一种超声波热量表的自诊断方法、控制器及超声波热量表与流程

1.本发明涉及超声波热量表技术领域，尤其涉及一种超声波热量表的自诊断方法、一种控制器及一种超声波热量表。


背景技术：

2.超声波热量表是通过超声波的方法测量流量及显示水流经热交换系统所释放或吸收热能量的仪表。其中，超声波热量表采用时差法对流量进行测量，在测量通道的上游和下游分别安装一只超声波换能器用于超声波信号的发射与接收，由于在顺流和逆流时的传播时间不同，通过测量该时间的差值可计算出流体的流速，然后再通过数据处理换算成流量。
3.然而，超声波热量表在实际应用中容易受到偶然因素的干扰、换能器结垢等因素的影响，导致测量准确性下降。其中，“偶然的错波”会使某次测量的超声波在管体中的平均飞行时间比正常飞行时间偏差较大，有些干扰有可能会出现逆流时间比顺流时间还小的情况。其次，“偶然的杂质干扰”会使接收到的超声波信号出现信号弱的情况。此外“换能器结垢”会使接收的超声波信号出现长期的信号弱的问题。


技术实现要素：

4.本发明实施例为了解决偶然因素的干扰、换能器结垢等因素影响测量准确性的技术问题，提供一种超声波热量表的自诊断方法、控制器及超声波热量表，能够对测量结果自行修正，具备更强的抗干扰能力，提高测量的准确性。
5.为了解决上述技术问题，一方面，本发明实施例提供了一种超声波热量表的自诊断方法，包括：获取前n次测量的顺流传播时间和逆流传播时间；计算前n次测量的顺流传播时间和逆流传播时间的平均值，以得到基准平均时间；获取前一次测量的顺流传播时间和逆流传播时间，以得到前次顺流传播时间和前次逆流传播时间；获取本次测量的顺流传播时间和逆流传播时间，以得到本次顺流传播时间和本次逆流传播时间；计算所述本次顺流传播时间和本次逆流传播时间的平均值，以得到目标平均时间；获取本次测量的信号强度值；根据所述基准平均时间、目标平均时间、本次顺流传播时间、本次逆流传播时间、前次顺流传播时间、前次逆流传播时间和信号强度值对超声波换能器的测量结果和参数进行修正。
6.作为上述方案的改进，所述根据所述基准平均时间、目标平均时间、本次顺流传播时间、本次逆流传播时间、前次顺流传播时间、前次逆流传播时间和信号强度值对超声波换能器的测量结果和参数进行修正的步骤包括：根据所述基准平均时间、目标平均时间、本次顺流传播时间、本次逆流传播时间、前次顺流传播时间和前次逆流传播时间对超声波信号传播时间进行修正；根据所述信号强度值对超声波信号传播时间和超声波阈值进行修正。
7.作为上述方案的改进，所述根据所述基准平均时间、目标平均时间、前次顺流传播时间和前次逆流传播时间对超声波信号传播时间进行修正的步骤包括：判断所述基准平均
时间与所述目标平均时间的差值的绝对值是否大于预设时间或所述本次顺流传播时间是否大于所述本次逆流传播时间，判断为是时，将所述前次顺流传播时间和前次逆流传播时间作为本次测量的顺流传播时间和逆流传播时间，判断为否时，执行所述根据所述信号强度值对超声波信号传播时间和超声波阈值进行修正的步骤。
8.作为上述方案的改进，在所述判断所述基准平均时间与所述目标平均时间的差值的绝对值大于预设时间的步骤之后，还包括：开始计数以得到第一计数值；判断所述第一计数值是否小于第一基准值，判断为是时，执行所述将所述前次顺流传播时间和前次逆流传播时间作为本次测量的顺流传播时间和逆流传播时间的步骤，判断为否时，输出故障信号。
9.作为上述方案的改进，所述根据所述信号强度值对超声波信号传播时间和超声波阈值进行修正的步骤包括：判断所述信号强度值是否小于第一强度值；当所述信号强度值小于所述第一强度值时，开始计数以得到第二计数值，判断所述第二计数值是否小于第二基准值，判断为是时，将所述前次顺流传播时间和前次逆流传播时间作为本次测量的顺流传播时间和逆流传播时间，并重新执行所述获取前n次测量的顺流传播时间和逆流传播时间的步骤，判断为否时，按预设值降低超声波阈值，并重新执行所述获取前n次测量的顺流传播时间和逆流传播时间的步骤。
