时差法低功耗超声波流量计的设计与实现

发布时间：2017-04-12 03:14

  本文关键词：时差法低功耗超声波流量计的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超声波流量测量技术是一种利用超声波信号在流体中传播时所载流体的流速信息来测量流体流量的新的测量技术。超声波流量计以其非接触、易于安装维护、不会改变流体的流动状态、不产生附加阻力等优点在气象、石油、化工、医药、水资源管理等工业、民用等多领域获得了广泛的应用。近几年,传感器技术、先进测量技术、微电子技术的快速发展,为我们进一步研究超声波流量计提供了条件,同时也推动了该仪表的产业化进程。 本文主要任务是设计超声波流量计,并对相关技术进行研究。对超声波流速测量方法进行理论分析,在此基础上详细介绍了设计中采用的时差法流速测量机理,并对超声波流量计测量装置的硬件进行了设计,包括测量装置的硬件电路以及超声波流量计的工作流程。分析了超声波流量计设计过程中的关键技术,包括静水测量水速不为零因素分析、流量计的定标、低功耗设计、回波工作点等,同时给出了这些关键技术的具体解决方法。最后对超声波流量计进行了实验研究,给出了超声波流量计的测试数据,分析了超声波流量计测量误差产生的原因,提出了提高测量精度的三种方法。最终所设计的超声波流量计的设计精确度为±1,响应时间小于1s,满足了系统对其精确度和响应时间的要求,并通过低功耗设计,使其动态工作电流达到了12μA,静态工作电流达到2~3μA,电池寿命10年以上,满足了系统对备用电池的要求。 该超声波流量计具有始动流量小、压损小、功耗低、工作可靠、功能齐全等优点,具有较好的市场应用前景。
【关键词】：超声波流量计 时差法 CPLD MSP430单片机
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH814.92
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 流量计概述9-10
• 1.1.1 流量计的发展历史9
• 1.1.2 流量检测技术的国内外研究现状9-10
• 1.2 课题背景及研究意义10-12
• 1.3 超声波流量计的研究现状12-13
• 1.4 超声波流量计原理和方案选择13-15
• 1.5 本文的主要研究内容15
• 1.6 本章小结15-16
• 第2章 超声波流量计流速测量机理研究16-22
• 2.1 流量的基本概念16
• 2.2 时差法超声波流量计的基本原理16-17
• 2.3 影响时差法测量精度的因素17-20
• 2.4 超声波探头安装方式介绍20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 采用的元器件及技术介绍22-30
• 3.1 CPLD器件的介绍22-23
• 3.2 低功耗单片机MSP430介绍23-25
• 3.3 超声波传感器介绍25-29
• 3.3.1 超声波换能器中心频率的测量26-27
• 3.3.2 超声波传感器驱动脉冲的选择27-29
• 3.4 JTAG技术介绍29
• 3.5 本章小结29-30
• 第4章 时差法超声波流量计硬件电路设计30-41
• 4.1 超声波流量测速装置硬件电路31-37
• 4.1.1 CPLD及其外围电路31-32
• 4.1.2 显示电路32-33
• 4.1.3 信号处理电路33-35
• 4.1.4 JTAG电路35-36
• 4.1.5 流速测量装置工作过程36-37
• 4.2 单片机及其外围电路37-40
• 4.3 本章小结40-41
• 第5章 超声波流量计关键技术分析41-48
• 5.1 静水测量水速不为零因素分析与解决方案41-42
• 5.2 流量的定标42
• 5.3 流量计低功耗设计42-43
• 5.4 回波工作点测取与信号接收窗口设置43-45
• 5.4.1 回波工作点43-44
• 5.4.2 信号接收窗口44-45
• 5.5 水流方向与换能器安装的关系45-46
• 5.6 流速分布修正系数46-47
• 5.7 本章小结47-48
• 第6章 超声波流量计的实验研究48-59
• 6.1 超声波流量计测试48-50
• 6.1.1 性能指标48
• 6.1.2 实验要求48
• 6.1.3 实验过程及结果48-50
• 6.2 误差原因分析50-54
• 6.2.1 外界干扰带来的误差50-51
• 6.2.2 计时装置引入的误差51-53
• 6.2.3 测量时间间隔引入的误差53-54
• 6.2.4 器件参数稳定性带来的误差54
• 6.3 提高测量精度的方法54-58
• 6.3.1 提高计时精度的方法54-56
• 6.3.2 测量液体温度补偿计算误差56-57
• 6.3.3 通过软件提高测量精度57-58
• 6.4 本章小结58-59
• 第7章 总结与展望59-61
• 参考文献61-64
• 致谢64

【参考文献】

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本文编号：300618