[發明專利]基于單片機解決方案的超聲波流量計

在審

• 申請號: 201310530173.X
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN104236647A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 張逸軒
• 申請（專利權）人: 安徽恩米特微電子股份有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66;G05B19/042
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 馮子玲

技術領域

本發明涉及一種計量儀器，尤其涉及一種基于單片機解決方案的超聲波流量計。

背景技術

準確地進行液體和氣體流量測量是企業部門進行經濟分析，降低運行成本的關鍵一環，直接地影響著一個企業的經濟效益，倍受供需雙方關注。隨著世界能源供求日益緊張，人們十分關心并尋求一種精度高、適應性強的流量計來測量液體和氣體流量，以維護企業的利益。當前工業上最常見的大口徑管道液體和氣體流量計以孔板流量計最為廣泛，一般的小口徑管道和家庭燃氣管道氣體流量計和自來水管道以腰輪式和渦輪式最為常見。在工業生產中，經常需精確測量和控制流體的流速和流量，而傳統的接觸式流量計，如電磁流量計、渦輪流量計、孔板差壓流量計、渦街流量計等，均不同程度的受到介質的壓力、磨損、腐蝕、污染等因素的影響，同時安裝要破壞管道，維護困難，維護費用高。

鑒于上述缺陷，實有必要設計一種基于單片機解決方案的超聲波流量計。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于：提供一種基于單片機解決方案的超聲波流量計，這種流量計安裝方便、壓力損失小、精確度高、成本低。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

一種基于單片機解決方案的超聲波流量計，其包括單片機控制部分、超聲波發射和采集部分、超聲波傳輸時間測量及計算部分，所述超聲波發射和采集部分包括能夠沿流體的順流和逆流方向發射和接收超聲波的超聲波換能器，所述超聲波換能器將其接收到的超聲波信號發送到超聲波傳輸時間測量及計算部分，由超聲波傳輸時間測量及計算部分處理并輸出沿順流和逆流方向傳播的超聲波傳輸的時間差，該時間差信號發送到單片機控制部分進行處理并計算，得出流體的流量。

采用上述技術方案，本發明的超聲波流量計具有如下有益效果：（1）測量的分辨率高，能識別非常小的流量；（2）可靠性好，超聲波回波測量更加穩定可靠；（3）量程比寬，始動流量非常小,微小變化可以獲知；（4）壽命長，盡管測量速度很快，還是可以擁有非常長的使用壽命；（5）無活動部件，不影響了流體特性,測量性能更加優越；（6）更換非常靈活，更換非常簡單,無需斷管網。

進一步地，所述超聲波換能器包括順流換能器和逆流換能器，所述順流換能器和逆流換能器分別安裝在流體管線的兩側并在流體管線方向上相距一定的距離，所述順流換能器和逆流換能器均由發射探頭和接收探頭組成。

進一步地，所述超聲波換能器為沿流體的順流和逆流方向輪流交替發射和接收超聲波的一組超聲波換能器。

進一步地，所述超聲波發射和采集部分包括載頻振蕩器、調制器、驅動器、接收放大器、超聲波傳輸時間限定部分、解調器、及放大器。

進一步地，所述載頻振蕩器產生的載頻在調制器中被本質振蕩頻率調制。

進一步地，所述載頻振蕩器、調制器、驅動器、超聲波傳輸時間限定部分、接收放大器、解調器組成廣義的振蕩器反饋網絡。

附圖說明

圖1是本發明流量計一實施例的原理示意圖。

圖2是超聲波發射和采集部分組成圖。

圖3是單芯片控制部分組成框圖。

圖4是本發明流量計時差法計算原理示意圖。

圖中主要元件符號說明：

單片機控制部分????????10?????超聲波發射和采集部分??????????20

驅動器????????????????3??????超聲波傳輸時間測量及計算部分??30

傳輸時間限定部分??????4??????接收放大器????????????????????5

解調器????????????????6??????載頻振蕩器????????????????????7

頻率測試與計算單元????8

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

如圖1至圖4所示，為符合本發明的一種基于單片機解決方案的超聲波流量計，其包括單片機控制部分10、超聲波發射和采集部分20、超聲波傳輸時間測量及計算部分30。本發明采用的是利用檢測流體流動時對順流和逆流兩個方向上發射的超聲超聲波傳輸的時間差來測量流體的流量。超聲波換能器包括順流換能器和逆流換能器，兩組超聲波換能器分別安裝在流體管線的兩側并相距一定距離，流體管線的內直徑為D，超聲波行走的路徑長度為L，超聲波順流速度為tu，逆流速度為td，超聲波的傳播方向與流體的流動方向夾角為θ。