基于TDC-GP2的時(shí)差式超聲流量計(jì)的設(shè)計(jì)
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流體為層流分布時(shí)，K取值為4／3，流體為紊流分布時(shí)，根據(jù)雷諾數(shù)Re不同，分別取不同的值。
1．2 時(shí)差法測(cè)量的關(guān)鍵問題
時(shí)差法測(cè)量流量的原理即通過測(cè)量獲得順逆流時(shí)間差。首先要合理準(zhǔn)確地確定發(fā)射和接收時(shí)刻，然后將信號(hào)發(fā)收時(shí)間差精確地測(cè)量出來，這是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高精度測(cè)量的關(guān)鍵。由于超聲波的速度很快(在水中約為1 500 m／s)，兩個(gè)換能器之間的距離很短，對(duì)于小管徑僅有幾個(gè)毫米到十多個(gè)厘米長(zhǎng)，所以，超聲信號(hào)所需傳播時(shí)間極短。為保證系統(tǒng)達(dá)到測(cè)量精度為±1％，測(cè)量時(shí)間差的精度要達(dá)到納秒級(jí)，在測(cè)量低流速流體時(shí)要求則更高，所以提高分辨率至關(guān)重要。對(duì)于時(shí)差式超聲波流量計(jì)而言，計(jì)時(shí)模塊的精度直接決定了測(cè)量系統(tǒng)的精度等級(jí)、重復(fù)性誤差、測(cè)量下限、始動(dòng)能量等性能，通常要求計(jì)時(shí)模塊分辨率要達(dá)到1 ns，普通計(jì)時(shí)模塊無法實(shí)現(xiàn)。為解決這個(gè)問題，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用了超高精度計(jì)時(shí)芯片TDC-GP2，其分辨率可達(dá)皮秒級(jí)別，為實(shí)現(xiàn)高精度流量測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。
1．3 TDC-GP2的概述
TDC-GP2是德國(guó)ACAM公司通用的TDC系列的新一代產(chǎn)品。它具有更高的精度和更小的封裝，尤其適合于低成本的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。GP2具有高速脈沖發(fā)生器，停止信號(hào)使能，溫度測(cè)量和時(shí)鐘控制等功能，這些特殊功能模塊使得它尤其適合于超聲波流量測(cè)量和熱量測(cè)量。
TDC是以信號(hào)通過內(nèi)部門電路的傳輸延時(shí)來進(jìn)行高精度時(shí)間間隔測(cè)量的，其高速運(yùn)行時(shí)間單元如圖2所示。測(cè)量過程中，只需計(jì)算出開始信號(hào)和結(jié)束信號(hào)之間所經(jīng)過的邏輯門的個(gè)數(shù)，就可以精確地計(jì)算出start信號(hào)與stop信號(hào)之間的時(shí)間間隔。芯片上的智能電路結(jié)構(gòu)、擔(dān)保電路和特殊的布線方式保證芯片可以精確地記下信號(hào)通過門電路的個(gè)數(shù)。本文引用地址：http://www.bjwjmy.cn/article/193981.htm
TDC測(cè)量由start信號(hào)觸發(fā)而開始，接收到stop信號(hào)停止。由環(huán)形振蕩器的位置和粗值計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以計(jì)算出start信號(hào)和stop信號(hào)之間的時(shí)間間隔，測(cè)量范圍可達(dá)20b。在3．3V和25℃時(shí)，其最小分辨率是65ps，均方根(RMS)噪音大約是50ps。
2 流量測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
2．1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)測(cè)量原理圖如圖3所示。
評(píng)論