基于相差积分法的超声波热量表的设计与研发

发布时间：2017-09-14 00:34

  本文关键词：基于相差积分法的超声波热量表的设计与研发

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【摘要】：目前,应用最广的超声波热量表是在GP21专用计时芯片的基础上进行二次开发设计而成。这种基于时差法原理的超声波热量表在实际测量过程中,仅能测量超声波换能器接收波形信号中的前几个不稳定波形,极大影响了热量表的测量精度和抗干扰能力。相差积分法直接测量稳定波形信号,对比时差法原理,具有测量的相差时间短、波形信号稳定、不受接收信号幅度的影响等优势。本课题通过增加积分次数、移相、改变基准参考波形占空比等措施,完成了高稳定性、高时间分辨率的相差积分法超声波热量表的研制工作,主要研究内容如下。第一章主要介绍了热量表的研究背景和发展现状,分析对比了时差法与相差积分法两种流量测量方法,最后介绍了论文的研究内容。第二章介绍了以单片机MSP430F449为核心的硬件电路方案设计过程,包括以带复位功能D触发器为鉴相器的相差脉冲发生电路设计、以电容充放电为基础的时间-电压转换法测量相差脉冲时间的电路设计、以Pt1000电阻为温度传感器的恒流源测温电路及其他外围电路设计。第三章介绍了超声波热量表的软件程序设计。程序设计采用中断方式实现系统低功耗运行,利用多中断源TB7定时器时序输出多路控制信号。论文详细分析了流量测量、温度测量、总线通信、显示按键等程序处理流程。第四章对相差积分法超声波热量表样机进行了实验测试,并同时差法热量表进行了对比实验,确定了样机的性能参数。最后对课题的研究工作和进展进行了总结,结合实际情况,为下一步工作提出了建议。
【关键词】：相差积分法 时差法 超声波热量表 鉴相 电容充放电 低功耗
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH81
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 热量表概述12-16
• 1.2.1 热量表的组成和分类12-13
• 1.2.2 超声波热量表流量测量技术13-15
• 1.2.3 温度测量15-16
• 1.2.4 计算器16
• 1.3 国内外研究现状16-18
• 1.4 课题研究意义18-19
• 1.5 课题任务19-21
• 本章小结21-22
• 2 相差积分法超声热量表硬件电路设计22-50
• 2.1 相差积分法22-30
• 2.1.1 微处理器选型及其外围电路24-27
• 2.1.2 时间间隔测量方法27-30
• 2.2 流量测量电路30-43
• 2.2.1 超声波换能器激发电路30-33
• 2.2.2 超声波换能器波形接收电路33-34
• 2.2.3 激发接收转换电路34-35
• 2.2.4 基准参考波形发生电路35-37
• 2.2.5 鉴相电路37-38
• 2.2.6 相位差时间测量电路38-41
• 2.2.7 电路工作原理分析41-43
• 2.3 温度测量电路43-47
• 2.3.1 恒流源电路44-45
• 2.3.2 多通道切换开关电路45-46
• 2.3.3 电压放大电路46-47
• 2.4 其他电路设计47-49
• 2.4.1 M-Bus通信电路47-48
• 2.4.2 显示电路48-49
• 2.4.3 按键电路49
• 本章小结49-50
• 3 相差积分法超声波热量表软件程序设计50-66
• 3.1 主程序处理流程50-53
• 3.1.1 初始化51-52
• 3.1.2 系统时基52-53
• 3.2 流量测量模块53-56
• 3.2.1 控制时序53-55
• 3.2.2 流量测量处理流程55-56
• 3.3 温度测量模块56-58
• 3.3.1 铂电阻阻值测量流程56-57
• 3.3.2 牛顿迭代法数据处理57-58
• 3.4 其他设计58-65
• 3.4.1 低功耗设计58-59
• 3.4.2 总线通信处理流程59-60
• 3.4.3 显示处理流程60-63
• 3.4.4 按键处理流程63-65
• 本章小结65-66
• 4 样机实验与分析66-77
• 4.1 电容预充放电的影响66-70
• 4.2 零点跳动量与功耗70-73
• 4.3 相差积分法与时差法超声波热量表对比实验73-74
• 4.4 换能器的影响74-76
• 本章小结76-77
• 5 总结与展望77-79
• 5.1 课题总结77
• 5.2 课题展望77-79
• 参考文献79-82

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