本發(fā)明涉及計(jì)量?jī)x表技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣體流量的計(jì)量方法。
背景技術(shù)：
由于人們對(duì)環(huán)境的關(guān)注度越來越高，燃?xì)庾鳛檩^清潔環(huán)保的能源得到了越來越廣泛的關(guān)注及應(yīng)用，而隨之的燃?xì)廨敋夤艿赖呐d建與普及，燃?xì)獗砣缬旰蟠汗S般涌現(xiàn)，從機(jī)械式到電子式，從膜式到超聲波，新概念新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，體現(xiàn)著人們對(duì)高品質(zhì)的追求，超聲波燃?xì)獗碜鳛橐环N更高科技，優(yōu)化結(jié)構(gòu)、解決成本問題的新模式應(yīng)運(yùn)而生。為了適應(yīng)然氣行業(yè)的發(fā)展需求，特別是燃?xì)夤緦?duì)然氣計(jì)量的需求，然氣計(jì)量方法得到超聲波燃?xì)獗韽S家的廣泛關(guān)注。
目前，現(xiàn)有技術(shù)中如中國(guó)專利文獻(xiàn)cn106404084a，公開了一種測(cè)量氣體流量的方法，包括以下步驟：環(huán)繞氣體管道布置超聲波流量計(jì)的超聲波收發(fā)裝置，利用超聲波收發(fā)裝置發(fā)送穿過氣體的超聲波，并采集回波信號(hào)，在回波信號(hào)的采樣數(shù)據(jù)中選取兩個(gè)采樣點(diǎn)，兩個(gè)采樣點(diǎn)的連線與基準(zhǔn)電平線的交點(diǎn)時(shí)刻記為t3，超聲波回波信號(hào)的周期為t，超聲波發(fā)送的時(shí)刻記為t0，回波信號(hào)的起始時(shí)刻為t1，t1與t3之間回波信號(hào)的周期個(gè)數(shù)為n；超聲波的傳輸時(shí)t計(jì)算公式如下：t＝t3-t0-nt:利用傳輸時(shí)間計(jì)算氣體流量。
上述專利文獻(xiàn)的測(cè)量氣體流量的方法，直接利用的是上下游超聲波探頭對(duì)超聲波順向傳輸時(shí)間和超聲波逆向傳輸時(shí)間的測(cè)定來計(jì)算超聲波流量的，但在測(cè)定過程中，沒有考慮到超聲波探頭等硬件的延時(shí)時(shí)間，測(cè)得的超聲波順向傳輸時(shí)間和超聲波逆向傳輸時(shí)間不準(zhǔn)確，最終將導(dǎo)致計(jì)算出的氣體流量值不太準(zhǔn)確，燃?xì)夤镜睦媸艿搅藫p害，且該測(cè)量氣體流量的方法中沒有考慮到超聲波不在流體中傳播的距離，因此，只能適用于將超聲波探頭設(shè)置在流道壁內(nèi)側(cè)的情況下，而不能適用于將超聲波探頭設(shè)置在流道壁外側(cè)的情況，局限了超聲波探頭的設(shè)置位置。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有產(chǎn)品的測(cè)量氣體流量的方法測(cè)量得到的流量值不準(zhǔn)確的問題，提供一種計(jì)量流量值準(zhǔn)確的氣體流量的計(jì)量方法。
為解決上述問題，本發(fā)明的一種氣體流量的計(jì)量方法，包括如下步驟：
(s1)控制第一超聲波探頭，使得所述第一超聲波探頭向第二超聲波探頭發(fā)送超聲波信號(hào)，接收所述第二超聲波探頭反饋的根據(jù)所述第一超聲波探頭至所述第二超聲波探頭的超聲波信號(hào)，得到上行飛行時(shí)間tup10；
(s2)控制所述第二超聲波探頭，使得所述第二超聲波探頭向所述第一超聲波探頭發(fā)送超聲波信號(hào)，接收所述第一超聲波探頭反饋的根據(jù)所述第二超聲波探頭至所述第一超聲波探頭的超聲波信號(hào)，得到下行飛行時(shí)間tdw10；
(s3)根據(jù)硬件延時(shí)時(shí)間對(duì)上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10進(jìn)行修正，并根據(jù)所述修正后的上行飛行時(shí)間tup和下行飛行時(shí)間tdw計(jì)算采樣時(shí)的超聲波的實(shí)時(shí)聲速c0；
(s4)根據(jù)所述實(shí)時(shí)聲速c0計(jì)算實(shí)時(shí)流速v0；
(s5)根據(jù)實(shí)時(shí)流速v0和流道橫截面積s計(jì)算實(shí)時(shí)流量q0。
其中，步驟(s3)中計(jì)算公式為：
式中：l流場(chǎng)中超聲波傳輸路徑長(zhǎng)度；c0流場(chǎng)中超聲波的速度；θ第一超聲波探頭1和第二超聲波探頭2的連線與流場(chǎng)方向的夾角；v0流場(chǎng)中氣體的速度；tdel硬件電路的延時(shí)時(shí)間。
在步驟(s3)中，根據(jù)硬件延時(shí)時(shí)間對(duì)上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10進(jìn)行修正之前還包括如下步驟：
