本發(fā)明涉及超聲波流量測量領(lǐng)域，尤其涉及一種溫壓補償方法。

背景技術(shù)：

1、在燃氣行業(yè)中，超聲波計量儀表是一種用于測量燃氣流量的高精度設(shè)備。這種儀表通過采集燃氣流經(jīng)計量儀表時的超聲波信號變化來確定流量。然而，燃氣的體積會隨著溫度和壓力的變化而變化，因此，為了確保測量的準確性，需要對流量數(shù)據(jù)進行溫度和壓力的補償，即將測量的工況體積轉(zhuǎn)換為標準狀況下的體積，這個過程稱為溫壓補償。溫壓補償是一種在氣體和蒸汽流量測量中常用的技術(shù)，用于修正因溫度和壓力變化導(dǎo)致的測量誤差。在實際應(yīng)用中，溫壓補償可以通過以下步驟實現(xiàn)：測量現(xiàn)場的溫度和壓力；根據(jù)測量得到的溫度和壓力值，利用溫壓補償公式計算出在標準狀態(tài)下的流量值。

2、為了保證溫壓補償?shù)霓D(zhuǎn)換精度，需要頻繁地采集壓力的實時數(shù)據(jù)，這通常意味著需要增加采樣的頻次，即減少采樣周期。通過更頻繁地獲取壓力的測量值，可以更準確地反映燃氣在不同工況下的體積變化，從而提高流量測量的準確性。

3、這種技術(shù)方案存在一些明顯的缺陷：首先，提高采樣頻次也意味著計量儀表的微控制器或處理器需要更頻繁地運行，不可避免地導(dǎo)致功耗的增加。其次，在流量和環(huán)境溫度壓力相對穩(wěn)定的情況下，進行高頻率的數(shù)據(jù)采集是不必要的，無效的溫壓補償會造成功耗浪費。并且，在電池供電的低功耗應(yīng)用場景中，功耗的增加和浪費尤其成問題，因為電池的續(xù)航能力是有限的。如果功耗過高，將縮短電池的使用壽命，增加維護成本和復(fù)雜性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供一種溫壓補償方法，通過優(yōu)化壓力數(shù)據(jù)的采集，在保證測量精度和降低功耗之間找到平衡點，使得降低整體功耗，減少不必要的功耗浪費。

2、為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、一種溫壓補償方法，包括建立流壓映射表，所述流壓映射表反映流量值對應(yīng)壓力值的映射關(guān)系；?預(yù)設(shè)采集條件，所述采集條件包括警戒素變化值超出預(yù)設(shè)閾值；

4、當溫壓補償系統(tǒng)判斷當前情形符合采集條件，則實時采集壓力值；若不符合采集條件，則通過當前的流量值和所述流壓映射表，獲得對應(yīng)的壓力值。

5、流量值為燃氣通過的瞬值，而非累積數(shù)值。流量的瞬值是指在某一特定時刻流過管道截面的氣體體積。壓力則是該部分氣體在管道中流動時所受到的力。氣體的流動受到壓力梯度的驅(qū)動。在實際的燃氣輸送過程中，壓力可能會發(fā)生波動，這些波動由多種因素引起。因此，每個瞬時流量值都可能對應(yīng)一個不同的壓力值。

6、警戒素為壓力變化的原因或隨壓力變化的因素，警戒素的變化引起壓力的變化或被壓力變化引起，具體的警戒素由本領(lǐng)域技術(shù)人員按照實際情況設(shè)定。警戒素變化值超出預(yù)設(shè)閾值時對壓力值變動的影響較為明顯，因此將其作為采集條件，警戒素的具體預(yù)設(shè)閾值由本領(lǐng)域技術(shù)人員按照實際情況設(shè)定。

7、比較壓力值采集的功耗，警戒素值采集的功耗是相對小的。這與測量儀器的特性有關(guān)。測量壓力值的壓力傳感器通常需要將物理壓力轉(zhuǎn)換為電信號，這些轉(zhuǎn)換通常需要較大的能量，尤其是在高精度和高頻率的采集情況下。在燃氣測量的領(lǐng)域，測量警戒素的儀器，通常所需的能量較少。如熱敏電阻、半導(dǎo)體傳感器，通常工作在較低電壓和電流下，檢測的是引起的電阻變化，這個過程所需的能量較少。再如超聲波傳感器，其聲波發(fā)射和接收的能量消耗相對較低，尤其是在非連續(xù)或低頻采集的情況下。

8、警戒素值采集的功耗相對小的原因還包括警戒素值的采集頻率通常比壓力值的采集頻率低。引起壓力值變化的警戒素種類較多，因此壓力的采集頻率較高，傳感器和相關(guān)的電子組件需要持續(xù)工作，從而消耗更多的能量。警戒素的數(shù)據(jù)變化相對緩慢，不需要高頻率采集，因此可以在兩次采集之間讓傳感器進入低功耗模式或者關(guān)閉?？偟膩碚f，頻繁采集警戒素數(shù)據(jù)的功耗遠小于頻繁采集壓力值的功耗，因此頻繁采集警戒素數(shù)據(jù)，不會造成功耗大幅度增加，而頻繁采集壓力值會大幅度增加測量設(shè)備的能耗，因此要盡可能降低壓力采集的頻率。

