[發明專利]一種氣體超聲波流量計信號收發電路

有效

• 申請號: 201710036426.6
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106706053B
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 鄭丹丹;付星熠;楊智斌
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種氣體超聲波流量計信號收發電路，其發射電路包括兩個控制信號源V1、V2；變比為1:3的高頻變壓器T1；四個功率MOSFET：M1、M3為P溝道增強型MOSFET，M2、M4為N溝道增強型MOSFET；V1與M1、M4管的g端口連接，V2與M2、M3管的g端口連接；M1、M3管的s端口與電源正極相連接，d端口連接在高頻變壓器T1的兩端，M2、M4管的s端口接地，d端口連接至高頻變壓器T1；通過控制信號源V1、V2輸出電平的高低，控制四個功率MOSFET管的導通情況；發射匹配電阻R_S、第一模擬開關S以及換能器串聯連接在變壓器副邊；本發明可以消除零點誤差和零點漂移，提高超聲流量計測量精度。

所屬技術領域

本發明屬于流量測量技術領域。設計一種氣體超聲波流量計。

背景技術

超聲流量計作為新興的流量儀表近十幾年發展迅速，在大型水利水電項目以及天然氣貿易結算領域已有廣泛應用，其中時差法超聲流量計作為計量儀表應用最多。對于時差法超聲波流量計而言，當所測的介質靜止時，流量計測得的順逆流傳播時間應該相同，順逆流的傳播時間差應該為零。但是在實際應用中，由于超聲波換能器的性能不完全一致等原因，在靜態時，超聲波流量計所測得的順逆流傳播時間差不總是為零，導致流量計在零流速時的測量值也不為零，造成零點誤差問題。此外，超聲換能器的性能往往會因為老化或者外界環境因素如溫度、壓力等變化而改變，而不同換能器性能的變化往往是不一致的，這就導致了超聲換能器性能的差異會隨著外界環境變化而變化，從而導致超聲波流量計的測量零點隨外界環境變化，造成零點漂移現象。在測量過程中，超聲波流量計的零點誤差和零點漂移會疊加在流量計測量結果上，嚴重影響流量計在低流速時的測量精度和測量可靠性，限制超聲波流量計的精度等級。目前，國內外解決超聲波流量計零點問題的方法主要是“干”標定法和溫度修正法，這類方法實現起來成本高，周期長，普遍適用性差。利用電聲互易理論設計互易性收發電路，使超聲波測量系統工作在互易模式下是解決零點漂移問題的有效途徑。

專利申請者認為，超聲波流量計的零點漂移與順逆流接收信號的一致性密切相關，是一個測量系統的互易性問題。根據電聲互易理論，若系統工作在互易模式下，則在零流速下，順逆流接收信號的幅值和相位將會完全一致，故而系統的零點誤差和零點漂移也會被完全消除^[1]。接收電路和發射電路的等效阻抗匹配是實現超聲波流量計測量系統互易性的有效方法，即若流量計的信號發射電路與接收電路等效阻抗相等則流量計工作在互易模式下，此時流量計測得的靜態值必定為零^[2]。雖然已有學者曾嘗試過使用阻抗匹配的互易性收發電路設計來消除超聲波流量計的零點問題，但是該收發電路僅適用于液體超聲波流量計。對于氣體超聲波流量計來說，超聲波信號在聲道傳播過程中的衰減更為嚴重，已有方法不能直接應用于氣體超聲波流量計。

[1]Hemp J.Theory of transit time ultrasonic flowmeters[J].Journal ofsound and vibration,1982,84(1):133-147.

[2]Lunde P,Vestrheim M,Bo R,et al.5d-4reciprocal operation ofultrasonic flow meters:Criteria and applications[C]//Ultrasonics Symposium,2007.IEEE.IEEE,2007:381-386.

發明內容

本發明的目的是提供一種可以消除零點誤差和零點漂移，提高超聲流量計測量精度的阻抗匹配的氣體超聲波流量計信號收發電路。本發明的技術方案如下：

一種氣體超聲波流量計信號收發電路，包括發射電路和接收電路，其特征在于，