一种超声水表及测量方法与流程

本发明涉及超声水表领域，特别是涉及一种超声水表及测量方法。

背景技术：

1、超声水表是基于时差法原理计量，通过测量超声波在水中顺流和逆流传播的时间差，分析计算出流速，进一步计算得到用水累积量。在实现时间差的测量过程中，换能器结构通常采用了对射式和反射式的安装方式；管道采用开孔方式，将换能器安装在管道开孔位置，且与水接触。随着水表运行年限增长及水质问题，换能器和反射片表面会附着杂质或沉淀物，导致超声波在发射、反射、接收信号时，信号变小，导致信号处理过程出现错波，从而计量出现严重偏差，且随着沉淀物厚度增厚，信号衰减程度越来越严重，换能器将接收不到信号，此时超声水表将无法进行计量，如果不及时进行处理，将对水务企业造成损失。

2、同时超声水表换能器结构采用开孔安装设计在一定程度会改变了管道内部的流场，在开孔的位置上容易形成旋涡，影响流量计量的准确性，且开孔的设计具有一定的压力损失，且对水表的现场安装环境提出了一定的直管段要求。

3、由于超声水表无自校准的功能，对于管网监测和dma分区计量安装的超声水表，存在周期校准、检定、数据比对等问题。由于管网内安装的水表均为大口径，拆卸不便，且安装环境差，对后期维护和周期检定造成了困难。目前，管网上安装的大口径水表的数据比对和校准一般采用外夹式超声流量计进行在线实流检测，以此验证水表的性能是否符合计量要求。这种检测方法对现场安装的环境提出了一定要求，需要具备一定的直管段空间，便于外夹式超声流量计的安装，同时需要对管道进行打磨，由于管道的材质和厚度的不同，计量存在较大偏差，所有这种比对方式只是粗略的估算，只具有一定的参考价值。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种超声水表及测量方法，可实现实时在线自校准流量测量及得到了待测液体的实时流量信息。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种超声水表，所述超声水表包括：

4、流量测量管段，内部通有待测液体；

5、第一对射式换能器，与所述流量测量管段通过盲孔安装，用于发射第一顺流声波信号；

6、第二对射式换能器，与所述流量测量管段通过盲孔安装，与所述第一对射式换能器一一对应，用于接收所述第一顺流声波信号，发射第一逆流声波信号；所述第一对射式换能器用于接收第一逆流声波信号；

7、第三对射式换能器，与所述流量测量管段通过盲孔安装，且与所述第二对射式换能器关于所述流量测量管段上下对称；用于发射第二逆流声波信号；

8、第四对射式换能器，与所述流量测量管段通过盲孔安装，与所述第三对射式换能器一一对应，用于接收所述第二逆流声波信号，发射第二顺流声波信号；所述第三对射式换能器用于接收第二顺流声波信号；

9、第一反射式换能器，与所述流量测量管段通过盲孔安装，用于发射自校准第一顺流声波信号；

10、第二反射式换能器，与所述流量测量管段通过盲孔安装，与所述第一反射式换能器一一对应，用于接收所述自校准第一顺流声波信号，发射自校准第一逆流声波信号；所述第一反射式换能器用于接收所述自校准第一逆流声波信号；

11、流量转换器，与所述流量测量管段连接，且与所述第一对射式换能器、所述第二对射式换能器、所述第三对射式换能器、所述第四对射式换能器、所述第一反射式换能器和所述第二反射式换能器连接，用于根据所述第一顺流声波信号和所述第一逆流声波信号得到第一瞬时流量；根据所述第二顺流声波信号和所述第二逆流声波信号得到第二瞬时流量；根据所述自校准第一顺流声波信号和所述自校准第一逆流声波信号得到自校准第一瞬时流量；根据所述第一瞬时流量、第二瞬时流量得到待测液体实时流量信息，根据所述自校准瞬时流量得到待测液体自校准流量信息。