9、綜上所述，通過設(shè)定警戒素變化值超出預(yù)設(shè)閾值的采集條件，優(yōu)化壓力值采集方法，確保獲取高質(zhì)量的壓力數(shù)據(jù)，避免了不必要的頻繁采集和無效采集，收集到的數(shù)據(jù)更具代表性，減少了因頻繁采集導(dǎo)致的冗余數(shù)據(jù)和不必要的數(shù)據(jù)采集活動。同時通過映射關(guān)系，獲取當前流量值下的相應(yīng)壓力值，可以不用采集壓力值，從而降低測量設(shè)備的能耗。

10、作為優(yōu)選，所述警戒素包括溫度和聲速。

11、在燃氣測量儀器中，溫度對氣體壓力變化的影響原理是現(xiàn)有技術(shù)。當溫度升高時，氣體分子的平均動能增加，導(dǎo)致分子運動更加劇烈，從而增加了氣體對容器壁的壓力，壓力隨之上升。相反，當溫度降低時，分子運動減緩，壓力下降。這種關(guān)系意味著，溫度發(fā)生變化，壓力也發(fā)生變化。

12、在燃氣測量儀器中，聲速對氣體壓力變化的影響原理是現(xiàn)有技術(shù)。當聲波在管道中傳播時，它的速度會受到氣體壓力的影響。當氣體壓力增加時，氣體的密度通常會增加，導(dǎo)致聲速增加；反之，當氣體壓力減小時，聲速會減小。這種關(guān)系意味著，監(jiān)測到聲速的變化，說明氣體壓力發(fā)生了變化。

13、采集條件預(yù)設(shè)為當溫度或聲速變化超過設(shè)定閾值時采集，如溫度變化超過2℃時采集壓力值和流量值、當聲速變化超過2m/s采集壓力值和流量值。

14、作為優(yōu)選，所述方法還包括更新所述流壓映射表，溫壓補償系統(tǒng)采集到當前壓力值時，將當前壓力值和當前流量值更新至所述流壓映射表中的映射關(guān)系。

15、壓力值除了通過采集獲得，還可通過流壓映射表和流量值獲得，流壓映射表反映流量值對應(yīng)壓力值的映射關(guān)系，因此更新流壓映射表可以更好地捕捉快速變化的壓力環(huán)境，能夠通過更新的流壓映射表獲得更準確的壓力值。具體的更新條件根據(jù)實際使用需要設(shè)定。系統(tǒng)啟動初始，可以采集當前壓力、流量數(shù)據(jù)作為起始數(shù)據(jù)。

16、作為優(yōu)選，所述流壓映射表包括多組過去數(shù)據(jù)例；每組所述過去數(shù)據(jù)例包括流量值和壓力值；各流量值均分別對應(yīng)一個流量數(shù)據(jù)段；相鄰的所述過去數(shù)據(jù)例中的所述流量數(shù)據(jù)段在數(shù)值范圍上是連續(xù)的；每個所述流量數(shù)據(jù)段對應(yīng)的所述過去數(shù)據(jù)例至少有一組。

17、設(shè)置多個流量數(shù)據(jù)段，每個流量數(shù)據(jù)段對應(yīng)至少一組過去數(shù)據(jù)例。例如：設(shè)定每1m3為一個流量閾值范圍，則0-1m3、1m3-2m3、2m3-3m3、3m3-4m3、4?m3-5m3、5m3-6m3.....每個流量閾值范圍分別對應(yīng)至少一組過去數(shù)據(jù)例，流量閾值范圍的大小不局限于1m3。這樣做的好處是可以使流壓映射表中的過去數(shù)據(jù)例更加均勻，使得流壓映射表反映流量值和壓力值關(guān)系更加科學(xué)。

18、作為優(yōu)選，不符合所述采集條件時，對所述流壓映射表中的多組所述過去數(shù)據(jù)例進行數(shù)據(jù)擬合，計算得到對應(yīng)的壓力值。

19、如，有過去數(shù)據(jù)例數(shù)據(jù)為：流量值為2m3，壓力值為103pa；流量值為4m3，壓力值為134pa，當前流量值采集為2.6m3，可用以上兩組過去數(shù)據(jù)例進行擬合，計算得到對應(yīng)的壓力值。

20、當溫壓補償系統(tǒng)判斷當前情形不符合采集條件，則通過當前的流量值和流壓映射表，獲得對應(yīng)壓力值。獲得對應(yīng)壓力值的方法包括對流壓映射表中過去數(shù)據(jù)例進行數(shù)據(jù)擬合。數(shù)據(jù)擬合能夠揭示過去數(shù)據(jù)例中的隱藏模式和趨勢，通過建立數(shù)學(xué)模型，可以預(yù)測未來的數(shù)據(jù)。待擬合的過去數(shù)據(jù)例的數(shù)量應(yīng)至少為兩組，才能計算得到所選擇數(shù)據(jù)擬合模型的估計參數(shù)，以此在獲得當前流量值的前提下，計算得到對應(yīng)的壓力值。

