一种低压气体超声波流量计的误差修正方法与流程

本发明涉及一种低压气体单声道超声波流量计误差修正的方法，属于电气技术领域。

背景技术：

超声波流量计具有高精度、测量无压损、维护方便、非接触、适用于大口径管道测量等优点,随着天然气在能源体系中占的比例越来越大,超声波气体流量计具有广阔的应用前景。我国研究超声波流量计起步较晚,国内气体超声波流量计产品非常少,并且在测量精度和稳定性等方面和国际上产品相比存在较大的差距。

目前超声波流量计测量的主要方法为传播速度法、多普勒法等。其基本原理都是测量超声波脉冲顺流和逆流时的速度差来反映液体的流速，从而测出流量。对于其稳定性，可靠性，特别上测量精度（计量误差）方面仍然不理想。

用于低压端测量气体的单声道超声波流量计与其他流量计（如容积式，电磁式，节流式）有着极大有不同，特别是在低压端气体密度低的情况下其测量输出曲线呈现非线性分布，影响到测量精度，为此需要进行测量误差的修正，进行再次计算，使测量精度达到要求的精度范围内，实现超声波流量计的精确测量。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种低压气体单声道超声波流量计误差修正的方法，具有使得流量计测量误差减小到最低，提高流量计测量准确度的优点。

为解决以上问题，本发明采用以下技术方案：一种低压气体单声道超声波流量计误差修正的方法，所述修正方法包括参数输入、通讯参数输入、本地存储、上传修正参数及环境参数设置。

进一步的，所述超声波流量计误差修正的方法包括参数输入步骤。

进一步的，所述参数输入步骤包括以下步骤：

步骤s101，上电，完成后进入步骤s102；

步骤s102，根据系统的需求，设定修正所需的各项参数，串口、rtu地址、波特率、环境温度、大气压、超声波流量计口径和器差2%、5%、10%、25%、40%、70%、100%，完成后进入步骤s103；

步骤s103，开始进行修正步骤，修正参数判断并启动，若修正参数判断输入完整，则进入步骤s104，否则返回执行步骤s103；

步骤s104，判断波特率是否设置，若波特率设置则进入步骤s105，否则返回执行步骤s104；

步骤s105，判断口径是否设置，若口径设置则进入步骤s106，否则返回执行步骤s105；

步骤s106，判断环境温度是否设置，若环境温度设置则进入步骤s107，否则返回执行步骤s106；

步骤s107，判断大气压是否设置，若大气压设置则进入步骤s108，否则返回执行步骤s107；

步骤s108，判断修正误差是否设置，若修正误差设置则进入步骤s109，否则返回执行步骤s108；

步骤s109，判断修正值是否存储并上传，若保存修正参数将数据保存在本地并上传至服务器端保存修正数据则进入步骤s110，否则返回执行步骤s109；

步骤s110，数据存储及上传结束。

进一步的，所述超声波流量计误差修正的方法还包括读取超声波流量计修正参数步骤。

进一步的，所述读取超声波流量计修正参数步骤包括读取超声波流量计k值步骤，读取修正值1-5个参数的步骤、k值的变换及再计算步骤、修正1-5参数的再计算步骤及超声波流流量计k值和修正值1-5的读取后的计算步骤。