12、可选地，所述流量转换器包括：

13、信号处理单元，分别与所述第一对射式换能器、所述第二对射式换能器、所述第三对射式换能器、所述第四对射式换能器、所述第一反射式换能器和所述第二反射式换能器连接，用于分别对所述第一逆流声波信号、第一顺流声波信号、第二顺流声波信号、第二逆流声波信号、自校准第一逆流声波信号、自校准第一顺流声波信号依次进行滤波、自适应放大、转换得到第一逆流声波调理信号、第一顺流声波调理信号、第二顺流声波调理信号、第二逆流声波调理信号、自校准第一逆流声波调理信号、自校准第一顺流声波调理信号；

14、计时单元，与所述信号处理单元连接，用于根据所述第一顺流声波信号的发射时间及第一顺流声波调理信号的接收时间得到第一顺流传播时间；根据所述第一逆流声波信号的发射时间及第一逆流声波调理信号的接收时间得到第一逆流传播时间；根据所述第二顺流声波信号的发射时间及第二顺流声波调理信号的接收时间得到第二顺流传播时间；根据所述第二逆流声波信号的发射时间及第二逆流声波调理信号的接收时间得到第二逆流传播时间；根据所述自校准第一顺流声波信号的发射时间及自校准第一顺流声波调理信号的接收时间得到自校准第一顺流传播时间；根据所述自校准第一逆流声波信号的发射时间及自校准第一逆流声波调理信号的接收时间得到自校准第一逆流传播时间；

15、控制单元，与所述计时单元连接，根据所述第一顺流传播时间和第一逆流传播时间得到第一瞬时流量；根据所述第二顺流传播时间和第二逆流传播时间得到第二瞬时流量；根据所述自校准第一顺流传播时间和自校准第二逆流传播时间得到自校准瞬时流量；且还根据所述第一瞬时流量、第二瞬时流量得到待测液体实时流量信息，根据所述自校准瞬时流量得到所述待测液体的自校准流量信息。

16、可选地，所述控制单元与所述信号处理单元连接，还用于通过所述信号处理单元将第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号、第四控制信号、自校准第一控制信号、自校准第二控制信号自动切换分别发送至述第一对射式换能器、所述第二对射式换能器、所述第三对射式换能器、所述第四对射式换能器、所述第一反射式换能器和所述第二反射式换能器；

17、所述第一对射式换能器还用于在所述第一控制信号控制下发射所述第一顺流声波信号；所述第二对射式换能器还用于在所述第二控制信号控制下发射所述第一逆流声波信号；所述第三对射式换能器还用于在所述第三控制信号控制下发射所述第二逆流声波信号；所述第四对射式换能器还用于在所述第四控制信号控制下发射所述第二顺流声波信号；所述第一反射式换能器还用于在所述自校准第一控制信号控制下发射所述自校准第一顺流声波信号；所述第二反射式换能器还用于在所述自校准第二控制信号控制下发射所述自校准第一逆流声波信号。

18、可选地，所述流量转换器与终端设备连接，所述流量转换器还包括：

19、数据远传单元，分别与所述控制单元和所述终端设备连接，用于将所述待测液体实时流量信息和所述待测液体自校准流量信息上传至所述终端设备。

20、可选地，所述流量转换器还包括：

21、液晶显示单元，与所述控制单元连接，用于显示所述待测液体实时流量信息和所述待测液体自校准流量信息。

22、为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

23、一种超声水表测量方法，所述超声水表测量方法应用上述的超声水表，所述超声水表测量方法包括以下步骤：

24、通过第一对射式换能器发射第一顺流声波信号；第二对射式换能器接收所述第一顺流声波信号并发射第一逆流声波信号，第一对射式换能器接收所述第一逆流声波信号；第三对射式换能器发射第二逆流声波信号；第四对射式换能器接收所述第二逆流声波信号并发射所述第二顺流声波信号，第三对射式换能器接收所述第二顺流声波信号；通过第一反射式换能器发射自校准第一顺流声波信号；第二反射式换能器接收所述自校准第一顺流声波信号并发射所述自校准第一逆流声波信号，第一反射式换能器接收所述第一自校准逆流声波信号；

