超声波热量表的设计及实现

热量表是供热体系中的关键仪表.本文在介绍超声波时差法流量及热量测量原理的基础上,采用低功耗的高性能单片机,和高性能的信号处理专用芯片,解决了高精度超声波传输时间测量及流体温度测量问题,开发了超声波热量表.实验结果表明,该系统具有较高的测量精度、对管径的适应性强、非接触流体、不会改变流体的流动状态、不产生附加阻力、易于数字化管理等优点,是理想的节能型热量表.     

超声波热量表积分仪系统

目前,国内外大部分超声波热量表均使用相位时差来计算流量,但顺水或逆水测量中间存在切换过程,需要通过模拟开关转换,导致测量效率不高。因此,设计了高效测量超声波热量表积分仪系统,并阐述其工作原理。系统主要以授时模块作为记录时间测量的起始信号,以TDC-GP2芯片负责接收超声信号调理模块处理后的触发信号,根据授时模块中的起始时间直接计算出超声波在流体中的传播时间,仅需记录超声波在流通中传播的时间,而不必进行初始测量时间的记录;同时,利用超声波在顺水和逆水中传播速度不同,有序完成对顺水时间、逆水时间的测量,最后,通过时差法的原理公式即可计算出管道中的流量,明显缩短了系统运算时间并提高了处理效率。     

基于TDC-GP2的超声波热量表

介绍了基于高精度时间测量芯片TDC-GP2的超声波式热量表的具体设计.讨论了热量计量、流量测量、温度测量原理和热量表的设计方法.热量表中热水流量采用超声波时差法原理进行测量,超声波换能器为V型安装方式,有效地解决了管道堵塞问题.利用微控制器的休眠模式和超声波处理电路间隔供电等方法,大幅降低了仪表系统的功耗.     

流体流速对超声波流量测量精度的影响及校准

采用超声波时差法进行流量测量时,流体流速会使超声波折射角发生变化,但测量计算中超声波折射角仍按固定值处理,就会影响流量测量精度。首先分析流体流速对超声波沿顺流或逆流传播时间和传播位移水平分量的影响,得出超声波传播时间和传播位移水平分量分别与流速呈反比和正比关系,而且其变化趋势逆流比顺流更加明显。其次通过对超声波在流动介质中传播特性的分析,分别获得了流体流速与超声波传播时间及超声波传播位移水平分量的关系,上述关系都间接反映出流体流速使超声波传播轨迹发生了超声波偏移。最后根据超声波偏移会改变超声波折射角的结论,利用折射角正切值与超声波传播时间的曲线关系对流量测量值进行了校准。校准后流量测量精度可提高0.172 9%～1.623 3%,平均可提高0.647 1%,且流速越高,校准效果越好。     

超声波热量表的计量原理及设计

本文介绍了超声波热量表的结构和计量原理;热量表温度测量采用Pt1000温度传感器,并且得出了一个简单的多项式表示温度和电压的关系;流量测量采用超声波频率差法流量计;控制电路采用STC12C5410AD单片机作为微控制器。     

TDC-GP21在超声波热量表中的应用

介绍了基于增强型高精度时间数字转换芯片TDC-GP21的超声波热量表的具体设计方案。流量测量采用超声波时差法原理,利用MSP430F4152单片机控制TDC-GP21进行超声波传播时间和流体温度差的测量,提高了系统的测量精度,大幅降低了系统的功耗和成本。通过流量标定,系统测量结果可达热量表行业标准2级表要求。     

超声波流量计流体异常诊断与处理方法研究

针对超声波流量计在测量液体流量的过程中,流体的异常状态会极大地影响流量计的测量精度这一问题,提出了一种基于脉宽比和幅值电压检测的方法,以此来监控信号质量,通过对测量系统进行了实时监测并及时诊断异常情况,从而保证超声波流量计的测量精度和可靠性。首先,设计了超声波流量计监测系统,实现对流量计数据的采集、分析与处理等功能;然后,采用脉宽比结合幅值电压监测方法判断了流体异常的类型;利用自适应采样算法的反馈机制调节了测量周期,以适应管道内流体的变化速度;最后,通过流量测量实验,测试了流体内不同气泡状态下脉宽比的变化规律,测量口径为15 mm管道的多个流量点,分析了流体稳态和少量连续气泡状态下传统测量方法与自适应算法测得的数据,对平均相对误差和重复性进行了对比。实验结果表明：异常诊断功能能够判别流体内气泡状态;基于自适应采样算法,超声波流量计在小流量0.1 m³/h～1.5 m³/h区间内平均误差达到1.02%,重复性也达到0.47%,准确度等级达到1.5级。经液体流量标准装置检定,流量计累积流量测量误差降低了60%,重复性提高了80%。研究结果表明：异...     

时差法超声波热量表测量流量的修正算法

分析超声波热量表流量测量原理及误差产生原因,同时基于流体力学修正流量原理并结合大量实验数据提出一种新的流量修正方法——查表法.实验结果表明,用查表法修正流量后,测量误差小于±2％,达到了超声波热量表二级表的国家标准.     