對(duì)得到的下行飛行時(shí)間tdw10與歷史下行飛行時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行帶遺忘因子計(jì)算，得到修正后的下行飛行時(shí)間tdw，同時(shí)對(duì)得到的上行飛行時(shí)間tup10與歷史上行飛行時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行帶遺忘因子計(jì)算，得到修正后的上行飛行時(shí)間tup。
其中，帶遺忘因子的計(jì)算公式為：
tup＝tup10*αup10+tup11*αup11+tup12*αup12++tup13*αup13+…+tup1n*αup1n；
tdw＝tdw10*αdw10+tdw11*αdw11+tdw12*αdw12++tdw13*αdw13+…+tdw1n*αdw1n；
式中：tup表示經(jīng)過遺忘因子計(jì)算后得到的上行飛行時(shí)間；tup10表示當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間；αup10表示當(dāng)前上行飛行時(shí)間的遺忘因子；tup11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上一次上行飛行時(shí)間；αup11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上一次上行飛行時(shí)間的遺忘因子；tup1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上n次上行飛行時(shí)間；αup1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上n次上行飛行時(shí)間的遺忘因子；
式中：tdw表示經(jīng)過遺忘因子計(jì)算后得到的下行飛行時(shí)間；tdw10表示當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間；αdw10表示當(dāng)前下行飛行時(shí)間的遺忘因子；tdw11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上一次下行飛行時(shí)間；αdw11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上一次下行飛行時(shí)間的遺忘因子；tdw1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上n次下行飛行時(shí)間；αdw1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上n次下行飛行時(shí)間的遺忘因子。
在步驟(s3)之前還接收溫度傳感器反饋的溫度值temp和壓力傳感器反饋的壓力值press。
第一超聲波探頭和第二超聲波探頭設(shè)置在氣體流場(chǎng)外側(cè)，所述步驟(s3)中同時(shí)根據(jù)超聲波不在氣體流場(chǎng)中的傳輸時(shí)間對(duì)上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10進(jìn)行修正。
其中，上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10進(jìn)行修正的計(jì)算公式為：
式中：l流場(chǎng)中超聲波傳輸路徑長(zhǎng)度；l1不流場(chǎng)中超聲波傳輸路徑長(zhǎng)度；c0流場(chǎng)中超聲波的速度；θ第一超聲波探頭和第二超聲波探頭的連線與流場(chǎng)方向的夾角；v0流場(chǎng)中氣體的速度；tdel硬件電路的延時(shí)時(shí)間。
對(duì)所述步驟(s5)中的實(shí)時(shí)流量q0進(jìn)行校正，得到校正后的瞬時(shí)流量q。
其中，校正公公式為：
q＝kq0+b；
式中：q矯正后的氣體瞬時(shí)流量；q0實(shí)時(shí)流量；k、b矯正參數(shù)。
還包括根據(jù)瞬時(shí)流量q計(jì)算采樣電路增益系數(shù)；
校正后瞬時(shí)流量q小于等于0.5倍超聲波燃?xì)獗硪?guī)定允許的最大流量qmax時(shí)，可以得到固定的上行采樣電路增益系數(shù)和下行采樣電路增益系數(shù)ageupn；
校正后瞬時(shí)流量q大于等于0.5倍超聲波燃?xì)獗硪?guī)定允許的最大流量qmax時(shí)，需要將流量區(qū)間分為若干段，計(jì)算每段的上行采樣電路增益系數(shù)和下行采樣電路增益系數(shù)agedwn。
其中，在所述步驟s1前還包括，根據(jù)前一次采樣周期計(jì)算得到的采樣電路增益系數(shù)調(diào)整采樣電路的增益。
還包括根據(jù)瞬時(shí)流量q計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)通過燃?xì)獗須怏w的體積dv。
根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)通過燃?xì)獗淼臍怏w體積dv進(jìn)行溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)氣體體積dvc，計(jì)算公式為：
