小口径民用超声波水表精度提升的方法研究

发布时间：2020-08-06 21:25

【摘要】：超声波电子水表的研发瓶颈在于计量精度问题,由于超声波传播距离较短,并且容易受外界声波或流体振动的干扰,导致计量产生严重误差,尤其是在小流量点,计量误差更为显著。本论文采用差分时间计算水流量,针对小口径民用超声波水表精度问题,从硬件设计到软件开发,剖析造成精度较低的原因并提出有效规避或解决这些问题的方法。(1)考虑到差分时间采集的准确性,本论文使用E703.15 ASIC单芯片方案,时间分辨率达38ps,保证时间的精确性;双阈值比较控制计时触发,能够及时捕捉到超声波信号,精准计量出超声波传播时间。(2)零流量差分时间对小流量的计量精度影响极大,大流量计量精度也受影响,但相比小流量影响更小。使用卡尔曼滤波并估算零流量差分时间,平滑了数据并消除脉冲干扰,极大降低了小流量的计量误差,提升了计量精度的稳定性。(3)水流管道对水流速度分布有很大影响,导致流速分布不均匀产生计量误差,另外由于管道有反射柱体,也会造成水流紊乱,由于流体力学修正流速很复杂,本论文直接通过分流域线性补偿声速的方式来修正水流速度,取得良好的计量效果。通过实验发现,温度对水流速度也有着较大的影响,使用分温度段分流域线性声速补偿可以有效解决温度变化带来的计量误差问题。(4)因为要对不同温度段进行声速补偿,为确定温度和声速补偿值,本论文介绍了超声波水表上位机校准系统。在此系统可以看到水表计量体积、瞬时流量及其变化状态,可以校准流速曲线并进行零流量差分时间估计,方便观测水表状态及其校准精确度。通过分析计量公式中的参数,剖析了造成计量精度较低的原因并提出解决方案。经过实验论证,本论文提到的解决方案对提升小口径民用超声波水表的计量精度有显著效果,计量精度完全满足国家二级水表的标准。
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH814.2
【图文】：

图 2.1 Z 型声道布置方式式如图2.1所示，Z型法能够测量管道内流体的程中没有反射，信号损耗小，但对安装精度要求同一截面，当管道内流体存在沿径向的流速成分

V型声道布置方式

图 2.3 W 型声道布置方式置方式如图2.3所示。W型和V型方法都是通过增大超高流量计量精确度。但与V型方法不同的是，W型声道在管道内壁反射 3 次，传播长度是V型传播路径的

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本文编号：2782987