[發明專利]一種多聲道超聲波氣體流量計故障診斷及補償方法有效
| 申請號： | 201610988681.6 | 申請日： | 2016-11-10 |
| 公開（公告）號： | CN106643987B | 公開（公告）日： | 2019-02-22 |
| 發明（設計）人： | 王保良;劉丹丹;姜燕丹;冀海峰;黃志堯;李海青 | 申請（專利權）人： | 浙江大學 |
| 主分類號： | G01F25/00 | 分類號： | G01F25/00 |
| 代理公司： | 杭州求是專利事務所有限公司 33200 | 代理人： | 鄭海峰 |
| 地址： | 310058 浙江*** | 國省代碼： | 浙江;33 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 聲道 超聲波氣體流量計 多聲道 測量數據 故障診斷 流量計量 四聲道 數據采集控制模塊 超聲波傳感器 流量測量裝置 前端處理模塊 在線故障診斷 超聲波氣體 故障發生 故障排除 權重系數 聲速測量 傳感器 管段 舍棄 計量 計算機 保證 | ||
1.一種多聲道超聲波氣體流量計故障診斷及補償方法，其特征在于包括以下步驟：
1)四聲道超聲波氣體流量計在管道內不同高度的水平截面上布置著四對超聲波換能器，通過每對超聲波換能器交替發射和接收超聲波信號測得各個聲道上超聲波信號在順、逆流中的渡越時間，然后根據時差法計算得到對應聲道上的平均流速；
2)通過判斷單一聲道上最大測量聲速差是否在允許的范圍內監測各個聲道的工作狀態，判斷聲道是否出現故障；
3)通過將理論計算聲速和同一條件下各聲道的測量聲速進行比較，根據各個聲道上測量聲速和理論計算聲速之間的偏差是否在允許的范圍內，判斷聲道是否出現故障，當故障發生時定位出現故障的聲道；
4)預先計算四聲道超聲波氣體流量計的任意三個聲道對應的最優權重系數；
5)當某一聲道出現故障時，利用其余正常工作聲道的測量數據和對應的三聲道最優權重系數計算管道內的氣體流速，彌補聲道出現故障后流速測量的偏差，管道內的氣體流速計算公式如式(1)-式(4)所示：
VA＝wBvB+wCvC+wDvD (1)
VB＝wAvA+wCvC+wDvD (2)
VC＝wAvA+wBvB+wDvD (3)
VD＝wAvA+wBvB+wCvC (4)
其中，VA、VB、VC、VD分別為聲道A、B、C、D發生故障時補償后的管道內的氣體流速，vA、vB、vC、vD分別是聲道A、B、C、D上的流速測量值，wA、wB、wC、wD分別是聲道A、B、C、D上流速的加權權重系數。
2.根據權利要求1所述的多聲道超聲波氣體流量計故障診斷及補償方法，其特征在于所述的四對超聲波換能器的安裝位置由Gauss-Jacobi積分方法確定。
3.根據權利要求1所述的多聲道超聲波氣體流量計故障診斷及補償方法，其特征在于所述的步驟2)具體為：
在聲道長度一定的情況下，各聲道的測量聲速只與該聲道上超聲波信號在順、逆流中的渡越時間有關，在多聲道超聲波氣體流量計正常運行的過程中，單一聲道上測得的測量聲速不會有明顯的改變，當某一聲道出現故障后，該聲道上測量得到的順、逆流渡越時間將偏離正常值，這將導致該聲道上的測量聲速偏離正常范圍，當單一聲道測量聲速差超過允許的范圍時，可判定該聲道測量出現故障。
4.根據權利要求1所述的多聲道超聲波氣體流量計故障診斷及補償方法，其特征在于所述的步驟3)具體為：
當某一聲道出現故障后，該聲道上測量得到的順、逆流渡越時間將偏離正常值，這將導致測量聲速與理論計算聲速之間出現較大偏差，通過將理論計算聲速和同一條件下多聲道超聲波氣體流量計的各聲道測量聲速進行比較，根據各個聲道上測量聲速和理論計算聲速之間的偏差是否在允許的范圍內可以準確定位故障聲道的位置；
其中，理論計算聲速為T是實際測量中氣體的熱力學溫度；測量聲速為其中，i是聲道編號1-4，Cfi是第i聲道上的測量聲速，Li是第i聲道長度，tdi是第i聲道上超聲波的順流渡越時間，tui是第i聲道上超聲波的逆流渡越時間。
5.根據權利要求1所述的多聲道超聲波氣體流量計故障診斷及補償方法，其特征在于所述的步驟4)具體為：
在聲道A出現故障不能正常測量的情況下，利用其他三個正常測量聲道B、C和D的測量數據計算管道內氣體的平均流速，通過建立式(5)所示的最小二乘函數，當fA(w)取到最小值時，計算得到的wB、wC和wD是最優的權重系數，此時，利用三個正常工作聲道的測量數據計算得到的流速和參考流速的誤差平方和最小；同理，在聲道B、C、D分別出現故障不能正常測量的情況下，其它正常工作聲道對應的最優的權重系數分別可以通過建立如式(6)-式(8)所示的最小二乘函數計算得到，在式(5)-式(8)中，vAi、vBi、vCi、vDi分別是聲道A、B、C、D第i次測量的流速，wA、wB、wC、wD分別是聲道A、B、C、D對應的加權權重系數，Vi為第i次測量的參考流速，n是測量的總次數，式(5)中wB、wC、wD滿足wB+wC+wD＝1，式(6)中wA、wC、wD滿足wA+wC+wD＝1，式(7)中wA、wB、wD滿足wA+wB+wD＝1，式(8)中wA、wB、wC滿足wA+wB+wC＝1，
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