dvc＝dv*(1+zt+zp)；
式中zt、zp為溫度和壓力補(bǔ)償系數(shù)；temp為燃?xì)獗須怏w的實(shí)時(shí)溫度；press為燃?xì)獗韮?nèi)氣體的壓力。
本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1.本發(fā)明中，根據(jù)硬件延時(shí)時(shí)間對(duì)上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10進(jìn)行修正，并計(jì)算采樣時(shí)的超聲波的實(shí)時(shí)聲速c0，使得計(jì)算得到的超聲波的實(shí)時(shí)聲速c0、實(shí)時(shí)流速v0及實(shí)時(shí)流量q0更加準(zhǔn)確。同時(shí)，在本發(fā)明中，可根據(jù)上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10計(jì)算采樣時(shí)的超聲波的實(shí)時(shí)聲速c0，不需要額外增加獨(dú)立測(cè)量聲速的模塊，減少超聲波燃?xì)獗淼某杀尽?/p>
2.本發(fā)明中，在對(duì)上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10進(jìn)行硬件延時(shí)的修正前，對(duì)上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10進(jìn)行帶遺忘因子的修正，得到修正后的上行飛行時(shí)間tup和下行飛行時(shí)間tdw，用歷史的上行飛行時(shí)間和下行飛行時(shí)間通過遺忘因子的大小對(duì)得到的上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10進(jìn)行影響，使得修正后的上行飛行時(shí)間tup和下行飛行時(shí)間tdw更加準(zhǔn)確。
3.本發(fā)明中，當(dāng)?shù)谝怀暡ㄌ筋^和第二超聲波探頭設(shè)置在氣體流場(chǎng)外側(cè)時(shí)，步驟(s3)中同時(shí)根據(jù)超聲波不在氣體流場(chǎng)中的傳輸時(shí)間對(duì)上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10進(jìn)行修正以使通過上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10計(jì)算得到的超聲波的實(shí)時(shí)聲速c0更加準(zhǔn)確，即不限制超聲波探頭設(shè)置在流道中的位置，超聲波探頭設(shè)置的位置更加靈活，以滿足不同情況下超聲波探頭的安裝。
4.本發(fā)明中，對(duì)所述步驟(s5)中的所述實(shí)時(shí)流量q0進(jìn)行校正，降低在實(shí)際測(cè)量時(shí)其他因素對(duì)實(shí)時(shí)流量q0的影響，得到的校正后瞬時(shí)流量q更加準(zhǔn)確。
5.本發(fā)明中，在校正后瞬時(shí)流量q小于等于0.5倍超聲波燃?xì)獗硪?guī)定允許的最大流量qmax時(shí)，采樣電路接收的信號(hào)較穩(wěn)定不需要進(jìn)行增益調(diào)節(jié)，校正后瞬時(shí)流量q大于等于0.5倍超聲波燃?xì)獗硪?guī)定允許的最大流量qmax時(shí)，采樣電路接收的信號(hào)不能達(dá)到要求，如測(cè)量到的第二個(gè)發(fā)射波的高度不夠高，此時(shí)對(duì)采樣電路的增益系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使采樣電路接收的信號(hào)能達(dá)到要求，得到的上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10更加準(zhǔn)確，使得計(jì)算實(shí)時(shí)流量q0更加準(zhǔn)確，進(jìn)而形成一個(gè)閉環(huán)反饋。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施方式中提供的超聲波流道示意圖；
附圖標(biāo)記說明：
1-第一超聲波探頭；2-第二超聲波探頭；3-流道。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算成流量。超聲脈沖穿過管道從一個(gè)傳感器到達(dá)另一個(gè)傳感器，當(dāng)氣體不流動(dòng)時(shí)，聲脈沖以相同的速度在兩個(gè)方向上傳播。如果管道中的氣體有一定流速(該流速不等于零)，則順著流動(dòng)方向的聲脈沖會(huì)傳輸?shù)每煨?，而逆著流?dòng)方向的聲脈沖會(huì)傳輸?shù)寐?。這樣，順流傳輸時(shí)間會(huì)短些，而逆流傳輸時(shí)間會(huì)長(zhǎng)些，這里所說的長(zhǎng)些或短些都是與氣體不流動(dòng)時(shí)的傳輸時(shí)間相比而言。在本發(fā)明實(shí)施例中采用傳播速度差法來計(jì)算流量。