10.作为上述方案的改进，所述根据所述信号强度值对超声波信号传播时间和超声波阈值进行修正的步骤还包括：当所述信号强度值大于或等于所述第一强度值时，判断所述信号强度值是否大于第二强度值；当所述信号强度值大于所述第二强度值时，开始计数以得到第三计数值，判断所述第三计数值是否小于第三基准值，判断为是时，将所述前次顺流传播时间和前次逆流传播时间作为本次测量的顺流传播时间和逆流传播时间，并重新执行所述获取前n次测量的顺流传播时间和逆流传播时间的步骤，判断为否时，按预设值升高超声波阈值，并重新执行所述获取前n次测量的顺流传播时间和逆流传播时间的步骤；当所述信号强度值小于或等于所述第二强度值时，重新执行所述获取前n次测量的顺流传播时间和逆流传播时间的步骤。
11.作为上述方案的改进，当所述超声波热量表为外部电源供电型超声波热量表，所述第二基准值和第三基准值均设置为15；当所述超声波热量表为电池供电型超声波热量表，所述第二基准值和第三基准值均设置为7。
12.作为上述方案的改进，所述第一基准值大于或等于3。
13.另一方面，本发明实施例还提供了一种控制器，包括：基准时间获取模块，用于获取前n次测量的顺流传播时间和逆流传播时间；基准平均时间计算模块，用于计算前n次测量的顺流传播时间和逆流传播时间的平均值以得到基准平均时间；修正时间获取模块，用于获取前一次测量的顺流传播时间和逆流传播时间，以得到前次顺流传播时间和前次逆流传播时间；目标时间获取模块，用于获取本次测量的顺流传播时间和逆流传播时间，以得到本次顺流传播时间和本次逆流传播时间；目标平均时间计算模块，用于计算所述本次顺流传播时间和本次逆流传播时间的平均值，以得到目标平均时间；信号强度获取模块，用于获取本次测量的信号强度值；修正模块，用于根据所述基准平均时间、目标平均时间、本次顺流传播时间、本次逆流传播时间、前次顺流传播时间、前次逆流传播时间和信号强度值对超声波换能器的测量结果和参数进行修正。
14.再一方面，本发明实施例还提供了一种超声波热量表，其特征在于，包括流量传感
器、温度传感器以及上述的控制器，所述控制器分别与所述流量传感器和温度传感器连接；所述流量传感器包括两个超声波换能器，一超声波换能器设于测量通道的上游，另一超声波换能器设于测量通道的下游。
15.实施本发明实施例，具有如下有益效果：
16.所述自诊断方法在执行时，根据所述基准平均时间、目标平均时间、本次顺流传播时间、本次逆流传播时间、前次顺流传播时间、前次逆流传播时间和信号强度值对超声波换能器的测量结果和参数进行修正，其中，设置了超声波信号传输飞行时间的不正常判断、偶然的超声波信号弱判断以及长期的超声波信号强弱判断，具备更强的抗干扰能力，提高测量的准确性。
附图说明
17.图1是本发明所提供的超声波热量表的自诊断方法的第一实施例的实施流程图；
18.图2是本发明所提供的超声波热量表的自诊断方法的第一实施例的具体实施流程图；
19.图3是本发明所提供的控制器的原理框图；
20.图4是本发明所提供的超声波热量表的自诊断方法的第二实施例的具体实施流程图。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
22.如图1所示，本发明的第一实施例提供了一种超声波热量表的自诊断方法，包括：
23.s101，获取前n次测量的顺流传播时间和逆流传播时间。
24.相应的控制器内设有或外接有存储器，建立一个数据库，数据采用队列的形式存储，先进先出。在本实施例中，当所述超声波热量表为外部电源供电型超声波热量表，检测周期短，n优选15；当所述超声波热量表为电池供电型超声波热量表，检测周期较长，n优选7。
25.s102，计算前n次测量的顺流传播时间和逆流传播时间的平均值，以得到基准平均时间t0。
26.s103，获取前一次测量的顺流传播时间和逆流传播时间，以得到前次顺流传播时间和前次逆流传播时间。
27.从上述获取的前n次的顺流传播时间和逆流传播时间提取前一次测量的顺流传播时间和逆流传播时间。
28.s104，获取本次测量的顺流传播时间和逆流传播时间，以得到本次顺流传播时间t10和本次逆流传播时间t20。
29.s105，计算所述本次顺流传播时间t10和本次逆流传播时间t20的平均值，以得到目标平均时间t1。
30.s106，获取本次测量的信号强度值。
31.单片机(控制器)每次测量都读取“时间数字转换器”中超声波信号强度寄存器的
值。
32.s107，根据所述基准平均时间t0、目标平均时间t1、本次顺流传播时间t10、本次逆流传播时间t20、前次顺流传播时间、前次逆流传播时间和信号强度值对超声波换能器的测量结果和参数进行修正。
