資源稀缺推動水計量發(fā)展 超聲波水表順勢而生

    在淡水資源日益緊缺的危機當下，城市人口，尤其是發(fā)展中國家和地區(qū)城市人口對飲用水質(zhì)量標準要求的提升，將會逐步推動水價的持續(xù)上漲，目前我國正在推行的階梯水價是為明證。資源緊缺與水價上漲，很大程度上將會推動水計量產(chǎn)品的進一步發(fā)展，可能的影響包括以下：
　　計量性能：
　　滴漏檢測，需要更低的始動流量；
　　低區(qū)精度，從目前的±5%到更高；
　　精度穩(wěn)定性，在比6年周檢更長的時期內(nèi)保持精度滿足規(guī)范要求。
　　智能特性：
　　階梯，甚至是分時水價；
　　控制功能，如閥控等；
　　準實時網(wǎng)絡。
　　其它：
　　降低管網(wǎng)壓損。
　　基于上述判斷，德國acam-mess electronic公司(現(xiàn)為ams公司旗下Specialty Sensor部門)于2015年年初推出了第三代基于其專利的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器技術(shù)的超聲波水表單芯片計量前端GP30-F01，其核心部分包含一個經(jīng)過多次優(yōu)化、提升的TDC模塊，一個專為超聲波流量計設計的32位微處理器，以及一個系統(tǒng)任務管理單元。
　　用戶首先需要一款設計合理、加工精度符合正態(tài)分布的管段，同時需要一對各項性能包括中心頻率、溫度特性等符合要求的超聲波換能器?；诖?，可以按照GP30-F01的參考設計快速完成一款超聲波水表的硬件部分。
　　在GP30-F01的PC端開發(fā)環(huán)境中，用戶可以通過圖形化界面對管段的縮徑、聲程的長度等基本參數(shù)進行設定，同時還可以對stophit次數(shù)等測量參數(shù)進行配置。GP30-F01內(nèi)置的固件部分在接收初始化配置之后，即可輸出diff_ToF(上、下行飛行時間差、sum_ToF(上、下行飛行時間和)、溫度以及流量信息。
　　必須注意的兩點是：
　　· 所有輸出的參數(shù)都是未經(jīng)校準的；
　　· 只有0°C至50°C之間的溫度，才能通過GP30-F01的內(nèi)部固件進行反算。
　　建議GP30-F01的用戶在原有的水表流量試驗系統(tǒng)中增加溫度調(diào)節(jié)功能，比如通過3個恒溫水罐(5°C、25°C、50°C)混水來快速有效的調(diào)節(jié)水溫，以滿足GP30-F01的“特征化”要求。
　　所謂“特征化”，我們可以簡化理解如下：即從一個大批量的超聲波水表基表中，隨機抽取10至20只作為樣本，通過對小批量樣本的流量與溫度特性進行校準和提取，最終將一個基于高階多項式函數(shù)的校準參數(shù)表，用于整個同一批次所有基表的獨立校準。
　　為了提升特征化效率，用戶可以通過一套PicoProg編程器片選連接若干GP30-DEV-KIT的測試板卡(比如10只)，切換采集多只抽樣基表的測量結(jié)果。
　　由于超聲波水表相對于機械水表在低區(qū)(低流速區(qū)，相對于高流速區(qū)即高區(qū)。一般為10%的常用流量Q3，假定Q3為2500l/h，則低區(qū)為250l/h至最小流量Q1之間的區(qū)間)具有更為明顯的非線性特性，因而通過“特征化”進行非線性校準與分段線性化，甚至可以將低區(qū)精度提高到1級表的±2%或者更高。
　　特征化過程中，用戶首先需要在兩個精準的溫度點下(比如5°C和50°C)進行10個流量點的測量(建議在低區(qū)選擇更多的流量點)。請注意這兩個溫度點以及在該溫度點下測得的數(shù)據(jù)非常重要，直接影響到聲速反算溫度算法的精度。
　　在這兩個溫度點之間的測量并不需要知道確切的溫度值，用戶需要選擇在區(qū)間中的另外3個溫度點下進行與此前相同的流量點測量。
　　綜合上述抽樣基表在5個溫度和10個流量點下測得的流量、diff_ToF、sum_ToF，以及反算出的溫度，GP30-F01開發(fā)環(huán)境中的LabView工具將會自動計算出完整的校準特征化參數(shù)，以用于整個同一批次所有產(chǎn)品的獨立校準。

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　　機械廠對全公司工藝閥門進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)高效利用、資源共享。