實(shí)施例一：
本實(shí)施例的一種氣體流量的計(jì)量方法，包括如下步驟：
(s1)采樣芯片控制第一超聲波探頭1，使得所述第一超聲波探頭1向第二超聲波探頭2發(fā)送超聲波信號(hào)，采樣芯片接收所述第二超聲波探頭2反饋的根據(jù)所述第一超聲波探頭1至所述第二超聲波探頭2的超聲波信號(hào)，得到上行飛行時(shí)間tup10；
(s2)采樣芯片控制所述第二超聲波探頭2，使得所述第二超聲波探頭2向所述第一超聲波探頭1發(fā)送超聲波信號(hào)，采樣芯片接收所述第一超聲波探頭1反饋的根據(jù)所述第二超聲波探頭2至所述第一超聲波探頭1的超聲波信號(hào)，得到下行飛行時(shí)間tdw10；
(s3)根據(jù)硬件延時(shí)時(shí)間對(duì)上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10進(jìn)行修正，并計(jì)算采樣時(shí)的超聲波的實(shí)時(shí)聲速c0；
(s4)根據(jù)所述實(shí)時(shí)聲速c0計(jì)算實(shí)時(shí)流速v0；
(s5)根據(jù)實(shí)時(shí)流速v0和流道3橫截面積s計(jì)算實(shí)時(shí)流量q0。
其中，步驟(s3)中計(jì)算公式為：
式中：l流場(chǎng)中超聲波傳輸路徑長(zhǎng)度；c0流場(chǎng)中超聲波的速度；θ第一超聲波探頭1和第二超聲波探頭2的連線與流場(chǎng)方向的夾角；v0流場(chǎng)中氣體的速度；tdel硬件電路的延時(shí)時(shí)間。
在本實(shí)施例中，還包括控制芯片，由控制芯片發(fā)送一次指令給采樣芯片，采樣芯片會(huì)控制第一超聲波探頭1或第二超聲波探頭2向第二超聲波探頭2或第一超聲波探頭1發(fā)送超聲波信號(hào)，采樣芯片接收第二超聲波探頭2或第一超聲波探頭1反饋的超聲波信號(hào)，將得到上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10傳遞給控制芯片，由控制芯片進(jìn)行上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10的修正，以及計(jì)算采樣時(shí)的超聲波的實(shí)時(shí)聲速c0、實(shí)時(shí)流速v0和實(shí)時(shí)流量q0。
其中，本實(shí)施例中硬件延時(shí)時(shí)間包括：電延遲時(shí)間，儀器內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換及信號(hào)線傳遞時(shí)間；電聲轉(zhuǎn)換時(shí)間，發(fā)射換能器電脈沖加到壓電體瞬間到產(chǎn)生振動(dòng)發(fā)出聲波瞬間存在電聲轉(zhuǎn)換的延遲，接收換能器類似；聲延遲，換能器輻射出或接收的超聲波通過換能器殼體，再通過耦合介質(zhì)層(氣體)的時(shí)間。
本實(shí)施例中，將硬件延時(shí)時(shí)間對(duì)上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10進(jìn)行修正，并計(jì)算采樣時(shí)的超聲波的實(shí)時(shí)聲速c0，沒有了硬件延時(shí)時(shí)間對(duì)實(shí)時(shí)聲速c0影響，數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，計(jì)算得到的采樣時(shí)的超聲波的實(shí)時(shí)流速v0及實(shí)時(shí)流量q0也更加準(zhǔn)確。
如圖1所示，第一超聲波探頭1設(shè)置在第二超聲波探頭2的上游，本實(shí)施例中的氣體流量的計(jì)量方法的流道3橫截面積不限制為圓形，可以為方形或是橢圓形等。
實(shí)施例二：
本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于步驟(s3)，即氣體流量的計(jì)量方法，包括如下步驟：
(s1)采樣芯片控制第一超聲波探頭1，使得所述第一超聲波探頭1向第二超聲波探頭2發(fā)送超聲波信號(hào)，采樣芯片接收所述第二超聲波探頭2反饋的根據(jù)所述第一超聲波探頭1至所述第二超聲波探頭2的超聲波信號(hào)，得到上行飛行時(shí)間tup10；
(s2)采樣芯片控制所述第二超聲波探頭2，使得所述第二超聲波探頭2向所述第一超聲波探頭1發(fā)送超聲波信號(hào)，采樣芯片接收所述第一超聲波探頭1反饋的根據(jù)所述第二超聲波探頭2至所述第一超聲波探頭1的超聲波信號(hào)，得到下行飛行時(shí)間tdw10；
