间通过比较电路相连接。
本发明在超声水表中设置一种长期使用性能十分稳定可靠、对上述影响因素不敏感、制造成本比较低廉、具有管道自清洁功能、但流量测量范围相对较窄的“分流式射流水流量传感器及信号处理单元”，在常用流量值附近对超声水表测量值进行随时比对，并作示值校正。因为射流水流量传感器在大流量时的测量非常可靠，因此可以用作自动校正装置的标准流量传感器使用，使得换能器及其第一信号处理单元由于受各影响因素影响导致测量结果发生误差时可以自动校正。
具体的，上述第一信号处理单元包括与所述换能器相连接的转换开关，同时与所述转换开关相连接的发射电路及接收电路，以及同时连接所述发射电路与接收电路的信号处理电路，所述信号处理电路连接比较电路。
作为优选，上述流体压力差发生机构为通过缩径的方式使所述测量管形成窄缩段及扩大段，在所述窄缩段连接有分流式射流水流量传感器。本方案利用缩径产生的流体压力差来驱动射流水流量传感器的测量工作。
作为优选，上述分流式射流水流量传感器包括分流式射流水流量传感器本体以及高压区连接管和低压区连接管，所述高压区连接管连接所述窄缩段的进水端，所述低压区连接管连接所述窄缩段的出水端。
本发明同时还提供了一种自动校正的大口径超声水表的校正方法，其包括以下步骤：a、将所述分流式射流水流量传感器的流量测量范围设置在常用流量值附近；b、超声水表接入供水管道使用时，所述换能器对被测流量进行测量，当测量到被测体积流量处于所述分流式射流水流量传感器的流量测量范围时，所述换能器在进行水计量的同时，将测量得到的体积流量值与所述分流式射流水流量传感器同步得到的体积流量值进行比较，如果两者差异大于设定值，则对所述换能器在该流量段的校正值k 1进行修正，使所述换能器及第一信号处理单元测量得到的体积流量值与所述分流式射流水流量传感器测量得到的体积流量值相同；c、所述换能器及第一信号处理单元的测量特性的校正采用分段关联校正法，即在常用流量值附近范围内设置校正系数k 1，其他流量测量范围分别设置校正系数k 2、k 3、···，且k 1与k 2、k 3、···之间均具有相关性，当发现测量特性发生变化时，只要对k 1作出修正，就可自动对其它校正系数进行修正，从而实现对其他流量范围的测量结果的校正。
本方法将分流式射流水流量传感器作为流量校正标准器，实现了对超声水表换能器及第一信号处理单元测量的自动校正，并通过分段关联校正法实现了对全流量范围内的测量结果的校正。当然上述校正系数k 2、k 3、···需要针对不同结构的超声水表通过大量实验来确定，找到相互间的关系。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术措施还包括：在接入供水管道使用前，对所述分流式射流水流量传感器的示值进行校正，使所述分流式射流水流量传感器在常用流量值附近的示值误差尽量接近于零、测量重复性达到水表最大允许误差绝对值的1/5以内。
作为优选，上述第二信号处理单元在计算体积流量值时采用下述公式进行计算： ，式中，d—与射流振荡腔体特征尺寸有关的参数；S—射流振荡腔体进水喷射口截面积；Sr—斯特劳哈尔（Strouhal）数；f—射流振荡腔体内流体振荡频率；K 1、K 2—分别为射流振荡腔体调整系数和差压测量管调整系数；从而建立射流计量振荡腔体内的振荡频率f与被测流量之间的对应关系。通过改变第二信号处理单元对水流量的计算方式，使得分流式射流水流量传感器适用于本发明水表的安装结构。