进一步的，所述读取超声波流量计修正参数步骤包括以下步骤：

步骤s201，开始读取超声波流量计的k值和修正值1-5参数，完成进入步骤s202；

步骤s202，进行k值的判断并读取，读取k值参数成功后进入步骤s203，否则返回执行步骤s202；

步骤s203，进行数据的变换，即由十六报文转换为十进制数据，再转换为十六制数值后，转换为十六进制报文格式，完成进入步骤s204；

步骤s204，完成k值的计算并输出至缓冲区，完成进入步骤s205；

步骤s205，判断并读取修正1参数，读取修正1参数成功进入步骤s206，否则返回执行步骤s205；

步骤s206，进行re修正1的再次计算，即进行跨距计算，截距计算，以及适用区间的计算，完成后进入步骤s207；

步骤s207，计算完成并输出至缓存区，完成后进入步骤s208；

步骤s208，判断并读取修正2参数，读取修正2参数成功进入步骤s209，否则返回执行步骤s208；

步骤s209，进行re修正2的再次计算，即进行跨距计算，截距计算，以及适用区间的计算，完成后进入步骤s210；

步骤s210，计算完成并输出至缓存区，完成后进入步骤s211；

步骤s211，判断并读取修正3参数，读取修正3参数成功进入步骤s212，否则返回执行步骤s211；

步骤s212，进行re修正3的再次计算，即进行跨距计算，截距计算，以及适用区间的计算，完成后进入步骤s213；

步骤s213，计算完成并输出至缓存区，完成后进入步骤s214；

步骤s214，判断并读取修正4参数，读取修正4参数成功进入步骤s215，否则返回执行步骤s214；

步骤s215，进行re修正4的再次计算，即进行跨距计算，截距计算，以及适用区间的计算，完成后进入步骤s216；

步骤s216，计算完成并输出至缓存区，完成后进入步骤s217；

步骤s217，判断并读取修正5参数，读取修正5参数成功进入步骤s218，否则返回执行步骤s217；

步骤s218，进行re修正5的再次计算，即进行跨距计算，截距计算，以及适用区间的计算，完成后进入步骤s219；

步骤s219，计算完成并输出至缓存区，完成后进入s220；

步骤s220，超声波流量计的k值和re修正1-5的值全部计算并完成。

进一步的，所述超声波流量计误差修正的方法还包括修正参数输入并计算步骤。

进一步的，所述修正参数输入并计算步骤包括超声波流流量计k值读取后的再计算步骤和修正值1-5的读取后的再计算步骤。

进一步的，所述修正参数输入并计算步骤包括以下步骤：

步骤s301，开始超声波流量计的k值和re修正1-5参数的输入，完成后进入步骤s302；

步骤s302，读取经过计算的k值，完成后进入步骤s303；

步骤s303，对步骤s302中读取的k值进行液体粘度程度的计算，完成后进入步骤s304；

步骤s304，对k值再计算，即对液体粘度程度的计算系数（空气，低压）得出含有压力的粘度计算值，完成后进入步骤s305；

步骤s305，将k值转换为可通讯传输的格式，完成后进入步骤s306；

步骤s306，将报文参数输入到超声波流量计的相应的k值在寄存器中完成输入，完成后进入步骤s307；

步骤s307，转换qmax器差偏移部分，计算偏移量的百分数，完成后进入步骤s308；

步骤s308，计算标准器流量的0.02qmax值、0.05qmax值、0.5qmax值、0.1qmax值、0.4qmax值、0.7qmax值及qmax值，完成后进入步骤s309；