(s3)對(duì)得到的下行飛行時(shí)間tdw10與歷史下行飛行時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行帶遺忘因子計(jì)算，得到修正后的下行飛行時(shí)間tdw，同時(shí)對(duì)得到的上行飛行時(shí)間tup10與歷史上行飛行時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行帶遺忘因子計(jì)算，得到修正后的上行飛行時(shí)間tup；再根據(jù)硬件延時(shí)時(shí)間對(duì)上行飛行時(shí)間tup和下行飛行時(shí)間tdw進(jìn)行修正，并計(jì)算采樣時(shí)的超聲波的實(shí)時(shí)聲速c0；
(s4)根據(jù)所述實(shí)時(shí)聲速c0計(jì)算實(shí)時(shí)流速v0；
(s5)根據(jù)實(shí)時(shí)流速v0和流道3橫截面積s計(jì)算實(shí)時(shí)流量q0。
其中，帶遺忘因子的計(jì)算公式為：
tup＝tup10*αup10+tup11*αup11+tup12*αup12++tup13*αup13+…+tup1n*αup1n；
tdw＝tdw10*αdw10+tdw11*αdw11+tdw12*αdw12++tdw13*αdw13+…+tdw1n*αdw1n；
式中：tup表示經(jīng)過遺忘因子計(jì)算后得到的上行飛行時(shí)間；tup10表示當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間；αup10表示當(dāng)前上行飛行時(shí)間的遺忘因子；tup11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上一次上行飛行時(shí)間；αup11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上一次上行飛行時(shí)間的遺忘因子；tup1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上n次上行飛行時(shí)間；αup1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上n次上行飛行時(shí)間的遺忘因子；
式中：tdw表示經(jīng)過遺忘因子計(jì)算后得到的下行飛行時(shí)間；tdw10表示當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間；αdw10表示當(dāng)前下行飛行時(shí)間的遺忘因子；tdw11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上一次下行飛行時(shí)間；αdw11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上一次下行飛行時(shí)間的遺忘因子；tdw1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上n次下行飛行時(shí)間；αdw1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上n次下行飛行時(shí)間的遺忘因子。
根據(jù)硬件延時(shí)時(shí)間對(duì)上行飛行時(shí)間tup和下行飛行時(shí)間tdw進(jìn)行修正的公式為：
式中：tup上行飛行時(shí)間；tdw下行飛行時(shí)間；l流場(chǎng)中超聲波傳輸路徑長(zhǎng)度；c0流場(chǎng)中超聲波的速度；θ第一超聲波探頭1和第二超聲波探頭2的連線與流場(chǎng)方向的夾角；v0流場(chǎng)中氣體的速度；tdel硬件電路的延時(shí)時(shí)間。
用歷史的上行飛行時(shí)間和下行飛行時(shí)間通過遺忘因子的大小對(duì)得到的上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10進(jìn)行影響，使得修正后的上行飛行時(shí)間tup和下行飛行時(shí)間tdw更加準(zhǔn)確，進(jìn)而計(jì)算得到的采樣時(shí)的超聲波的實(shí)時(shí)聲速c0及實(shí)時(shí)流量q0也更加準(zhǔn)確。
實(shí)施例三：
本實(shí)施例與實(shí)施例二的區(qū)別也在于步驟(s3)，即氣體流量的計(jì)量方法，包括如下步驟：
(s1)采樣芯片控制第一超聲波探頭1，使得所述第一超聲波探頭1向第二超聲波探頭2發(fā)送超聲波信號(hào)，采樣芯片接收所述第二超聲波探頭2反饋的根據(jù)所述第一超聲波探頭1至所述第二超聲波探頭2的超聲波信號(hào)，得到上行飛行時(shí)間tup10；
(s2)采樣芯片控制所述第二超聲波探頭2，使得所述第二超聲波探頭2向所述第一超聲波探頭1發(fā)送超聲波信號(hào)，采樣芯片接收所述第一超聲波探頭1反饋的根據(jù)所述第二超聲波探頭2至所述第一超聲波探頭1的超聲波信號(hào)，得到下行飛行時(shí)間tdw10；
