一体式电磁流量计_分体式电磁流量计_卫生级电磁流量计_卫生型电磁流量计_电池供电电磁流量计_卡箍式电磁流量计_废水电磁流量计_德克森仪表(淮安)有限公司官网

  official blog  中文版 | ENGLISH

Customer Service Hotline:0517-86930968     13951262528

Current Location:Home > 技術文章 
高精度超聲波流量計的設計
Updated:2019-7-4 9:57:17 Browse:1851 Close window Print this page
 [導讀] 文章根據時差法超聲波流量計的原理,采用低功耗MSP430單片機為控制核心,選用時間數字轉換芯片(TDC-GP2)作為計時芯片,設計了一種高精度的超聲波流量計。實驗表明,本設計不僅提高了時間測量的精度,測量誤差小于±1%,而且功耗低、軟件升級和更新方便。
 
    在超聲波流量測量系統中,超聲波信號的傳播速度很快,那么超聲波傳播時間的測量就是系統精度的關鍵。目前的超聲波流量計適合用于大管徑的管道上,多用在工業領域,不適合城市供水行業對用戶供水量的計量。傳統的家用機械旋翼式水表始動流量大、磨損快、維護麻煩,越來越不能適應節水的要求。針對上述問題,本文提出了一種使用高精度時間轉換芯片設計的超聲波測量系統,可以實現對小管徑、低流速液體的精確測量。此系統硬件電路設計結構簡單,并且超低功耗MSP430單片機的使用,降低了系統的功耗,提高了工作效率,增加了系統的穩定性和可擴展性,可用于對家用測量儀表的開發。
 
    1 超聲波流量計測量原理
 
    超聲波時差法測流量是通過測量超聲波信號在順流和逆流傳播時間之差來最終求得流量的,其原理圖如圖1所示[1]。
 
 
 
圖1 時差法超聲波流量計原理圖
 
    設流體的流速為v,聲速為c,管道直徑為D,聲路與流體流向間的夾角為α,則超聲波順流時傳播時間t1為:
 
        (1)
 
    超聲波逆流的傳播時間t2為:
 
       (2)
 
    傳播時間差Δt為:
 
        (3)    
 
    結合式(1)、(2)和(3),得到時差法的流速公式為:
 
       (4)
 
    只要測出順流和逆流傳播時間t1和t2就能求出速度v,進而得到流量。這種方法不受溫度的影響,可以實現精確測量,高精度的時間測量模塊就是整個測量系統的關鍵。
 
    2 硬件系統設計
 
    2.1 硬件系統的總體設計
 
    系統的硬件設計是采用模塊化設計方法。MSP430單片機是系統的控制核心,并且對采集到的數據進行處理。TDC-GP2計時模塊電路用來發射超聲波換能器驅動信號、采集時間差,也是整個系統的核心。硬件系統結構框圖如圖2所示。
 
 
 
圖2 硬件系統結構框圖
 
    整個系統的工作過程是:
 
    系統通電后,單片機完成自身和計時芯片的初始化設置。先給收發時序控制電路一個信號,來確定是順水測量還是逆水測量。MSP430給GP2發送一個命令信號,通知GP2的脈沖發生器發射信號,用來驅動超聲波換能器,同時給GP2一個Start信號,計時開始。超聲波信號通過管道中的流體后,接收換能器將接收到的信號修正后送到GP2的STOP引腳,計時結束。最后由GP2中的算術邏輯單元(ALU)算出超聲波在流體中的傳播時間。然后,MSP430改變收發時序控制電路的方向,再進行一次測量,又得到一個傳播時間。兩個時間參數,通過時差法的原理公式就能夠算出管道中的流量。
 
    2.2 TDC-GP2芯片介紹與詳細設計
 
    (1)TDC-GP2芯片概述[2]
 
    TDC-GP2是ACAM公司推出的時間數字轉化芯片,利用現代化的純數字化CMOS技術,可以使時間的測量精度達到ps級。主要功能描述如下:
 
