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资源稀缺推动水计量发展 超声波水表顺势而生

发明科技控中国仪表网2015年09月10日 10:58人气:33182

  【中国仪表网 发明科技控】在淡水资源日益紧缺的危机当下,城市人口,尤其是发展中国家和地区城市人口对饮用水质量标准要求的提升,将会逐步推动水价的持续上涨,目前我国正在推行的阶梯水价是为明证。资源紧缺与水价上涨,很大程度上将会推动水计量产品的进一步发展,可能的影响包括以下:

  
  计量性能:
  
  滴漏检测,需要更低的始动流量;
  
  低区精度,从目前的±5%到更高;
  
  精度稳定性,在比6年周检更长的时期内保持精度满足规范要求。
  
  智能特性:
  
  阶梯,甚至是分时水价;
  
  控制功能,如阀控等;
  
  准实时网络。
  
  其它:
  
  降低管网压损。
  
  基于上述判断,德国acam-mess electronic公司(现为ams公司旗下Specialty Sensor部门)于2015年年初推出了第三代基于其专利的时间数字转换器技术的超声波水表单芯片计量前端GP30-F01,其核心部分包含一个经过多次优化、提升的TDC模块,一个专为超声波流量计设计的32位微处理器,以及一个系统任务管理单元。
  
  用户首先需要一款设计合理、加工精度符合正态分布的管段,同时需要一对各项性能包括中心频率、温度特性等符合要求的超声波换能器。基于此,可以按照GP30-F01的参考设计快速完成一款超声波水表的硬件部分。
  
  在GP30-F01的PC端开发环境中,用户可以通过图形化界面对管段的缩径、声程的长度等基本参数进行设定,同时还可以对stophit次数等测量参数进行配置。GP30-F01内置的固件部分在接收初始化配置之后,即可输出diff_ToF(上、下行飞行时间差、sum_ToF(上、下行飞行时间和)、温度以及流量信息。
  
  必须注意的两点是:
  
  · 所有输出的参数都是未经校准的;
  
  · 只有0°C至50°C之间的温度,才能通过GP30-F01的内部固件进行反算。
  
  建议GP30-F01的用户在原有的水表流量试验系统中增加温度调节功能,比如通过3个恒温水罐(5°C、25°C、50°C)混水来快速有效的调节水温,以满足GP30-F01的“特征化”要求。
  
  所谓“特征化”,我们可以简化理解如下:即从一个大批量的超声波水表基表中,随机抽取10至20只作为样本,通过对小批量样本的流量与温度特性进行校准和提取,最终将一个基于高阶多项式函数的校准参数表,用于整个同一批次所有基表的独立校准。
  
  为了提升特征化效率,用户可以通过一套PicoProg编程器片选连接若干GP30-DEV-KIT的测试板卡(比如10只),切换采集多只抽样基表的测量结果。
  
  由于超声波水表相对于机械水表在低区(低流速区,相对于高流速区即高区。一般为10%的常用流量Q3,假定Q3为2500l/h,则低区为250l/h至最小流量Q1之间的区间)具有更为明显的非线性特性,因而通过“特征化”进行非线性校准与分段线性化,甚至可以将低区精度提高到1级表的±2%或者更高。
  
  特征化过程中,用户首先需要在两个精准的温度点下(比如5°C和50°C)进行10个流量点的测量(建议在低区选择更多的流量点)。请注意这两个温度点以及在该温度点下测得的数据非常重要,直接影响到声速反算温度算法的精度。
  
  在这两个温度点之间的测量并不需要知道确切的温度值,用户需要选择在区间中的另外3个温度点下进行与此前相同的流量点测量。
  
  综合上述抽样基表在5个温度和10个流量点下测得的流量、diff_ToF、sum_ToF,以及反算出的温度,GP30-F01开发环境中的LabView工具将会自动计算出完整的校准特征化参数,以用于整个同一批次所有产品的独立校准。
(本文来源:环球表计转载请注明出处
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