(s3)對(duì)得到的下行飛行時(shí)間tdw10與歷史下行飛行時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行帶遺忘因子計(jì)算，得到修正后的下行飛行時(shí)間tdw，同時(shí)對(duì)得到的上行飛行時(shí)間tup10與歷史上行飛行時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行帶遺忘因子計(jì)算，得到修正后的上行飛行時(shí)間tup；再根據(jù)硬件延時(shí)時(shí)間和超聲波不在氣體流場(chǎng)中的傳輸時(shí)間對(duì)上行飛行時(shí)間tup和下行飛行時(shí)間tdw進(jìn)行修正，并計(jì)算采樣時(shí)的超聲波的實(shí)時(shí)聲速c0；
(s4)根據(jù)所述實(shí)時(shí)聲速c0計(jì)算實(shí)時(shí)流速v0；
(s5)根據(jù)實(shí)時(shí)流速v0和流道3橫截面積s計(jì)算實(shí)時(shí)流量q0。
其中，帶遺忘因子的計(jì)算公式為：
tup＝tup10*αup10+tup11*αup11+tup12*αup12++tup13*αup13+…+tup1n*αup1n；
tdw＝tdw10*αdw10+tdw11*αdw11+tdw12*αdw12++tdw13*αdw13+…+tdw1n*αdw1n；
式中：tup表示經(jīng)過遺忘因子計(jì)算后得到的上行飛行時(shí)間；tup10表示當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間；αup10表示當(dāng)前上行飛行時(shí)間的遺忘因子；tup11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上一次上行飛行時(shí)間；αup11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上一次上行飛行時(shí)間的遺忘因子；tup1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上n次上行飛行時(shí)間；αup1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上n次上行飛行時(shí)間的遺忘因子；
式中：tdw表示經(jīng)過遺忘因子計(jì)算后得到的下行飛行時(shí)間；tdw10表示當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間；αdw10表示當(dāng)前下行飛行時(shí)間的遺忘因子；tdw11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上一次下行飛行時(shí)間；αdw11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上一次下行飛行時(shí)間的遺忘因子；tdw1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上n次下行飛行時(shí)間；αdw1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上n次下行飛行時(shí)間的遺忘因子。
根據(jù)硬件延時(shí)時(shí)間和超聲波不在氣體流場(chǎng)中的傳輸時(shí)間對(duì)上行飛行時(shí)間tup和下行飛行時(shí)間tdw進(jìn)行修正的公式為：
進(jìn)而推算得到實(shí)時(shí)聲速c0計(jì)算公式為：
式中：tup上行飛行時(shí)間；tdw下行飛行時(shí)間；l流場(chǎng)中超聲波傳輸路徑長(zhǎng)度；l1不流場(chǎng)中超聲波傳輸路徑長(zhǎng)度；c0流場(chǎng)中超聲波的速度；θ第一超聲波探頭1和第二超聲波探頭2的連線與流場(chǎng)方向的夾角；v0流場(chǎng)中氣體的速度；tdel硬件電路的延時(shí)時(shí)間。
當(dāng)?shù)谝怀暡ㄌ筋^1和第二超聲波探頭2設(shè)置在氣體流場(chǎng)外側(cè)時(shí)，步驟(s3)中根據(jù)超聲波不在氣體流場(chǎng)中的傳輸時(shí)間對(duì)上行飛行時(shí)間tup和下行飛行時(shí)間tdw修正，利用修正后的上行飛行時(shí)間tup和下行飛行時(shí)間tdw計(jì)算的實(shí)時(shí)聲速c0更加準(zhǔn)確；當(dāng)?shù)谝怀暡ㄌ筋^1和第二超聲波探頭2設(shè)置在氣體流場(chǎng)內(nèi)側(cè)時(shí)，l1不在流場(chǎng)中超聲波傳輸路徑長(zhǎng)度為零。根據(jù)實(shí)時(shí)聲速c0的計(jì)算公式可知，只要保證超聲波的接收和發(fā)送信號(hào)滿足電路設(shè)計(jì)需求，超聲波的傳輸路徑能穿過流場(chǎng)，就可以不限制超聲波探頭在流道3中的位置，超聲波探頭設(shè)置的位置更加靈活，可滿足不同情況下超聲波探頭的安裝。
實(shí)施例四：
本實(shí)施例的氣體流量的計(jì)量方法，包括如下步驟：
(s1)采樣芯片控制第一超聲波探頭1，使得所述第一超聲波探頭1向第二超聲波探頭2發(fā)送超聲波信號(hào)，采樣芯片接收所述第二超聲波探頭2反饋的根據(jù)所述第一超聲波探頭1至所述第二超聲波探頭2的超聲波信號(hào)，得到上行飛行時(shí)間tup10；