    ①可選的測量范圍
 
    芯片有兩個測量范圍。測量范圍1是雙通道測量,兩個Stop通道共用一個Start通道,每個通道典型分辨率50ps,測量范圍是0~1.8μs。測量范圍2是單通道測量,只有一個Stop通道對應一個Start通道,典型分辨率50ps,測量范圍是500ns~4ms。
 
    ②高速脈沖發生器
 
    通過對TDC-GP2內部寄存器的設置,就可以觸發脈沖發生器產生頻率、相位和脈沖個數都可調的脈沖序列。高速振蕩器頻率用作基本頻率。這個頻率在內部被倍頻,還可以除以因子2~15進行分頻,并可以產生1~15個脈沖序列,每個脈沖序列都可通過設置寄存器來調節其相位。通過發送代碼Start_Cycle來激活觸發脈沖發生器。觸發脈沖發生器提供兩個輸出結果Fire1和Fire2。
 
    (2)TDC-GP2時間間隔測量原理
 
    TDC-GP2是以信號通過內部門電路的傳播延遲來進行時間間隔測量的,它可以準確地記下信號通過門電路的個數。圖3為TDC-GP2測量單元的主要構架圖。芯片測量單元由環形振蕩器的位置和粗值計數器的計數值可以計算出START信號和STOP信號之間時間間隔,測量范圍可達20位。
 
 
 
圖3 TDC-GP2測量單元構架圖
 
    圖3中,超聲波發射電路發射超聲波信號,同時給TDC-GP2的Start引腳一個開始信號,計時開始。接收換能器收到信號后,給TDC-GP2一個Stop信號,計時結束。MSP430對TDC-GP2進行寄存器配置以及時間測量控制,時間測量結果傳回給單片機進行流量精確計算,并顯示結果。
 
    (3)基于TDC-GP2的高精度計時模塊設計
 
    TDC-GP2需要使用2個晶振,首先它需要一個2~8MHz的高速時鐘進行校準用,在測量范圍2中TDC-GP2還需要高速時鐘信號作為時間測量單元的一部分;同時還需要一個321768kHz的基準時鐘來控制高速時鐘和進行時鐘校準用,本文中的321768kHz的時鐘是由單片機提供。
 
    TDC-GP2與MSP430單片機的連接是通過TDC-GP2的SPI接口來實現的,單片機的I/O口與4線SPI兼容,所以本文用I/O口模擬SPI通信。進行測量之前,需要單片機通過SPI接口對計時芯片寄存器進行設置,然后對計時芯片初始化,之后就是對信號進行計時操作。
 
    3 軟件系統設計
 
    軟件系統主要工作是對硬件系統采集的數據進行處理、結果的顯示等。
 
    系統軟件主流程圖如圖4所示。系統上電后,首先執行對寄存器的設置,然后是初始化操作(包括初始化MSP430單片機與TDC-GP2),主程序進入測量等待狀態。在這段過程中,一旦TDC-GP2接收到Start或者Stop信號,則說明在進行測量。之后判斷中斷,讀狀態寄存器。如果狀態寄存器顯示是溢出,則初始化重新測量;數據正常則讀數據、顯示,進行下一次測量。
 
 
 
圖4 系統軟件主流程圖
 
    4 試驗結果及分析
 
    系統用于水流量的測量,試驗條件為:超聲波換能器工作頻率1MHz,超聲波以45°角入射,流速范圍為0.03~7.5m/s,管徑DN=50mm。
 
    (1)誤差分析
 
    流量計線性度El:
 
       (5)
 
    流量計某流量點處的重復性(Er)i:
 
       (6)
 
    則儀表的重復性,Er=[(Er)i]max,即各個流量點重復性的最大值。其中,為流量點處的平均流量。
 
    流量計的精確度δ為:
 
       (7)    
 
    (2)實驗結果
 
    選取多點測量方式,每個流量點測三組數據,計算平均值,測量完成后,計算流量計精確度。選取一組數據,如表1。
 
 
 