步骤s309，计算步骤s308中对应的器差百分数，完成后进入步骤s310；

步骤s310，得出转换后的器差值，完成后进入步骤s311。

进一步的，所述修正参数输入并计算步骤还包括以下步骤：

步骤s311，re修正值的再计算，即在0.25qmax-qmax之间的点根据步骤s312的最小二乘法算出近似直线，得出倾斜度和截距，完成后进入步骤s313；

步骤s313，给定区分区间，区划分为五个区间，区间1计算0.02qmax的修正1的量，完成后进入步骤s314；

步骤s314，根据设置的流量和修正器差值，得出0.02qmax的△f值，完成后进入步骤s315；

步骤s315，计算0.02qmax的雷诺数re，完成后进入步骤s316；

步骤s316，得出现0.02qmax修正量百分数，完成后进入步骤s317；

步骤s317，获取区间1即修正1的新0.02qmax的修正量百分数，完成后进入步骤s318；

步骤s318，对新修正1的量输入到超声波流量计所对应的修正参数寄存器中，完成修正1参数的修正，完成后进入步骤s319；

步骤319，给定区分区间，区划分为五个区间，区间2计算0.05qmax的修正2的量，完成后进入步骤s320；

步骤s320，根据设置的流量和修正器差值，得出0.05qmax的△f值，完成后进入步骤s321；

步骤s321，计算0.05qmax的雷诺数re，完成后进入步骤s322；

步骤s322，得出现0.05qmax修正量百分数，完成后进入步骤s323；

步骤s323，获取区间2即修正2的新0.05qmax的修正量百分数，完成后进入步骤s324；

步骤s324，对新修正2的量输入到超声波流量计所对应的修正参数寄存器中，完成修正2参数的修正，完成后进入步骤s325；

步骤s325，给定区分区间，区划分为五个区间，区间3计算0.1qmax的修正3的量，完成后进入步骤s326；

步骤s326，根据设置的流量和修正器差值，得出0.1qmax的△f值，完成后进入步骤s327；

步骤s327，计算0.1qmax的雷诺数re，完成后进入步骤s328；

步骤s328，得出现0.1qmax修正量百分数，完成后进入步骤s329；

步骤s329，获取区间3即修正3的新0.1qmax的修正量百分数，完成后进入步骤s330；

步骤s330，对新修正3的量输入到超声波流量计所对应的修正参数寄存器中，完成修正3参数的修正，完成后进入步骤s331；

步骤331，给定区分区间，区划分为五个区间，区间4计算0.25qmax的修正4的量，完成后进入步骤s332；

步骤s332，根据设置的流量和修正器差值，得出0.25qmax的△f值，完成后进入步骤s333；

步骤s333，计算0.25qmax的雷诺数re，完成后进入步骤s334；

步骤s334，得出现0.25qmax修正量百分数，完成后进入步骤s335；

步骤s335，获取区间4即修正4的新0.25qmax的修正量百分数，完成后进入步骤s326；

步骤s336，对新修正4的量输入到超声波流量计所对应的修正参数寄存器中，完成修正4参数的修正，完成后进入步骤s337；

步骤s337，给定区分区间，区划分为五个区间，区间5计算qmax的修正5的量，完成后进入步骤s338；

步骤s338，根据设置的流量和修正器差值，得出qmax的△f值，完成后进入步骤s339；

步骤s339，计算qmax的雷诺数re，完成后进入步骤s340；

步骤s340，得出现qmax修正量百分数，完成后进入步骤s341；

步骤s341，获取区间5即修正5的新qmax的修正量百分数，完成后进入步骤s342；

步骤s342，对新修正5的量输入到超声波流量计所对应的修正参数寄存器中，完成修正5参数的修正，完成后进入步骤s343；

步骤s343，超声波流量计全部修正完成。

本发明采用以上技术方案，与现有技术性比，具有以下优点：

压力与温度的变化对流量计测量管段与附件的尺寸有着直接的影响，并导致换能器间距离、流量计算中管道截面积、超声波传播路径、以及管道轴线间角度的变化，若不进行修正，就会导致流量测量误差的产生，使用本气体低压超声波流量计误差修正的方法，测量误差减小到最低，提高准确度。以按照国家标准gb/t18604-2001设计的单声道用于低压气体超声波流量计为例，进行测量误差分析和计算，其设计精度等级为0.5级，并经检验满足准确度等级为1.0级的超声波流量计要求（国家石油天然气大流量计站检验）与国家计量检定规程，能够用于贸易交易。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

附图说明

附图1为本分明实施例中参数输入步骤的步骤流程图；

附图2为本分明实施例中修正参数读取并计算步骤的步骤流程图；

附图3为本分明实施例中修正参数输入并计算步骤的步骤流程图；

附图4为本分明实施例中流量与器差曲线参考图；

附图5为本分明实施例中液体粘度程度的计算查表法表格；

附图6为本分明实施例中最小二乘法算出近似直线与数据计算方法表格。

具体实施方式

实施例，如图1、图2、及图3所示，一种低压气体单声道超声波流量计误差修正的方法，所述修正方法包括参数输入、通讯参数输入、本地存储、上传修正参数及环境参数设置。

修正方法包括测量结果的输入（包括测量的流量值及其对应的误差值）、数据的变换（计算出跨距、截距、适用区间）、流体粘度程度的计算、ｋ值的再次计算、转换最大流量值qmax器差偏移部分、re修正值的再次计算。

所述超声波流量计误差修正的方法包括参数输入步骤，所述参数输入步骤包括以下步骤：

步骤s101，上电，完成后进入步骤s102；

步骤s102，根据系统的需求，设定修正所需的各项参数，串口、rtu地址、波特率、环境温度、大气压、超声波流量计口径和器差2%、5%、10%、25%、40%、70%、100%，完成后进入步骤s103；

步骤s103，开始进行修正步骤，修正参数判断并启动，若修正参数判断输入完整，则进入步骤s104，否则返回执行步骤s103；

步骤s104，判断波特率是否设置，若波特率设置则进入步骤s105，否则返回执行步骤s104；

步骤s105，判断口径是否设置，若口径设置则进入步骤s106，否则返回执行步骤s105；

步骤s106，判断环境温度是否设置，若环境温度设置则进入步骤s107，否则返回执行步骤s106；

步骤s107，判断大气压是否设置，若大气压设置则进入步骤s108，否则返回执行步骤s107；

步骤s108，判断修正误差是否设置，若修正误差设置则进入步骤s109，否则返回执行步骤s108；

步骤s109，判断修正值是否存储并上传，若保存修正参数将数据保存在本地并上传至服务器端保存修正数据则进入步骤s110，否则返回执行步骤s109；

步骤s110，数据存储及上传结束，自动进入读取超声波流量计修正参数步骤。

所述超声波流量计误差修正的方法包括读取超声波流量计修正参数步骤，读取超声波流量计修正参数步骤包括读取超声波流量计k值步骤，读取修正值1-5个参数的步骤、k值的变换及再计算步骤、修正1-5参数的再计算步骤及超声波流流量计k值和修正值1-5的读取后的计算步骤。

