智能超声波气体流量计的研制

发布时间：2020-11-05 08:55

　　 随着国内各行各业的快速发展,超声波流量计也不断拓宽市场。但是仍然存在一些问题,比如现在流量计市场上气体超声波流量计主要是固定测量周期,对信号质量没有进行检测,对于较大的干扰没有办法处理,零流量下存在自走字现象。本文研制的智能超声波气体流量计可以根据流场状态来调整测量周期,能够更好的体现流场状态;并且加入了信号质量检测方法,避免劣质信号对测量结果的影响,采用了动态直线拟合的方法来修正时间值,从而得到准确流量信息。本文主要从以下几个方面来进行研究:1、通过大量阅读相关文献,了解超声波流量计的发展,通过了解国内外的研究现状,选用时差法的测量原理来进行设计智能超声波气体流量计,设计了智能算法来进行时间的测量。2、对超声波流量计的整体硬件电路进行设计,对计时芯片、主控芯片、计算芯片的外围电路进行了配置,设计了超声波激发调理电路、信号处理电路、STOP信号处理电路、开关选择电路等硬件电路模块。3、通过对硬件分析和原理的研究,设计了智能超声波气体流量计的程序。主要包括测量主程序、时间值测量程序、测量周期自适应程序、劣质信号剔除程序、动态直线拟合程序、流量值计算等程序模块的设计。4、研制出智能超声波气体流量计样机,通过串口打印时间值,进行时间值的比较,分析算法的优越性。在音速喷嘴气体流量检定装置上对样机进行流量值测量,通过实验数据分析样机性能。对测量数据进行误差分析,绘制误差曲线,并进行直线拟合,修正流量值。
【学位单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O426.9;TH814
【部分图文】：

中国计量大学硕士学位论文器也具有一定的阻抗。在换能器实际使用时，发射换能器需的末级电路，相反地接收换能器的两端会与接收电路的首级电射端和接收端，把换能器与电路的匹配工作做好，超声波流，测量精确。选用的是国内某家企业自主研发的气体超声波换能器，换能2.7 所示，主要技术指标如表 2.1 所示。

图 3.1 系统整体方案结构图测量系统选用基于 ARM 架构的 STM32F103 单片机作为主控芯片。该芯片具有功耗低、经济实惠、资源丰富、设计灵活、易用化等特点，常用于各种电子仪表、可携带设备等智能化仪器中。测量系统利用 ACAM 公司生产的计时芯片 TDC_GP22 进行渡越时间的计算，计算芯片通过改进型的互相关算法等智能算法得到一个时间值，两者相互结合来得到最终间隔时间，提高时间测量精度。此外，STM32F407 还具有将采集到的信号进行检测分析剔除劣质信号的功能。TDC_GP22 是一款专门用于超声波流量计中的高精度计时芯片，在测量范围 2 的 4 精度模式下测量精度可以达到 22ps，并且具有数据处理能力。STM32F407 提供了工作频率为 168MHz 的Cortex-M4 内核，具有浮点运算单元。并且其运算速度也非常快，带有高速的 AD采样功能，完全满足数据处理要求。超声波信号激发电路是将 TDC_GP22 发出的激发脉冲信号调制放大。这是

计时芯片的电路设计
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本文编号：2871408