    本文設計的流量計管徑是50mm,工程標準上的測量范圍是0.8~50m3/h。從上表可以看出,通過對不同流量點的多次測量,在正常測量范圍內,計算出流量計的精確度達到±1%,符合設計的要求。
 
    5 總結
 
    隨著電子技術的發展,超聲波測流量的硬件與軟件方法都有很大的改進。MSP430單片機的超低功耗和TDC-GP2的高精度計時的結合,使整個系統電路結構簡單、精度高、軟件的升級和更新方便,可以廣泛用于水流量計量領域。
Previous article: 三峽機組多聲路超...
The next article: 便攜式超聲波流量...

主要產品類別:溫度儀表  壓力儀表  流量計  液位計  校驗儀表    流量積算儀  電磁流量計價格法律聲明聯系我們 
本站關鍵詞匯:智能電磁流量計   蒸汽流量計    渦輪流量計   磁翻板液位計    一體化溫度變送器    壓力校驗臺  玻璃板液位計  污水流量計  衛生級電磁流量計  衛生型電磁流量計  
友情鏈接:液位計  流量計  
 CopyRight ©2012  德克森儀表(淮安)有限公司   m.xtljc.com  版權所有  ICP備案編號:  蘇ICP備12059484號-1   蘇公網安備 32083102000129號  
電話:0517-86930968   聯系人:閔經理   手機:13951262528   傳真:0517-86930969   E-mail:dirksengroup@163.com   QQ:25291658