读取超声波流量计修正参数步骤包括以下步骤：

步骤s201，开始读取超声波流量计的k值和修正值1-5参数，完成进入步骤s202；

步骤s202，进行k值的判断并读取，读取k值参数成功后进入步骤s203，否则返回执行步骤s202；

步骤s203，进行数据的变换，即由十六报文转换为十进制数据，再转换为十六制数值后，转换为十六进制报文格式，完成进入步骤s204；

步骤s204，完成k值的计算并输出至缓冲区，完成进入步骤s205；

步骤s205，判断并读取修正1参数，读取修正1参数成功进入步骤s206，否则返回执行步骤s205；

步骤s206，进行re修正1的再次计算，即进行跨距计算，截距计算，以及适用区间的计算，完成后进入步骤s207；

步骤s207，计算完成并输出至缓存区，完成后进入步骤s208；

步骤s208，判断并读取修正2参数，读取修正2参数成功进入步骤s209，否则返回执行步骤s208；

步骤s209，进行re修正2的再次计算，即进行跨距计算，截距计算，以及适用区间的计算，完成后进入步骤s210；

步骤s210，计算完成并输出至缓存区，完成后进入步骤s211；

步骤s211，判断并读取修正3参数，读取修正3参数成功进入步骤s212，否则返回执行步骤s211；

步骤s212，进行re修正3的再次计算，即进行跨距计算，截距计算，以及适用区间的计算，完成后进入步骤s213；

步骤s213，计算完成并输出至缓存区，完成后进入步骤s214；

步骤s214，判断并读取修正4参数，读取修正4参数成功进入步骤s215，否则返回执行步骤s214；

步骤s215，进行re修正4的再次计算，即进行跨距计算，截距计算，以及适用区间的计算，完成后进入步骤s216；

步骤s216，计算完成并输出至缓存区，完成后进入步骤s217；

步骤s217，判断并读取修正5参数，读取修正5参数成功进入步骤s218，否则返回执行步骤s217；

步骤s218，进行re修正5的再次计算，即进行跨距计算，截距计算，以及适用区间的计算，完成后进入步骤s219；

步骤s219，计算完成并输出至缓存区，完成后进入s220；

步骤s220，超声波流量计的k值和re修正1-5的值全部计算并完成。

所述超声波流量计误差修正的方法还包括修正参数输入并计算步骤，修正参数输入并计算步骤包括超声波流流量计k值读取后的再计算步骤和修正值1-5的读取后的再计算步骤。

修正参数输入并计算步骤包括以下步骤：

步骤s301，开始超声波流量计的k值和re修正1-5参数的输入，完成后进入步骤s302；

步骤s302，读取经过计算的k值，完成后进入步骤s303；

步骤s303，对步骤s302中读取的k值进行液体粘度程度的计算，完成后进入步骤s304；

步骤s304，对k值再计算，即对液体粘度程度的计算系数（空气，低压）得出含有压力的粘度计算值，完成后进入步骤s305；

步骤s305，将k值转换为可通讯传输的格式，完成后进入步骤s306；

步骤s306，将报文参数输入到超声波流量计的相应的k值在寄存器中完成输入，完成后进入步骤s307；

步骤s307，转换qmax器差偏移部分，计算偏移量的百分数，完成后进入步骤s308；

步骤s308，计算标准器流量的0.02qmax值、0.05qmax值、0.5qmax值、0.1qmax值、0.4qmax值、0.7qmax值及qmax值，完成后进入步骤s309；