(s2)采樣芯片再控制所述第二超聲波探頭2，使得所述第二超聲波探頭2向所述第一超聲波探頭1發(fā)送超聲波信號(hào)，采樣芯片接收所述第一超聲波探頭1反饋的根據(jù)所述第二超聲波探頭2至所述第一超聲波探頭1的超聲波信號(hào)，得到下行飛行時(shí)間tdw10；
(s3)對(duì)得到的下行飛行時(shí)間tdw10與歷史下行飛行時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行帶遺忘因子計(jì)算，得到修正后的下行飛行時(shí)間tdw，同時(shí)對(duì)得到的上行飛行時(shí)間tup10與歷史上行飛行時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行帶遺忘因子計(jì)算，得到修正后的上行飛行時(shí)間tup；再根據(jù)硬件延時(shí)時(shí)間和超聲波不在氣體流場(chǎng)中的傳輸時(shí)間對(duì)上行飛行時(shí)間tup和下行飛行時(shí)間tdw進(jìn)行修正，并計(jì)算采樣時(shí)的超聲波的實(shí)時(shí)聲速c0；
(s4)根據(jù)所述實(shí)時(shí)聲速c0計(jì)算實(shí)時(shí)流速v0；
(s5)根據(jù)實(shí)時(shí)流速v0和流道3橫截面積s計(jì)算實(shí)時(shí)流量q0。
其中，帶遺忘因子的計(jì)算公式為：
tup＝tup10*αup10+tup11*αup11+tup12*αup12++tup13*αup13+…+tup1n*αup1n；
tdw＝tdw10*αdw10+tdw11*αdw11+tdw12*αdw12++tdw13*αdw13+…+tdw1n*αdw1n；
式中：tup表示經(jīng)過遺忘因子計(jì)算后得到的上行飛行時(shí)間；tup10表示當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間；αup10表示當(dāng)前上行飛行時(shí)間的遺忘因子；tup11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上一次上行飛行時(shí)間；αup11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上一次上行飛行時(shí)間的遺忘因子；tup1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上n次上行飛行時(shí)間；αup1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的上行飛行時(shí)間的上n次上行飛行時(shí)間的遺忘因子；
式中：tdw表示經(jīng)過遺忘因子計(jì)算后得到的下行飛行時(shí)間；tdw10表示當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間；αdw10表示當(dāng)前下行飛行時(shí)間的遺忘因子；tdw11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上一次下行飛行時(shí)間；αdw11表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上一次下行飛行時(shí)間的遺忘因子；tdw1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上n次下行飛行時(shí)間；αdw1n表示相對(duì)于當(dāng)前得到的下行飛行時(shí)間的上n次下行飛行時(shí)間的遺忘因子。
根據(jù)硬件延時(shí)時(shí)間和超聲波不在氣體流場(chǎng)中的傳輸時(shí)間對(duì)上行飛行時(shí)間tup和下行飛行時(shí)間tdw進(jìn)行修正的計(jì)算公式為：
進(jìn)而推算得到實(shí)時(shí)聲速c0計(jì)算公式為：
式中：tup上行飛行時(shí)間；tdw下行飛行時(shí)間；l流場(chǎng)中超聲波傳輸路徑長(zhǎng)度；l1不流場(chǎng)中超聲波傳輸路徑長(zhǎng)度；c0流場(chǎng)中超聲波的速度；θ第一超聲波探頭1和第二超聲波探頭2的連線與流場(chǎng)方向的夾角；v0流場(chǎng)中氣體的速度；tdel硬件電路的延時(shí)時(shí)間。
在我國(guó)各地用的燃?xì)獬煞执嬖诓顒e，不同成分的燃?xì)獾拿芏炔灰粯樱瑢?dǎo)致實(shí)時(shí)聲速c0也不一樣；外界環(huán)境如溫度、壓力的變化也會(huì)導(dǎo)致相同成分的燃?xì)饴曀僖膊灰粯?，由上述公式可知，本?jì)量方法的實(shí)時(shí)聲速c0不需要對(duì)壓力和溫度進(jìn)行補(bǔ)償，減少了對(duì)于不同燃?xì)獾某煞值膲毫蜏囟妊a(bǔ)償存在誤差對(duì)實(shí)時(shí)聲速c0的影響，且燃?xì)饨橘|(zhì)不同也不會(huì)對(duì)實(shí)時(shí)聲速c0的產(chǎn)生影響，也不需要額外增加獨(dú)立測(cè)量聲速的模塊，減少超聲波燃?xì)獗淼某杀尽?/p>