33.需要说明的是，所述自诊断方法在执行时，根据所述基准平均时间t0、目标平均时间t1、本次顺流传播时间t10、本次逆流传播时间t20、前次顺流传播时间、前次逆流传播时间和信号强度值对超声波换能器的测量结果和参数进行修正，其中，设置了超声波信号传输飞行时间的不正常判断、偶然的超声波信号弱判断以及长期的超声波信号强弱判断，具备更强的抗干扰能力，提高测量的准确性。
34.如图2所示，图显示了所述自诊断方法的具体实施流程。
35.其中，步骤s107包括：
36.s201，根据所述基准平均时间t0、目标平均时间t1、本次顺流传播时间t10、本次逆流传播时间t20、前次顺流传播时间和前次逆流传播时间对超声波信号传播时间进行修正；
37.s202，根据所述信号强度值对超声波信号传播时间和超声波阈值进行修正。
38.具体地，步骤s201包括：
39.s301，判断所述基准平均时间t0与所述目标平均时间t1的差值的绝对值是否大于预设时间或所述本次顺流传播时间t10是否大于所述本次逆流传播时间t20，判断为是时执行步骤s302，判断为否时执行步骤s202。
40.在本实施例中，所述预设时间优选为1us。
41.s302，将所述前次顺流传播时间和前次逆流传播时间作为本次测量的顺流传播时间和逆流传播时间。
42.需要说明的是，超声波信号的发送频率一般为1mhz，一个波形的周期为1us，若是超声波信号受干扰，所述基准平均时间t0与目标平均时间t1相差超过1us，则认为是错波等因素影响，此时算法过滤所述本次顺流传播时间t10和本次逆流传播时间t20，用所述前次顺流传播时间和前次逆流传播时间作为本次测量的顺流传播时间和逆流传播时间。此外，在特殊情况时，受干扰影响，测量会出现所述本次顺流传播时间大于所述本次逆流传播时间的情况，此时算法也过滤所述本次顺流传播时间t10和本次逆流传播时间t20，用所述前次顺流传播时间和前次逆流传播时间作为本次测量的顺流传播时间和逆流传播时间。
43.具体地，步骤s302包括：
44.s401，判断所述信号强度值pw1st是否小于第一强度值，判断为是时执行步骤s402，判断为否时执行步骤s406。
45.在本实施例中，所述第一强度值优选为0.3。若所述信号强度值pw1st小于第一强度值，则代表本次超声波信号的信号强度弱，需要执行以下的修正步骤。
46.s402，开始计数以得到第二计数值。
47.s403，判断所述第二计数值是否小于第二基准值，判断为是时执行步骤s404，判断为否时执行步骤s405。
48.在本实施例中，所述第二基准值的取值与n一致，当所述超声波热量表为外部电源供电型超声波热量表，检测周期短，所述第二基准值优选15；当所述超声波热量表为电池供电型超声波热量表，检测周期较长，所述第二基准值优选7。
49.s404，将所述前次顺流传播时间和前次逆流传播时间作为本次测量的顺流传播时间和逆流传播时间，并重新执行步骤s101。
50.若所述第二计数值小于所述第二基准值，代表本次超声波信号的信号强度值小于0.3是偶然的杂质干扰引起的，此时算法过滤所述本次顺流传播时间和本次逆流传播时间，用所述前次顺流传播时间和前次逆流传播时间作为本次测量的顺流传播时间和逆流传播时间。
51.s405，按预设值降低超声波阈值，并重新执行步骤s101。
52.若所述第二计数值大于或等于所述第二基准值，代表超声波信号的信号强度值连续n次小于0.3，则认为是超声波换能器结垢，需要将超声波阈值降低。在本实施例中，所述预设值优选为1mv，避免阈值太大或者太小而出现错误。
53.修改阈值后超声波热量表重新测量，使超声波信号强度值维持在信号较好的值，一般信号强度值维持在0.5左右，比较合适。
54.s406，判断所述信号强度值pw1st是否大于第二强度值，判断为是时执行步骤s407，判断为否时，重新执行步骤s101。
55.在本实施例中，所述第二强度值优选为0.8。若所述信号强度值pw1st大于所述第二强度值，则代表本次超声波信号的信号强度过强，需要执行以下的修正步骤；若所述信号强度值大于或等于所述第一强度值且小于或等于所述第二强度值，则代表本次超声波信号的信号强度正常，执行下一轮的测试和自诊断步骤。