  技術支持上海seo優化Keywords:  玻璃板液位計   電磁流量計價格   壓力校驗臺   網站地圖   百度
在線客服系統
主站蜘蛛池模板: 上饶环亚电脑会计培训学校--电脑学校|上饶电脑学校|上饶电脑培训|会计培训|上饶会计培训|上饶县会计培训|广丰会计培训|玉山会计培训|横峰会计培训|上饶网店培训 上进电缆(嘉兴)股份有限公司官网 - 光伏电缆|防火电缆|电力电缆|铝合金电缆专业生产厂家 | 仪器校准_校验_计量检测_校正_检定严选博罗第三方法定计量所 | 联塑管代理,联塑管厂家批发,中财管总代理,康泰管代理,康泰管厂家批发-邯郸市中枢贸易有限公司 | 火绒杀毒软件|火绒安全企业版_西南|四川|重庆|贵州|云南|西藏|成都火绒服务中心_成都火影科技有限公司-火绒安全|成都火影科技|火绒 | 三机一体除湿干燥机,色母机,称重式拌料机,工业冻水机,中央集中供料-东莞市瑞达机械科技有限公司(瑞达国际) | 直饮水设备-纯水设备-软化水设备 - 亿家清泉水处理设备厂家 | 拓展器材_拓展训练器械_心理行为训练器械_沧州华北特训器械有限公司 | 长沙思辰仪器科技有限公司| 一体式电磁流量计_分体式电磁流量计_卫生级电磁流量计_卫生型电磁流量计_电池供电电磁流量计_卡箍式电磁流量计_废水电磁流量计_德克森仪表(淮安)有限公司官网 | 制砂机_选矿设备_耐磨件-郑州富嵩机械设备有限公司 | 氧化镁|轻质氧化镁厂家|活性氧化镁价格【不好用免费退换】镁神股份 | 减速电机-调速电机-四大系列减速机-减速电机厂家-深圳市鑫希田机电有限公司官网 | 气体报警器,有毒气体报警器,可燃气体探测器,乙炔气体报警器,可燃气体检漏仪,便携式气体检测仪,气体报警控制器-山东如特安防设备有限公司 | 专业液压对辊,双齿辊破碎机,沙子烘干机,制砂洗沙设备生产线厂家 - 巩义市吉宏机械 | 压痕机_自动拆标机_瑞安市晨力机械有限公司 | 线路板生产厂家|电路板快板打样|PCB工厂价格|江西锦宏电子有限公司|PCB版加工定制 | 自动门、旋转门、速通门维修保养升级服务平台_门道佰分佰【官网】 | 西安西雷脉冲功率技术有限公司-高压调制器/加速器与脉冲功率系统的研发/生产/应用推广/高压脉冲电源的应用研究/设计/生产和销售/高功率脉冲器件/材料与仪器设备的研发/生产和销售/高电压/大电流/强磁场环境的模拟及测试服务/会议会展服务/货物及进出口的业务/脉冲功率技术领域类的技术转让 | 潍坊沃林机械设备有限公司-牵引式风送果园打药机,悬挂式风送果园喷雾机,自走式果树喷药机,车载式风送远程喷雾机-潍坊沃林机械设备有限公司-牵引式风送果园打药机,悬挂式风送果园喷雾机,自走式果树喷药机,车载式风送远程喷雾机 潍坊网络推广,临沂360推广,东营360推广,枣庄360推广,潍坊网站建设,潍坊网络公司,潍坊360搜索,潍坊APP开发,潍坊360推广,潍坊360代理,潍坊点睛网络科技有限公司 | 真空烘箱-高低温试验箱-防爆烘箱-防爆高低温试验箱-老化房-恒温恒湿箱-高低温试验箱-高低温冲击试验箱厂家—上海标承实验仪器有限公司 | 河卵石制砂机|鹅卵石制砂机-移动制砂机-制砂设备-郑州秦星机械设备有限公司 | 金刚石线切割-电火花穿孔机-中走丝线切割-泰州锐特 | 烟台天昊矿业有限公司、滑石、滑石粉、微细粉、滑石矿-烟台天昊矿业有限公司 | 真空电镀机_镀膜机厂家_离子镀膜机_磁控溅射镀膜设备_镀钛设备-江苏驰诚科技发展有限公司 | 木工圆锯片,进口锯片厂家,合金锯片生产厂家,木工合金锯片,BAK(百恪)刀具有限公司 | 启东华立石油化工机械设备有限公司|过滤器|混合机|消声器|混合器|管道过滤器|空气过滤器|精细过滤器 | 湖州搬家公司_档案搬迁_货物运输_钟点搬运价格「湖州蓝天家政综合服务有限公司」 | 尼日利亚SONCAP认证_沙特SABER认证_摩洛哥COC认证-诺帝检测技术(上海)有限公司 | 河北新鑫矿冶设备有限公司-河北新鑫矿冶设备有限公司 | 湖南一体化污水处理设备_二氧化氯发生器_一体化净水处理设备_消毒设备厂家-湖南东环环保科技有限公司 | 烧腊培训,广东有实力的烧腊培训[免费试吃],广式烧鸭培训-烧鹅培训-学烧腊选广州嘉政 | 天津成考网-天津成人高考网 | 智慧网格,智慧城市,智慧社区,精准扶贫,农村电商,网格化,网格化管理,智慧养老,北京瑞光极远数码科技有限公司 | 锁螺丝机_自动螺丝机_手持式自动锁螺丝机_自动打螺丝机-普思自动化 | 智汇工业-智慧工业、智能制造及工业智能、工业互联门户网站,专业的工业“互联网+”传媒 | 三氯异氰尿酸_二水二氯异氰尿酸钠_氰尿酸 | 生物除臭_废气处理_玻璃钢风机_布袋除尘_脱硫脱硝_催化燃烧_生物滤池_广东正州环保科技股份有限公司 | 四方光电(武汉)仪器有限公司_四方仪器首页-烟气分析仪|尾气分析仪|煤气分析仪|沼气分析仪|天然气分析仪|超声波流量计|在线气体分析系统|红外气体传感器 | 水暖毯厂家-水暖毯配件-河北鑫政扬家用电器有限公司 | 螺旋钢管厂家,临沂瑞源工贸有限公司 | 鹰潭代理记账公司_鹰潭代理记账_鹰潭注册公司-鹰潭市新知会计服务有限公司 |