上述c0的計(jì)算公式中，只要知道硬件電路的延時(shí)時(shí)間，使用由遺忘因子加權(quán)得到的上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw便可計(jì)算得到實(shí)時(shí)的聲速，氣體的實(shí)時(shí)流速為：
由于v02cos2θ計(jì)算得到的數(shù)值相對(duì)c02較小，則氣體的實(shí)時(shí)流速近似為：
在步驟(s5)中，實(shí)時(shí)流量q0的計(jì)算公式為：
q0＝v0*s；
在實(shí)際測(cè)量中，很多因素會(huì)影響到實(shí)際的流量，如氣體的組分、密度，所以需要對(duì)計(jì)算到的實(shí)時(shí)流量q0進(jìn)行矯正，得到校正后的瞬時(shí)流量q，矯正公式為：
q＝kq0+b；
式中：q矯正后的氣體的瞬時(shí)流量；q0實(shí)時(shí)流量；k、b矯正參數(shù)(矯正參數(shù)可以通過燃?xì)獗砼c標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)臺(tái)體的不同流量點(diǎn)誤差進(jìn)行線性擬合求取)。
氣體通過燃?xì)獗頃r(shí)，氣體流量對(duì)時(shí)間的積分就可以計(jì)算某段時(shí)間內(nèi)通過燃?xì)獗淼臍怏w體積，氣體體積的計(jì)算公式：
v＝∫qdt；
將單位時(shí)間內(nèi)氣體的流速認(rèn)為是勻速的，單位時(shí)間內(nèi)通過燃?xì)獗淼臍怏w體積：
dv＝q*dt；
式中dv表示單位時(shí)間內(nèi)通過的氣體體積，dt表示單位時(shí)間。對(duì)單位時(shí)間內(nèi)的氣體體積累加計(jì)算可得到一段時(shí)間內(nèi)的氣體體積。而通過對(duì)單位時(shí)間內(nèi)通過燃?xì)獗淼臍怏w體積dv進(jìn)行溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)氣體體積dvc，計(jì)算公式為：
dvc＝dv*(1+zt+zp)；
式中zt、zp為溫度和壓力補(bǔ)償系數(shù)；temp為燃?xì)獗須怏w的實(shí)時(shí)溫度；press為燃?xì)獗韮?nèi)氣體的壓力。
在本實(shí)施例中，在步驟(s3)之前采樣芯片還采集溫度傳感器反饋的溫度值temp和壓力傳感器反饋的壓力值press。
本實(shí)施例的氣體流量的計(jì)量方法，還包括根據(jù)矯正后的氣體瞬時(shí)流量q計(jì)算采樣電路增益系數(shù)；根據(jù)燃?xì)獗砹髁苛砍痰姆秶?，可以取不同的流量區(qū)間增益系數(shù)，具體如下：
在小流量范圍，即校正后瞬時(shí)流量q小于等于0.5倍qmax時(shí)，超聲波探頭接收到的信號(hào)比較穩(wěn)定，可以得到固定的上行采樣電路增益系數(shù)和下行采樣電路增益系數(shù)ageupn；
在大流量范圍，即校正后瞬時(shí)流量q大于等于0.5倍qmax時(shí)，需要將流量區(qū)間分為若干段，計(jì)算每段的上行采樣電路增益系數(shù)和下行采樣電路增益系數(shù)agedwn，公式如下：
式中:ageupn表示第n個(gè)流量區(qū)間的上行采樣電路增益系數(shù)；aupn、kupn表示第n個(gè)流量區(qū)間的上行采樣電路增益系數(shù)計(jì)算公式的系數(shù)；agedwn表示第n個(gè)流量區(qū)間的下行采樣電路增益系數(shù)；adwn、kdwn表示第n個(gè)流量區(qū)間的下行采樣電路增益系數(shù)計(jì)算公式的系數(shù)；qmax表示超聲波燃?xì)獗硪?guī)定允許的最大流量。
在本實(shí)施例中，在所述步驟s1前還包括，根據(jù)前一次采樣周期計(jì)算得到的采樣電路增益系數(shù)調(diào)整采樣電路的增益，使超聲波探頭接收的信號(hào)滿足要求。
在本實(shí)施例中，包括控制芯片，由控制芯片發(fā)送一次指令給采樣芯片，采樣芯片會(huì)控制第一超聲波探頭1向第二超聲波探頭2發(fā)送超聲波信號(hào)，采樣芯片接收所述第二超聲波探頭2反饋的超聲波信號(hào)，得到上行飛行時(shí)間tup10后，采樣芯片再控制第二超聲波探頭2發(fā)送超聲波信號(hào)，采樣芯片接收所述第一超聲波探頭1反饋的超聲波信號(hào)，得到下行飛行時(shí)間tdw10，由控制芯片進(jìn)行上行飛行時(shí)間tup10和下行飛行時(shí)間tdw10的修正，以及計(jì)算采樣時(shí)的超聲波的實(shí)時(shí)聲速c0、實(shí)時(shí)流速v0和實(shí)時(shí)流量q0和標(biāo)準(zhǔn)氣體體積dvc。
顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。