56.s407，开始计数以得到第三计数值。
57.s408，判断所述第三计数值是否小于第三基准值，判断为是时执行步骤s409，判断为否时执行步骤s410。
58.在本实施例中，所述第三基准值的取值与n一致，当所述超声波热量表为外部电源供电型超声波热量表，检测周期短，所述第三基准值优选15；当所述超声波热量表为电池供电型超声波热量表，检测周期较长，所述第三基准值优选7。
59.s409，将所述前次顺流传播时间和前次逆流传播时间作为本次测量的顺流传播时间和逆流传播时间，并重新执行步骤s101。
60.若所述第三计数值小于所述第三基准值，代表本次超声波信号的信号强度值大于0.8是偶然的杂质干扰引起的，此时算法过滤所述本次顺流传播时间和本次逆流传播时间，用所述前次顺流传播时间和前次逆流传播时间作为本次测量的顺流传播时间和逆流传播时间。
61.s410，按预设值升高超声波阈值，并重新执行步骤s101。
62.若所述第三计数值大于或等于所述第三基准值，代表超声波信号的信号强度值连续n次大于0.8，则认为是超声波换能器结垢，需要将超声波阈值增加。
63.如图3所示，另一方面，本发明的第一实施例还提供了一种控制器，包括：
64.基准时间获取模块1，用于获取前n次测量的顺流传播时间和逆流传播时间；
65.基准平均时间计算模块2，用于计算前n次测量的顺流传播时间和逆流传播时间的平均值以得到基准平均时间；
66.修正时间获取模块3，用于获取前一次测量的顺流传播时间和逆流传播时间，以得到前次顺流传播时间和前次逆流传播时间；
67.目标时间获取模块4，用于获取本次测量的顺流传播时间和逆流传播时间，以得到本次顺流传播时间和本次逆流传播时间；
68.目标平均时间计算模块5，用于计算所述本次顺流传播时间和本次逆流传播时间的平均值，以得到目标平均时间；
69.信号强度获取模块6，用于获取本次测量的信号强度值；
70.修正模块7，用于根据所述基准平均时间、目标平均时间、本次顺流传播时间、本次逆流传播时间、前次顺流传播时间、前次逆流传播时间和信号强度值对超声波换能器的测量结果和参数进行修正。
71.具体地，所述修正模块7包括第一判断修正单元71和第二判断修正单元72，所述第一判断修正单元71用于根据所述基准平均时间、目标平均时间、本次顺流传播时间、本次逆流传播时间、前次顺流传播时间和前次逆流传播时间对超声波信号传播时间进行修正，所述第二判断修正单元72用于根据所述信号强度值对超声波信号传播时间和超声波阈值进行修正，所述第一判断修正单元71和第二判断修正单元72内均设有计数器。其中，所述基准时间获取模块1与基准平均时间计算模块2连接，所述目标时间获取模块4与所述目标平均时间计算模块5连接，所述第一判断修正单元71分别与所述基准平均时间计算模块2、目标平均时间计算模块5和修正时间获取模块3连接，所述第二判断修正单元72分别与所述第一判断修正单元71和信号强度获取模块6连接。
72.再一方面，本发明的第一实施例还提供了一种超声波热量表，包括流量传感器、温度传感器以及上述的控制器，所述控制器分别与所述流量传感器和温度传感器连接；所述流量传感器包括两个超声波换能器，一超声波换能器设于测量通道的上游，另一超声波换能器设于测量通道的下游。
73.如图4所示，图4显示了本发明所提供的超声波热量表的自诊断方法的第二实施例，与第一实施例不同的是，在所述判断所述基准平均时间与所述目标平均时间的差值的绝对值大于预设时间的步骤之后，还包括：
74.s311，开始计数以得到第一计数值。
75.s312，判断所述第一计数值是否小于第一基准值，判断为是时执行步骤s302，判断为否时执行步骤s313。
76.s313，输出故障信号。
77.其中，所述第一基准值大于或等于3。在本实施例中，所述第一基准值优选为3，若所述基准平均时间t0与目标平均时间t1相差超过1us或所述本次顺流传播时间t10大于所述本次逆流传播时间t20连续不超过3次，则认为测量偏差是错误干扰引起的，否则认为所述超声波热量表存在故障。
78.综上所述，采用本发明实施例，能够对测量结果自行修正，具备更强的抗干扰能力，提高测量的准确性。
79.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。