Page 150 - 《应用声学》2025年第1期

146 2025 年 1 月

检验超声波水表的准确性，用容积法进行了检定实 0.70 1Ղ֗4Ղ 1Ղ֗6Ղ
0.65
验 [12] 。容积法是通过比较被检水表和标准水表的 0.60 2Ղ֗7Ղ 2Ղ֗3Ղ
0.55
示值误差来评价被检水表的测量性能。 0.50
0.45
᧘ܭভ/% 0.35
0.40
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
-0.05
100 150 1000 1500
ื᧚/(LSh -1 )
图 13 实验重复性曲线
Fig. 13 Experimental repeatability curve

图 11 流量标准装置 从实验结果可知，一致性好的 1 号与 4 号超声
Fig. 11 Flow standard device 换能器、2号与3号超声换能器各流量实验重复性整
体均好于 1 号与 6 号超声换能器、2 号与 7 号超声换
对于以时差法为测量原理的流量计来说，精确
能器。由于在小流量测量中顺逆流传播时间差本身
测量顺逆流时间差是保证流量计测量精度的关键，
较小，且计时芯片对时间分辨率有限，那么一致性好
时间测量的精度越高，则流体的流速和流量的计量
的压电换能器可以有效降低系统对小流量顺逆流
精度也会越高 [13] 。相对误差的计算公式如下：
传播时间差测量的干扰，即提高系统对时间测量的
∆T
E = × 100% , (4) 敏感性，从而使小流量测量的重复性更好。而在大
T
式(4) 中，E 为实际相对误差，∆T 为绝对误差，即测 流量测量中顺逆流时差较大，零流量时测量的时间
量值与真值的差，T 为真值，实际计算中以均值替代 差对测量系统的影响大幅度降低，所以压电换能器
真值。 的一致性对其测量结果影响小。
3
4 个待检定流量点为 Q 1 = 0.0156 m /h、Q 2 =
4 结论
3
3
0.025 m /h、0.4Q 3 = 1 m /h和Q 3 = 2.5 m /h。每
3
个流量点有一个不同的累积流量，用这 4 个累积流 本文提出一种 DTW 方法，来判断不同换能器
量来检验水表的精度和重复性指标 [14] 。Q 1 流量点 在自发自收时输出信号波形的相似度，然后根据相
似度实现超声换能器的一致性评估。最后采用不同
计量累积体积为 1 L，Q 2 时计量体积为 2 L，0.4Q 3
时计量体积 200 L，Q 3 时计量体积为 500 L。对各 的压电换能器依次分别安装于超声流量计样机进
个流量点测试 6 次，取平均 [15] ，实验结果如图 12 和 行实验研究。实验结果表明，一致性较好的压电换
图 13所示。 能器应用于超声流量计时，其零流量顺逆流传播时
间差较小，能够有效改善小流量情况下的测量精度
3.0
2.5 1Ղ֗4Ղ 1Ղ֗6Ղ 低问题，同时提高了测量重复性，验证了所提出的超
2Ղ֗7Ղ 2Ղ֗3Ղ
2.0 声换能器动态性能一致性评估方法的可行性。
ࣱࣀឨࠫᄱک/% 1.0 0 参 考 文 献
1.5
0.5

-0.5
-1.0 [1] 夏金东, 黄海宁, 张春华. 超声波流量计换能器系统理论分析
-1.5 及应用 [J]. 声学技术, 2018, 37(2): 129–135.
-2.0 Xia Jindong, Huang Haining, Zhang Chunhua. Theo-
100 150 1000 1500 retical analysis and application of ultrasonic flowmeter
ื᧚/(LSh -1 ) transducer system[J]. Technical Acoustics, 2018, 37(2):
129–135.
图 12 实验平均相对误差曲线 [2] 吴建文. 压电换能器的一致性与配对研究 [D]. 杭州: 浙江大
Fig. 12 Experimental mean relative error curve 学, 2018.