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4年
似表本与传惑器
第4期
Instrument Technique and Sensor
No 4
新型超声波流量计
严锦洲,蒋念平
(上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093
摘要:超声波流量计在流量测量中具有重要的应用,为了解决超声波流量计中測量精度不高的现象,设计了一种以
EFM32TG110F32单片杌为核心器件,用GP1測量超声波在液体中顺逆流时间,在数据处理中采用标定查表技术的一种
时差法新型超声波流量计。在數据传输上采用非接触式的红外光学通信单元,测量装置简单,功耗底,测量精度高,误差
不超过±1%。
关键词:超声波流量计;标定;红外光学通信;GP21;时差法
中图分类号:TP212
文献标识码:A
文章编号:1002-1841(2014)04-0028-03
New Type of Ultrasonic Flowmeter
YAN Jin-zhou, JLANG Nian-ping
(SdhoolcCopuiel-bectuicalandConguterbnegineing,UiversitydfShanghaiforScienceandTechnology,Shaneghai2000,ina)
Abstract: Ultrasonie flowmeter has important applications in the measure of flow, in order to solve the low precision of ultra-
sonic flowmeter, a new type of ultrasonic flowmeter based on Lime difference method was designed. The EFM32TG110F32 MCU was
applied as the unit, the GP1 was used to measure the time downstream and upstream of ultrasound in liquid, and it used verifying
and table lookup technology in the handing of data. It used non-contacted infrared communication in data transmission, the design
as the advantage of simple structure, low power dissipation and high precision measurement, the error is within +1%
Key words: ultrasonic flowmeter; verify infrared communication: GP21; time difference method
0引言
式中:q为流量;t为超声波传播声程;A为管段截面积。
当前,国内城市供热行业形式严峻、能源浪费严重、采暖费
精确收缴已经成为生产发展的难题之一,因此有必要研发一种
精确测量热量的装置。文中研究的超声波流量计主要针对北
S NET
方家用供暖计费场合的热量表中流量计设计,流速约为0.15
30m3'/h,热量的测量关键在于热水流量的精确测量,流量的测
量模块就用超卢波流暈计。
超声波流量计-因仪表流通通道未设置任何阻碍器件,
适合解决流量测量困难问题,特别是大口径流量测量中有比较
图1管段剖面图
突出的优点。在流量测量中具有重要的作用。但是由于超声
可见对于流量测量模块而言,输人的变量只有m,mn,流
波流量计采用多普勒法测量流速,百前超声波流量计多采用时
差法-5,在顺逆流时间的测量精度不高导致了测量偏差较
速一般为0.15~30m/h,At=tu-tan约为5-850us.因此准
确测量顺逆流时间对于系统精度而言是极为重要的。直接根
大,为了解决此现象,文中采用高精度器件GP21?作为超声波
据式(1)计算流量,误差会比较大。一般的做法是利用精度更
收发装置,数据处理中采用先标定后测量的方法,再加上软件
高的仪器对测量板进行校准,并且将一些校准的结果植人到
滤波算法技术,提高了测量精度。
MCU,称为标定,MCU每次测量都根据植入的结果进行修
測量原理
流量测量模块采用时差法原理1?。如图1所示,1为进正,这样的测量结果会比较准确。由式(1)可见,流量q和(1
1/tsn)成线性关系。标定原理如下:对若于稳定的流量
水口,5为出水口,2、4为超声波换能器,3为超声波传播通道。
超声波从换能器2发射,经过管壁反射,到达换能器4,此称为
点,通过记录系统输人(1/tm-1/taoa),以及该输入下的标准输
出q1W"TBZ,能够建立一个査询表,其中(l/-1/taon)为X
顺流传播时间o,反之称为逆流传播时间taon,当介质流动的
轴,q为Y轴。认为当输入是一定的,输出也是一定的。并且,
时候,与介质静止的时候相比,会变小,tao会变大。两值差
异越大,介质流速越大。有以下计算流量的公式
当系统工作在正常模式中时,输人(1/tmp-1/taon)对应的输出
应该落在以下这条直线方程上:输入(1/tm-1/tao)相邻的
(1)两个X轴上的标定点,以及其所对应的2个Y轴上的标定点所
构成的直线方程。理论上说当标定的点越多,测量的精度越
收稿日期:2013-04-06收修改稿日期:2013-11-10
高