[發明專利]一種超聲流量計量監控方法與系統

在審

• 申請號: 201711107622.4
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107907172A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 陳兵
• 申請（專利權）人: 陳兵;周志鵬
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66;G01F25/00
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙)11446
• 代理人: 冷文燕,劉國偉

技術領域

本發明涉及超聲流量計量技術領域，尤其涉及一種超聲流量計量監控方法與系統。

背景技術

近年來國家出臺政策鼓勵使用清潔能源，越來越多的終端用戶使用天然氣替代煤炭，減少空氣污染，提高環境質量。但是城市低壓天然氣計量大多采用機械式技術如家庭與工商業戶用皮膜表、腰輪、渦輪流量計等，此類流量計(表)存在機械轉動部件，隨著運行時間加長，機械傳動部分會因臟污、磨損等使貿易計量產生偏差。但常用的機械技術計量表及流量計并不具備智能診斷功能，無法判斷計量儀表是否處于正常工作狀態，同時也不能避免、報警偷氣現象的發生，造成燃氣公司供銷差往往較大，導致經營損失。

氣體超聲流量計因其無轉動部件，具備智能診斷功能，在長輸高壓管線分輸站得到廣泛應用。遵照相關國際與國家標準，現存氣體超聲流量計采用時間差法，通過兩個超聲傳感器測量正反兩方向聲速傳輸時間，導出氣體流速，達到計量氣體流量的目的。時間差法示意圖見附圖1。時間差法公式如下：

及

按照上述公式，推導出時間差法公式為：

及

其中：

t_AB＝傳感器A到傳感器B的聲波傳輸時間

t_BA＝傳感器B到傳感器A的聲波傳輸時間

L＝測量距離

v_t＝時間差法測量的氣體流速

c＝聲速

時間差法要求：構成計量聲道的傳感器必須配對存在；傳感器本身可發射聲波，也能接收對面配對傳感器的聲波信號。

時間差法公式(1)表示：氣體流速只與傳輸時間和測量距離有關，與被測介質的溫度、壓力、組分及聲速等沒有關系，能夠在復雜變化的現場條件下保證準確的流速測量。這也是時間差法能夠廣泛應用在速度式氣體流量計的主要原因。

時間差法可同時得到氣體中傳播的測量聲速c，如公式(2)。根據美國燃氣協會AGA No.10實際的聲音傳播速度C與壓力、溫度和介質組分等現場影響因素相關聯，如果時間差法檢測到的聲速c與實際聲速C之間產生較大偏差，例如超過0.5％，則可表明現場影響因素發生了變化。

目前常見的為對射式四聲道氣體超聲流量計。采用時間差法的超聲流量計，每對關聯的傳感器構成一個獨立的計量聲道，通常情況下，為保證相對較高的測量精度和冗余備份，貿易計量用氣體超聲流量計多為兩聲道及以上。

但大多數家庭與工商業用戶年度消費燃氣總量相對較少，也因此對應用在低壓城市燃氣計量用表的計量精度要求不高，儀表采購成本控制也較為嚴格。目前城市燃氣計量市場出現的單聲道時間差法的超聲流量計(表)，成本雖然低廉，如果構成單聲道的其中一個傳感器出現故障，則該聲道也就同時失去了計量功能，無法做到提前預警、冗余備份等智能診斷與補償功能，對燃氣公司造成計量損失，也會產生計量糾紛和不好的社會影響。如果采用冗余備份的兩聲道(兩對超聲傳感器)或更多聲道設計方案，成本則將大幅增加，燃氣公司會因成本控制而減少多聲道超聲流量計的使用數量。

因此現存的成本與冗余之間的矛盾，制約了超聲計量技術在城市燃氣計量領域內的廣泛應用，尤其針對現有的燃氣計量表進行區域采集與控制的方式，有必要提出一種有效的解決冗余備份計量的監控系統與方法。

發明內容

針對上述問題，本發明旨在提供一種超聲流量計量監控方法與系統，可對同一氣源區域內的每個計量表采用單聲道對流量進行準確測量，解決現有技術因單聲道中的一個傳感器出現故障就失去計量功能的問題，同時解決采用冗余備份的多聲道設計方案因成本大幅增加形成的成本與冗余之間的矛盾，保證超聲計量技術在城市燃氣計量領域內的廣泛應用。

本發明提供的超聲流量計量監控方法，包括：

對輸送同一氣源的一組超聲流量計量表采用時間差法進行聲速計量；

當監測到所述一組超聲流量計量表中某一計量表構成計量聲道的一對傳感器中出現單個傳感器故障時，調取其他無故障計量表的聲速值，作為所述故障計量表的聲速c，控制啟用以下步驟對該故障計量表進行流量計量：

控制構成計量聲道的一對傳感器中的無故障傳感器發射聲波，接收該對傳感器中的故障傳感器反射的聲波信號；

計量所述聲波發射與反射的往返時間t；

將所述往返時間t作為被測介質流速的計量時間進行計量，所述無故障傳感器至所述故障傳感器的距離L，所述流速v_d為：

根據所述流速進行流量的計量。