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智能超声波燃气表的技术研究

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2019.10.23

作者:王秀桥,黎红军,赵晓军,方炯,胡良传

第一作者单元:保定新奥燃气有限公司

摘自《煤气与热力》2017年8月刊


1   智能超声波燃气表高精度的计时手艺

在超声波流量计实践使用中,小流量形态下超声波旌旗灯号的幅值比力不变,工夫丈量精确度较高。可是,在大流量下遭到气流以及外界身分的影响,形成超声波流量计的工夫丈量精度遭到严峻影响,带来测量误差[1-2]。

为了克制大流量下工夫丈量精确度低的成绩,把阈值法与相互关算法相结合,可提高超声波燃气表工夫丈量的精确度以及抗干扰才能。

 ①阈值法

阈值法就是经由过程过zero检测手艺和阈值检测手艺分离,获得电子计时的工夫。当超声波旌旗灯号的幅值超越设定的阈值时,此时经由过程过zero检测电路对旌旗灯号的零点停止检测。当超声波旌旗灯号幅值到达并超越此阈值时,过zero检测电路开启,经由过程检测阈值前面的第一个过零点,就能够获得超声波的渡越工夫。

 ②相互关算法

相互关算法主要依据卷积定理,对同一个超声波换能器领受到的流体静态参考旌旗灯号波形与静态丈量旌旗灯号波形停止相干算法波形婚配,经由过程偏移点的个数获得丈量工夫差值,新型相干算法工夫丈量道理见图1。


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                                             图1   相互关算法工夫丈量道理

超声波换能器A作为发射端,超声波换能器B作为领受端,以超声波旌旗灯号逆流传布工夫的丈量为例对丈量道理停止阐明。起首,在流体静止形态下超声波换能器B存储静止形态下的领受波形作为参考旌旗灯号波形,波形函数为X(t)。当燃气流动时,超声波换能器B领受到的旌旗灯号波形为丈量旌旗灯号波形,波形函数为Y(t)。关于同一个超声波换能器B来讲,两种流体形态下,领受到的两个超声波旌旗灯号波形十分类似,只是工夫上的提早。由相互关算法实际可知,函数X(t)与Y(t)满意相干函数条件,两个波形之间的相干函数为:


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③工夫丈量数据阐发

为了考证工夫测量方法的准确性,经由过程工夫丈量尝试停止比照,经由过程画出工夫丈量的离散图来进一步判定工夫测量方法的可靠性及抗干扰才能。在拔取流量点下,停止工夫丈量并停止数据阐发,相互关测量方法的丈量成果见图2,传统工夫测量方法丈量成果见图3。


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                              图2   相互关测量方法的丈量成果


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                               图3   传统工夫测量方法丈量成果

由图2、3比照能够看出,与传统的工夫测量方法比拟,相互关测量方法有很高计量精度和很强的稳定性。同时,选用的相互关算法的工夫丈量手艺在旌旗灯号的抗干才能上有很大提高。

拔取超声波燃气表中带滋扰旌旗灯号的一组丈量数据,经由过程MATLAB软件对接纳的计时手艺抗干扰才能停止进一步判定。带噪声的超声波旌旗灯号见图4,带噪声的超声波旌旗灯号与参考波形的婚配成果见图5。


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                                图4   带噪声的超声波旌旗灯号


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                                图5   带噪声的超声波旌旗灯号与参考波形的婚配成果

由图4、5能够看出,带有高频的滋扰旌旗灯号并未影响到相互关婚配的计较,最大相干地区对应的工夫轴位置稳定,参考点的位置没有改动。即渡越工夫计较成果与无噪声状况不异。能够看出,相互关算法在抗干扰才能方面有很大的长处,在高频信噪比状况下仍然能实现高精度时差丈量,具有很强的抗干扰性。

 2   智能超声波燃气表特性

 ①高计量精度

超声波燃气表可实现对全量程的精度精确调校,超声波燃气表接纳的分段自力调校偏差的设计方案,不只能够处理小流量大流量计量准确性的成绩,还能够优化计量曲线,包管计量曲线相对平直和大、中、小流量平衡的计量精度,实现全量程的准确计量,计量精度契合1.0级的尺度[3-4]。较膜式燃气表的计量偏差曲线尤其是大、小流量段的计量精度有较着优势。超声波燃气表不存在可挪动部件,完整没有机器部门或其他运动部件,不存在机器磨损。而膜式燃气表因为薄膜质料的老化和机器转换部件的磨损,招致计量精度不能持久连结。

 ②温压抵偿

燃气表的结算尺度工况是压力为101.325 kPa,环境温度为20 ℃。但是实践利用工况与尺度工况相差较大,从而温度和压力会对燃气计量精度发生必然的影响。对北方户外挂表、北方壁挂炉供暖用户、北方供热用户,其冬季用宇量远远超越其他时节用宇量,温度抵偿结果较着,对燃气公司减小供销差具有很大的感化。膜式燃气表因为手艺缘故原由难以实现温度压力抵偿,而超声波燃气表技术上完整实现了温度压力改正,确保了用气计量的准确性。  

 ③宽量程

关于北方来讲冬季用宇量远远超越其他时节用宇量,用宇量次要由厨房用气和供暖用气两部门构成,要求安装的燃气计量安装的量程满意同时供气的需求。今朝,市场上贩卖的燃气表次要有传统的机器膜式燃气表和新型的智能超声波燃气表。膜式燃气表因为手艺缘故原由难以实现温度压力抵偿,而较窄的量程招致需求两个量程范畴的膜式燃气表才气满意厨房用气和供暖用气计量。超声波燃气表能实现高性价比、高精度燃气计量。超声波民用表温度利用范畴为-25~65 ℃,流量丈量范畴为0.04~10 m3/h。完整满意厨房和供暖同时用气的丈量需求[7]。

 3   智能化使用

超声波燃气表晚期范例为IC卡表,具有了抄表和充值功用,跟着物联网手艺的快速开展,已扩大为具有物联网功用的超声波燃气表,具有了长途监控功用[6-7]。能够及时抄收表内余宇量、余额、累计用量、累计金额、累计购置量等用户数据;具有空中充值功用,能够经由过程网银、手机银行、付出宝等多种渠道实现空中充值,做到足不出户完成充值缴费;具有主动校时功用,能够主动和服务器工夫同步;具有长途阀门掌握功用,能够做到发明非常,实时关阀;具有非常信息即时上传功用;具有长途调价功用。能够对指定的物联网超声波燃气表停止调价;具有短信提示功用,能够提示用户欠费、燃气调价、用户充值胜利等。


参考文献:


[1]苏文. 浅谈流量计的开展及近况[J]. 国外仪器仪表, 2002(6): 1-4.

 [2]胡海清. 振动检测手艺和涡街流量计的研讨(硕士学位论文)[D]. 杭州: 浙江大学, 2007:12-36.

 [3]郊野, 王岳, 郭士欢,等. 常见流量计的使用[J]. 今世化工, 2011, 40(12): 1294-1296.

 [4]崔韶鹏. 浅谈电磁流量计[J]. 计量与测试手艺, 2009, 36(8): 48,50.

 [5]张红兵, 高文风, 郑云萍. 天然气流量计的选型和开展意向[J]. 天然气与石油, 2003, 21(2): 41-44.

 [6]孙延祚. 气体流量丈量范畴中的新技术——气体超声流量计[J]. 天然气产业, 1998(3): 7-8.

 [7]熊光德. 新型天然气超声波流量计量手艺[J]. 天然气与石油, 2002, 20(2): 57-61.

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