21、作為優(yōu)選，所述數(shù)據(jù)擬合的方法包括線性插值法和最小二乘法。

22、線性插值法：讀取至少兩個過去數(shù)據(jù)例，獲得至少兩組流量值和壓力值，進行線性插值擬合，擬合公式為：

23、

24、其中，i和j是過去數(shù)據(jù)例的數(shù)組編號，k是計算得到的對應(yīng)壓力值，v為當前流量值。將當前流量值代入后計算得到對應(yīng)壓力值。

25、最小二乘法：讀取至少兩個過去數(shù)據(jù)例，獲得至少兩組流量值和壓力值，進行最小二乘法擬合，擬合公式為：

26、

27、其中，x為流量值，y為壓力值，計算得到斜率k和偏移量a后代入當前流量值，獲得對應(yīng)的壓力值。

28、作為優(yōu)選，每組所述過去數(shù)據(jù)例還包括一個計時器t；所述過去數(shù)據(jù)例每更新一次，對應(yīng)的所述計時器t值清零；當溫壓補償系統(tǒng)判斷所述過去數(shù)據(jù)例的所述計時器t值超過設(shè)定閾值時，其流量值和壓力值不能用于進行數(shù)據(jù)擬合。

29、溫壓補償系統(tǒng)在讀取流壓映射表中的過去數(shù)據(jù)例時，會一并讀取對應(yīng)的計時器值t，并判斷計時器t是否超過設(shè)定閾值，如果超過，則代表該過去數(shù)據(jù)例中的流量值和壓力值長時間沒有更新，已經(jīng)不能反映當下流量值和壓力值的關(guān)系，流量值和壓力值數(shù)據(jù)已經(jīng)過期，不能用于進行數(shù)據(jù)擬合。如果沒有超過設(shè)定閾值，表示當前流量值和壓力值數(shù)據(jù)可用于數(shù)據(jù)擬合。

30、作為優(yōu)選，所述方法還包括達到溫度采集條件時，采集溫度值。

31、由于一般情況下，溫度值不容易頻繁變化，因此達到溫度采集條件時采集溫度值可以避免溫度值的無效重復(fù)采集，進一步降低溫壓補償系統(tǒng)整體功耗。

32、作為優(yōu)選，所述方法還包括零流量時定時采集溫度值。

33、當沒有流量時，無需進行溫壓補償，為降低功耗，可以定時較長時間進行溫度采集，如十五分鐘采集一次溫度值，用于更新溫度數(shù)據(jù)，此時不需采集壓力值。

34、作為優(yōu)選，所述采集條件還包括當氣體從無流量變有流量時采集。

35、這樣做的好處是，充分考慮到氣體剛流動時的特殊情況，此時采集不影響進行溫壓補償，避免映射關(guān)系空白，不采集無法獲取壓力值的情況。

36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

37、1．通過采用了基于警戒素變化值超出預(yù)設(shè)閾值的采集條件，對壓力值采集方法進行了優(yōu)化，確保了我們能夠獲取到高可靠性的壓力數(shù)據(jù)，有效避免了頻繁且無效的數(shù)據(jù)采集，使得收集的數(shù)據(jù)更加具有代表性，顯著減少了由頻繁采集帶來的數(shù)據(jù)冗余和多余的數(shù)據(jù)采集活動。此外，通過建立流量值與壓力值的映射關(guān)系，我們能夠在無需直接采集壓力值的情況下，推算出當前流量對應(yīng)的壓力值，這不僅提高了效率，降低壓力采集的頻率，同時也降低了測量設(shè)備的能耗。

38、2．通過更新流壓映射表，可以利用最新的流壓映射表來獲得更為精確的壓力值。具體的更新條件將根據(jù)實際應(yīng)用需求進行設(shè)定。在系統(tǒng)啟動之初，可以采集當前的壓力和流量數(shù)據(jù)作為初始參考數(shù)據(jù)。

39、3．通過設(shè)定多個流量數(shù)據(jù)段，能夠使流壓映射表中的歷史數(shù)據(jù)分布更加均衡，從而使得流壓映射表在反映流量值與壓力值關(guān)系時更加精準和科學(xué)。

40、4．通過數(shù)據(jù)擬合，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的預(yù)測，在不符合采集條件時，無需實際測量壓力值，通過數(shù)據(jù)擬合可以快速得到結(jié)果，節(jié)省了時間和資源，減少了壓力傳感器的使用頻率，從而降低了設(shè)備的能耗和維護成本。

41、5．通過設(shè)定計時器值t，并判斷其是否超過設(shè)定閾值，確保使用的數(shù)據(jù)是最近和相關(guān)的，從而提高數(shù)據(jù)擬合的準確性和可靠性。過時的數(shù)據(jù)可能會引入誤差，影響系統(tǒng)的性能，排除長時間未更新的數(shù)據(jù)可以防止系統(tǒng)基于不再適用的信息做出決策，減少因數(shù)據(jù)過時導(dǎo)致的錯誤預(yù)測。