步骤s309，计算步骤s308中对应的器差百分数，完成后进入步骤s310；

步骤s310，得出转换后的器差值，完成后进入步骤s311；

步骤s311，re修正值的再计算，即在0.25qmax-qmax之间的点根据步骤s312的最小二乘法算出近似直线，得出倾斜度和截距，完成后进入步骤s313；

步骤s313，给定区分区间，区划分为五个区间，区间1计算0.02qmax的修正1的量，完成后进入步骤s314；

步骤s314，根据设置的流量和修正器差值，得出0.02qmax的△f值，完成后进入步骤s315；

步骤s315，计算0.02qmax的雷诺数re，完成后进入步骤s316；

步骤s316，得出现0.02qmax修正量百分数，完成后进入步骤s317；

步骤s317，获取区间1即修正1的新0.02qmax的修正量百分数，完成后进入步骤s318；

步骤s318，对新修正1的量输入到超声波流量计所对应的修正参数寄存器中，完成修正1参数的修正，完成后进入步骤s319；

步骤319，给定区分区间，区划分为五个区间，区间2计算0.05qmax的修正2的量，完成后进入步骤s320；

步骤s320，根据设置的流量和修正器差值，得出0.05qmax的△f值，完成后进入步骤s321；

步骤s321，计算0.05qmax的雷诺数re，完成后进入步骤s322；

步骤s322，得出现0.05qmax修正量百分数，完成后进入步骤s323；

步骤s323，获取区间2即修正2的新0.05qmax的修正量百分数，完成后进入步骤s324；

步骤s324，对新修正2的量输入到超声波流量计所对应的修正参数寄存器中，完成修正2参数的修正，完成后进入步骤s325；

步骤s325，给定区分区间，区划分为五个区间，区间3计算0.1qmax的修正3的量，完成后进入步骤s326；

步骤s326，根据设置的流量和修正器差值，得出0.1qmax的△f值，完成后进入步骤s327；

步骤s327，计算0.1qmax的雷诺数re，完成后进入步骤s328；

步骤s328，得出现0.1qmax修正量百分数，完成后进入步骤s329；

步骤s329，获取区间3即修正3的新0.1qmax的修正量百分数，完成后进入步骤s330；

步骤s330，对新修正3的量输入到超声波流量计所对应的修正参数寄存器中，完成修正3参数的修正，完成后进入步骤s331；

步骤331，给定区分区间，区划分为五个区间，区间4计算0.25qmax的修正4的量，完成后进入步骤s332；

步骤s332，根据设置的流量和修正器差值，得出0.25qmax的△f值，完成后进入步骤s333；

步骤s333，计算0.25qmax的雷诺数re，完成后进入步骤s334；

步骤s334，得出现0.25qmax修正量百分数，完成后进入步骤s335；

步骤s335，获取区间4即修正4的新0.25qmax的修正量百分数，完成后进入步骤s326；

步骤s336，对新修正4的量输入到超声波流量计所对应的修正参数寄存器中，完成修正4参数的修正，完成后进入步骤s337；

步骤s337，给定区分区间，区划分为五个区间，区间5计算qmax的修正5的量，完成后进入步骤s338；

步骤s338，根据设置的流量和修正器差值，得出qmax的△f值，完成后进入步骤s339；

步骤s339，计算qmax的雷诺数re，完成后进入步骤s340；

步骤s340，得出现qmax修正量百分数，完成后进入步骤s341；

步骤s341，获取区间5即修正5的新qmax的修正量百分数，完成后进入步骤s342；

步骤s342，对新修正5的量输入到超声波流量计所对应的修正参数寄存器中，完成修正5参数的修正，完成后进入步骤s343；

步骤s343，超声波流量计全部修正完成。

（1）获取标准器测量的超声波流量计的待修正值，即最大流量值qmax，70%的流量值0.7qmax，40%的流量值0.4qmax，25%的流量值0.25qmax，10%的流量值0.1qmax，5%的流量值0.05qmax，2%的流量值0.02qmax，得出器差%，输入相对应的器差修正值，如图4所示流量与器差曲线参考。

（2）液体粘度程度的计算为查表法，具体见附图5。

计算公式：dnd=(-0.579649*atm+0.1448148)*temp+(-86.46748*atm+21.580865)

其中：dnd为动粘度[厘泊]，atm为超声波流量计测量的大气压值[ｋpa]，temp为超声波流量计测量温度[℃]。

（3）流量与器差数据的变换：

公式：

qm(i)=qmeas(i)

kisa(i)=error(i)-shift_edata

其中：i为0到6的数字，qm(i)为获取的相应%的数据，error(i)需修正的相应器差值%数据，kisa(i)获取的相应%的流量系数k系数，shift_edata为获取的100%流量对应的最大器差数。

（4）计算出新的修正值：

a、算出qmax的雷诺数re：re(0)=calc_rdash(qm(0),kisa(0))，其中re（0）为最大值。

calc_rdash:0.25qmax～qmax点根据最小二乘法算出近似直线，具体见附图6。

b、算出δｆ适用区间：delta_f=qdata*(1+kisa/100)/k_factor。

算出雷诺数re适用区间：calc_rdash=delta_f/dnd。

c、制做k值：k_data=k_data*(1-shift_edata*0.01)。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。