[发明专利]一种多声道超声波气体流量计声道权系数计算方法

说明书

本发明公开了一种多声道超声波气体流量计声道权系数计算方法。在流量计标定过程中，获取超声波气体流量计各个声道的顺、逆流渡越时间，通过温度和压力测量装置读取流量计工作温度和压力，结合标准表测量结果，使用粒子群算法优化参数的支持向量机算法，得出多声道超声波气体流量计声道权系数。支持向量机算法的使用能够有效降低流量计系统误差。使用粒子群算法优化支持向量机算法的参数，能够有效降低人为设定参数带来的支持向量机算法计算结果的偏差。该方法可以统一应用于低速区和非低速区的测量，不必按照雷诺数大小划分流速区来分别进行流速校正和拟合。该方法可适应不同声道布置方式和位置，有效降低计量误差，实用性更强。

技术领域

本发明涉及一种多声道超声波气体流量计声道权系数计算方法，特别涉及一种基于粒子群算法优化参数的支持向量机算法的多声道超声波气体流量计声道权系数计算方法。

背景技术

超声波气体流量仪表是近年来广泛应用于天然气管道的流量测量装置。其具有的双向性、无阻流元件、重复性高、精度高和不带来管道压损等优点，使多声道超声波气体流量计取代传统的孔板流量计和涡轮流量计等，成为流量测量的主要装置。超声波气体流量计使用的原理是超声波在流体的影响下，顺、逆流传播时声波速度与流速叠加或者相抵，导致顺逆流传播时间不一致，并与流体流速相关，从而可通过对顺、逆流时间的测量反推流体流速。多声道超声波气体流量计是在单声道超声波气体仪表的基础上加入多个声道，声道所在的平面是平行于管道纵向的过直径横截面或者过弦横截面。通过测量管道不同位置的流体速度分布，按照相应的声道权系数方案进行计算后，得出流体流速。常用的多声道超声波气体流量计权系数方案有Gauss-Legendre方案、Tchebychev方案，Tailored方案和OWICS方案。与单声道超声波气体流量计相比，多声道超声波流量计的优点在于多声道的布局可以抵消一部分由于安装误差和电路时延等带来的系统误差，对于速度分布的多位置测量能够更加准确地反应流动的真实状况，利于精确测量和流态监测。

在国际上，多声道超声波气体流量计是天然气贸易结算的标准器具。目前制造商主要为欧洲和美国的大型仪表制造企业，中国国内具有自主知识产权的精密超声波气体流量计制造公司几乎没有，仪表使用来源依赖进口，价格高、维修不便。多声道超声波气体流量计的研制是一个包含了软件和硬件的设计、结合和优化的过程。工作主要集中在在硬件方面，超声波换能器的制造、性能提高、优化电路以提高信号信噪比等，在软件方面，对于超声波在流体中传播方式进行深入探讨以改进流量计的测量原理、流量计校准方法的优化等。在多声道超声波气体流量计声道系数方案的研究上，Gauss-Legendre方案、Tchebychev方案，Tailored方案和OWICS方案。这些方案都建立在特定的声道位置布局基础之上，缺点在于在仪表实际制造过程中，无法保证声道位置完全按照设计位置排布，从而带来系统误差，同时由于这些设计方案都基于充分发展的管道流体速度分布半经验模型，并不完全适合实际测量中气体流体的流动状态。从而导致多声道超声波气体流量计的测量准确度降低。

与本专利相关的文献和专利中，Yeh，T等人发表在2001年IEEE Instrumentation&Measurement Technology会议的论文“An intelligence ultrasonic flow meter forimproved flow measurement and flow calibration facility”中，提出了使用人工神经网络来计算多声道流量计的声道权系数，但并没有通过实验数据来证明这种方法的有效性。专利《一种采用高斯-雅可比多项式确定声道位置的设置新方法》(申请公布号：201610117702.7)使用高斯-雅可比多项式来确定声道的位置，要求声道位置必须依照计算方案固定安装，在实际仪表制造中难以保证，灵活性差。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有研究和技术存在的问题和缺陷，提出一种多声道超声波气体流量计声道权系数计算方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种多声道超声波气体流量计声道权系数计算方法，包括以下步骤：