[發明專利]低功耗的中低壓氣體超聲波流量測量電路

在審

• 申請號: 201510731968.6
• 申請日: 2015-11-01
• 公開（公告）號: CN105333911A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發明（設計）人: 趙偉國;韓亙;張格
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 王佳健

技術領域

本發明屬于氣體流量檢測技術領域，涉及一種低功耗的中低壓氣體超聲波流量測量電路。

背景技術

自上世紀九十年代，超聲波技術應用于氣體流量的檢測領域以來，經過二十多年的發展，數字信號處理技術與傳感器技術在實際應用中均有長足進步，目前，超聲波技術已廣泛應用于液體和高壓氣體流量的測量。但超聲波信號在中低壓氣體流量的測量中存在衰減快、信號微弱等問題，需要較大放大倍數、通常需要較大的驅動電流。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供了一種低功耗的中低壓氣體超聲波流量測量電路。

本發明解決技術問題所采取的技術方案為：

本發明包括第一超聲換能器、第二超聲換能器、第一模擬開關、第二模擬開關、前置放大器、帶通濾波單元、比較單元、驅動單元、穩壓單元、超聲波信號收發計時單元、單片機單元。

第一超聲換能器、第二超聲換能器對稱安裝于管道軸線的兩側；第一換能器的輸入端與第一模擬開關電路的一端連接；第二換能器的輸入端與第二模擬開關電路的一端連接；第一模擬開關的另一端與驅動單元的輸出端連接；第二模擬開關的另一端與前置放大器的輸入端連接；前置放大器的輸出端與帶通濾波單元的輸入端連接；帶通濾波單元的輸出端與比較單元的輸入端連接；比較單元的輸出端與超聲波收發計時單元連接；驅動單元的輸入端與超聲波收發計時單元連接；超聲波收發計時電路與單片機連接。

所述模擬開關選型芯片MAX4622；所述前置放大單元選型芯片AD620、所述帶通濾波單元選型芯片OPA836、所述比較單元選型芯片LMV761；所述穩壓單元選型芯片TPS76930、所述驅動單元選型芯片LT3572；所述的超聲波信號收發計時單元選型芯片TDC-GP21；所述單片機選型芯片MSP430F448。

本發明的有益效果在于：本發明通過測量超聲波在氣體中的順逆流傳播時間差，計算出流經管道的氣體流量，進而得到氣體流速，TDC-GP21芯片的采用提高了氣體流量測量的精度，節省了裝置成本。系統采用小信號激勵超聲換能器，通過微弱信號比較電路準確獲得超聲波在氣體中的順逆流傳播時間差，降低了系統測量的電壓與電流，從而降低功耗，采用電池供電，一節電池的使用壽命在3-5年。適用于中低壓情況下的任意氣體的流量測量，測量過程中沒有壓損的存在，流量計使用壽命長。

附圖說明

圖1是超聲換能器的安裝示意圖；

圖2是控制系統原理框圖；

圖3是以單片機為核心的控制系統具體電路實例圖。

具體實施方式

以下結合附圖進一步說明本發明，本發明提出了一種針對中低壓氣體流量測量的低功耗信號處理測量電路。

其中的氣體超聲流量計在原理上采用時差法測量，這也是目前應用較為廣泛的時差式氣體超聲流量計。這種流量計的工作原理為：超聲波在靜止的流體中的流速為C，流體的流速為V₀，超聲波在流體中的順流時間為t₁,超聲波在流體中的逆流時間為t₂，兩個超聲波換能器間的直線距離為L，與管道夾角為θ，那么超聲波在流體中的順流時間為

T1=LC+VCOSθ---(1)]]>

超聲波在流體中的逆流時間為