25、通过流量转换器执行以下步骤：

26、根据所述第一顺流声波信号和所述第一逆流声波信号得到第一瞬时流量；

27、根据所述第二顺流声波信号和所述第二逆流声波信号得到第二瞬时流量；

28、根据所述自校准第一顺流声波信号和所述自校准第一逆流声波信号得到自校准第一瞬时流量；

29、根据所述第一瞬时流量、第二瞬时流量得到待测液体实时流量信息，根据所述自校准瞬时流量得到待测液体自校准流量信息。

30、可选地，根据所述第一顺流声波信号和所述第一逆流声波信号得到第一瞬时流量，具体包括：

31、根据所述第一顺流声波信号的发射时间及第一顺流声波调理信号的接收时间得到第一顺流传播时间t1；

32、根据所述第一逆流声波信号的发射时间及第一逆流声波调理信号的接收时间得到第一逆流传播时间t2；

33、根据公式δt1＝t2-t1得到第一飞行时间差δt1；

34、根据公式得到第一线流速v1；其中，c为声速，l为第一对射式换能器和第二对射式换能器之间的有效声程；

35、根据公式得到第一平均面流速其中，k1为第一流速常数；

36、根据公式得到第一瞬时流量q1；k1为第一流量常数；a为流量测量管段内部面积。

37、可选地，根据所述第二顺流声波信号和所述第二逆流声波信号得到第二瞬时流量，具体包括：

38、根据所述第二顺流声波信号的发射时间及第二顺流声波调理信号的接收时间得到第二顺流传播时间t3；

39、根据所述第二逆流声波信号的发射时间及第二逆流声波调理信号的接收时间得到第二逆流传播时间t4；

40、根据公式δt2＝t4-t3得到第二飞行时间差δt2；

41、根据公式得到第二线流速v2；其中，c为声速，l为第三对射式换能器和第四对射式换能器之间的有效声程；

42、根据公式得到第二平均面流速其中，k2为第二流速常数；

43、根据公式得到第二瞬时流量q2；k2为第二流量常数。

44、可选地，根据所述自校准第一顺流声波信号和所述自校准第一逆流声波信号得到自校准第一瞬时流量，具体包括：

45、根据所述自校准第一顺流声波信号的发射时间及自校准第一顺流声波调理信号的接收时间得到自校准第一顺流传播时间t’1；

46、根据所述自校准第一逆流声波信号的发射时间及自校准第一逆流声波调理信号的接收时间得到自校准第一逆流传播时间t’2；

47、根据公式δt’＝t’2-t’1得到自校准第一飞行时间差δt’；

48、根据公式得到自校准第一线流速v’；其中，l‘为第一反射式换能器和第二反射式换能器之间的有效声程；

49、根据公式得到自校准第一平均面流速

50、根据公式得到自校准瞬时流量。

51、可选地，根据所述第一瞬时流量、第二瞬时流量得到待测液体实时流量信息，根据所述自校准瞬时流量得到待测液体自校准流量信息，具体包括：

52、根据公式q＝(q1+q2)/2得到平均瞬时流量q；

53、根据所述平均瞬时流量得到待测液体实时流量信息；

54、根据所述自校准瞬时流量得到待测液体自校准流量信息。

55、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

56、在本发明实施例中，流量测量管段内通有待测液体，同时在流量测量管段上通过盲孔安装两组对射式换能器、一组反射式换能器和一个流量转换器；通过两组对射式换能器发射、接收声波信号，一组反射式换能器发射、接收自校准声波信号，流量转换器对声波信号和自校准声波信号进行计时，计算处理得到待测液体实时流量信息和待测液体自校准流量信息。

57、与现有方式采用开孔安装设计相比，本发明实施例通过盲孔安装，不与待测液体接触，避免所述待测液体存在污染的风险；也减少了整个流量测量管段的压力损失；同时减少了对射式换能器和反射式换能器因水质问题导致对射式换能器和反射式换能器表面附着杂质或者沉淀物造成的无法计量现象。

58、同时，现有技术中管网上安装的大口径水表的数据比对和校准一般采用外夹式超声流量计进行在线实流检测，以此验证水表的性能是否符合计量要求；而本发明实施例中可以实现实时在线自校准流量测量及得到了待测液体的实时流量信息。