低功耗超声流量计的研究

针对超声波流量测量中管道结构对测量精度的影响,采用Fluent仿真软件模拟了不同管道中流体的流动状况,对管道内的超声波信号进行了分析和比较,设计了超声波流量传感器,并应用设计的流量传感器,研制了超声波流量积算仪的硬件电路和软件,最终的样机实验结表明,该超声流量计流量误差小于±2%,系统的平均工作电流为35μA。     

低成本低功耗超声波热量表的研制

介绍基于单片机MSP430F4152和数字电位器MCP41010的超声波热量表设计方案。采用超声波时差法原理,以MCP41010构成增益可调的超声波回波信号放大电路,利用MSP430F4152实现流体流量和温度差的测量,既测量精度,又降低了成本和功耗。     

基于MSP430F4152单片机的超声波热量表的设计

一种采用时差法超声波测量流量的超声波热量表的设计,采用了低功耗单片机MSP430F4152为控制器和高精度计时芯片TDC-GP21对时间的测量来实现对温度的测量,使其成为一种具有高精度、低功耗、测量误差小和对水质要求低的新一代产品。     

变截面通道热量基表流量特性的数值模拟研究

超声波热量表作为一种较高精度的流体计量工具,在节能降耗方面发挥着巨大作用。本文分析了超声波热量表的工作原理及主要结构参数,并引入流量修正系数K对流量进行修正。基于Fluent软件,选用k-ε模型对超声热量表基表内的流场进行了三维数值模拟,通过计算及结果分析得到超声波热量表K系数及K系数标准差的分布规律,并探讨了超声波热量表最优声路的选择,缩管直径、反射装置轴向距离对基表内水流特性、K系数及K系数标准差的影响规律。数值模拟对热量表结构优化具有一定的指导作用。     

基于MSP430的移动式高精度涡街流量计的设计

针对传统流量计存在精度低、适应性不强以及结构复杂等缺点,设计了一种高精度便携式涡街流量计。系统以低功耗处理器MSP430为控制核心,利用"卡门涡街"原理实现流量的测量,利用压电传感器实现待测流体频率的测量,通过传感器组测量待测管道中流体的温度、压力值,采用IAPWA-IF97公式来补偿待测流体的密度,最终计算出待测液体的流量值。实际测试结果表明,系统能有效地测出待测管道中的液体流量,且测量精度高,误差小于1%。     

超声分析二元混合气体流量的拟合优化算法

文中从超声波在二元混合气体中传播的物理特性出发,根据理想气体状态方程,解算出二元混合气体成分与声速的函数关系。并以此为基础与气体压力值进行最小二乘曲面拟合,避免系统误差和偶然误差,计算气体的摩尔分数和流量。研制出一款基于单片机的超声波气体流量计,根据测量声速、温度、压力计算出气体摩尔分数和流量。工程应用验证与氧分析仪对比摩尔分数误差小于0.5%,与气流分析仪对比误差小于±0.03 L/min。     

TDC-GP22在高精度超声波热量表中的应用

采用TDC-GP22芯片测量超声波在水中顺流和逆流传播时的时间差来间接测算水速和水流量,用K系数法对流量和温度差进行积分求出热量。结合STM32F103C8T6低功耗单片机,完成了对超声波热量表软件系统和硬件系统的设计,提高了测量精度,降低了功率消耗和成本的投入。经多次测量结果证明:该超声波热量表测量精度可达热量表行业标准的2级要求。     

基于MSP430的超声波热量表的设计

设计以超低功耗单片机MSP430F4371为主要控制器的小管道热量表。采用高精度时间测量芯片TDC-GP21实现温度测量并通过超声波实现管道液体流量测量;采用M-BUS和红外实现通信并数据加密,可实现现场手持仪抄表和远程抄表;采用汉显,方便居民查看。通过校表台试验,本产品功耗低、误差小于1%且稳定。     

一款基于TDC-GP21的低功耗热量表设计与实现

介绍了一款基于高精度时间测量芯片TDC-GP21的超声波式热量表的具体设计。热量表中热水流量采用超声波时差法原理进行测量,超声波换能器采用V型安装方式。利用低功耗MSP430单片机的休眠模式等方法,大幅降低了测量系统的功耗。     

超声波热量表的设计

基于超声波流量测量原理，采用高性能单片机MSP430和高精度时间测量元件TDC—GP2设计了微功耗并具有M-BUS通信功能的热量表，并对热量表的硬件结构及主程序进行研究。     

基于STM32的高精度超声波热量表设计

目前,超声波热量表在国内的应用效果并不理想,根本原因是精度较低且普遍具有高功耗。为了进一步提高超声波热量表精度,探讨基于STM32的高精度超声波热量表的科学设计至关重要。因此,介绍了超声波热量表的测量原理,并在此基础上通过完善超声波热量表软硬件设计,提高其测量精度,以更好地发挥其应用价值。     

智能型低功耗势量表研究

论述了热量表的流量测量原理、温度测量原理,同时针对现有产品的不足,研究了利用MSP430单片机进行智能型低功耗热量表的硬件设计和软件设计。