具体的说，上述公式由如下步骤获得：根据伯努利流体能量方程，有；，故可得，又由于是射流水流量传感器，有，故，从而， = ；式中，q v1、q v2、q v —分别为流入射流振荡腔体的分流量、流入差压测量管低压区的分流量和测量管道内的总流量；ΔP—测量管内高低压区的压力差；ρ—被测流体密度。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明在超声水表中设置一种长期使用性能十分稳定可靠、对上述影响因素不敏感、制造成本比较低廉、具有管道自清洁功能、但流量测量范围相对较窄的“分流式射流水流量传感器及信号处理单元”，在常用流量值附近对超声水表测量值进行随时比对，并作示值校正。因为射流水流量传感器在大流量时的测量非常可靠，因此可以用作自动校正装置的标准流量传感器使用，使得换能器及其第一信号处理单元由于受各影响因素影响导致测量结果发生误差时可以自动校正。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为分流式射流水流量传感器工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1：参见图1和图2所示，一种自动校正的大口径超声水表，包括测量管1，所述测量管1上对应设置有一组换能器2，所述换能器2连接有用于计量水流量的第一信号处理单元，所述测量管1内具有流体压力差发生机构，所述流体压力差发生机构为通过缩径的方式使所述测量管1形成窄缩段11及扩大段12，在所述窄缩段11连接有分流式射流水流量传感器3，所述分流式射流水流量传感器3包括分流式射流水流量传感器本体31以及高压区连接管32和低压区连接管33，所述高压区连接管32连接所述窄缩段11的进水端，所述低压区连接管33连接所述窄缩段11的出水端，该分流式射流水流量传感器3连接有用于计量水流量的第二信号处理单元4，所述第一信号处理单元和所述第二信号处理单元4之间通过比较电路5相连接。
其中，所述第一信号处理单元包括与所述换能器2相连接的转换开关61，同时与所述转换开关61相连接的发射电路62及接收电路63，以及同时连接所述发射电路62与接收电路63的信号处理电路64，所述信号处理电路64连接比较电路5。
一种自动校正的大口径超声水表的校正方法，包括以下步骤：a、在接入供水管道使用前，对所述分流式射流水流量传感器3的示值进行校正，使所述分流式射流水流量传感器3在常用流量值附近的示值误差尽量接近于零、测量重复性达到水表最大允许误差绝对值的1/5以内b、将所述分流式射流水流量传感器3的流量测量范围设置在常用流量值附近；c、超声水表接入供水管道使用时，所述换能器2及第一信号处理单元对被测流量进行测量，当测量到被测体积流量处于所述分流式射流水流量传感器3的流量测量范围时，所述换能器2及第一信号处理单元在进行水计量的同时，将测量得到的体积流量值与所述分流式射流水流量传感器3同步得到的体积流量值进行比较，如果两者差异大于设定值，则对所述换能器2在该流量段的校正值k 1进行修正，使所述换能器2及第一信号处理单元测量得到的体积流量值与所述分流式射流水流量传感器3测量得到的体积流量值相同；d、所述换能器2及第一信号处理单元的测量特性的校正采用分段关联校正法，即在常用流量值附近范围内设置校正系数k 1，其他流量测量范围分别设置校正系数k 2、k 3、···，且k 1与k 2、k 3、···之间均具有相关性，当发现测量特性发生变化时，只要对k 1作出修正，就可自动对其它校正系数进行修正，从而实现对其他流量范围的测量结果的校正。
其中，所述第二信号处理单元4在计算体积流量值时采用下述公式进行计算： ，式中，d—与射流振荡腔体特征尺寸有关的参数；S—射流振荡腔体进水喷射口截面积；Sr—斯特劳哈尔（Strouhal）数；f—射流振荡腔体内流体振荡频率；K 1、K 2—分别为射流振荡腔体调整系数和差压测量管调整系数；从而建立射流计量振荡腔体内的振荡频率f与被测流量之间的对应关系。
上述公式由如下步骤获得：由于；，故可得，又由于，故，从而， = ；式中，q v1、q v2 、q v —分别为流入射流振荡腔体的分流量、流入差压测量管低压区的分流量和测量管道内的总流量；ΔP—测量管内高低压区的压力差；ρ—被测流体密度。
Claims (8)
1.一种自动校正的大口径超声水表，包括测量管（1），所述测量管（1）上对应设置有一组换能器（2），所述换能器（2）连接有用于计量水流量的第一信号处理单元，其特征在于：所述测量管（1）内具有流体压力差发生机构，在所述流体压力差发生机构处连接有分流式射流水流量传感器（3），该分流式射流水流量传感器（3）连接有用于计量水流量的第二信号处理单元（4），所述第一信号处理单元和所述第二信号处理单元（4）之间通过比较电路（5）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种自动校正的大口径超声水表，其特征在于：所述第一信号处理单元包括与所述换能器（2）相连接的转换开关（61），同时与所述转换开关（61）相连接的发射电路（62）及接收电路（63），以及同时连接所述发射电路（62）与接收电路（63）的信号处理电路（64），所述信号处理电路（64）连接比较电路（5）。
3.根据权利要求2所述的一种自动校正的大口径超声水表，其特征在于：所述流体压力差发生机构为通过缩径的方式使所述测量管（1）形成窄缩段（11）及扩大段（12），在所述窄缩段（11）连接有分流式射流水流量传感器（3）。
4.根据权利要求3所述的一种自动校正的大口径超声水表，其特征在于：所述分流式射流水流量传感器（3）包括分流式射流水流量传感器本体（31）以及高压区连接管（32）和低压区连接管（33），所述高压区连接管（32）连接所述窄缩段（11）的进水端，所述低压区连接管（33）连接所述窄缩段（11）的出水端。
5.一种如权利要求1所述的超声水表的校正方法，其特征在于包括以下步骤：a、将所述分流式射流水流量传感器（3）的流量测量范围设置在常用流量值附近；b、超声水表接入供水管道使用时，所述换能器（2）及第一信号处理单元对被测流量进行测量，当测量到被测体积流量处于所述分流式射流水流量传感器（3）的流量测量范围时，所述换能器（2）及第一信号处理单元在进行水计量的同时，将测量得到的体积流量值与所述分流式射流水流量传感器（3）同步得到的体积流量值进行比较，如果两者差异大于设定值，则对所述换能器（2）及第一信号处理单元在该流量段的校正值k 1进行修正，使所述换能器（2）及第一信号处理单元的测量得到的体积流量值与所述分流式射流水流量传感器（3）测量得到的体积流量值相同；c、所述换能器（2）及第一信号处理单元的测量特性的校正采用分段关联校正法，即在常用流量值附近范围内设置校正系数k 1，其他流量测量范围分别设置校正系数k 2、k 3、···，且k 1与k 2、k 3、···之间均具有相关性，当发现测量特性发生变化时，只要对k 1作出修正，就可自动对其它校正系数进行修正，从而实现对其他流量范围的测量结果的校正。
6.根据权利要求5所述的一种校正方法，其特征在于：在接入供水管道使用前，对所述分流式射流水流量传感器（3）的示值进行校正，使所述分流式射流水流量传感器（3）在常用流量值附近的示值误差尽量接近于零、测量重复性达到水表最大允许误差绝对值的1/5以内。
7.根据权利要求6所述的一种校正方法，其特征在于：所述第二信号处理单元4在计算体积流量值时采用下述公式进行计算： ，式中，d—与射流振荡腔体特征尺寸有关的参数；S—射流振荡腔体进水喷射口截面积；Sr—斯特劳哈尔（Strouhal）数；f—射流振荡腔体内流体振荡频率；K 1、K 2—分别为射流振荡腔体调整系数和差压测量管调整系数；从而建立射流计量振荡腔体内的振荡频率f与被测流量之间的对应关系。
8.根据权利要求6所述的一种校正方法，其特征在于：所述公式由如下步骤获得：由于；，故可得，又由于，故，从而， = ；式中，q v1、q v2、q v —分别为流入射流振荡腔体的分流量、流入差压测量管低压区的分流量和测量管道内的总流量；ΔP—测量管内高低压区的压力差；ρ—被测流体密度。
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