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1.概述 近年來我國提出建筑節(jié)能計(jì)劃，逐步實(shí)現(xiàn)分戶計(jì)量收費(fèi)制度。供熱計(jì)量正在逐漸成為技術(shù)研究的熱點(diǎn)，戶用超聲波熱表以低功耗、高精度越來越受關(guān)注。超聲流量計(jì)量實(shí)現(xiàn)了非接觸式高精度測量，因此有量程寬、無壓損、組成簡單、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。目前的主要的超聲流量計(jì)量技術(shù)是時(shí)差法和相差法。時(shí)差法超聲流量計(jì)就是根據(jù)介質(zhì)的流速與時(shí)差存在線性關(guān)系原理進(jìn)行測量的，只要準(zhǔn)確測定順逆流時(shí)間，根據(jù)流速與其線性關(guān)系，可以求出瞬時(shí)流速，進(jìn)而可以求出瞬時(shí)流量。而相差法則是通過某種技術(shù)手段，得到順逆流回波信號的相位差信息，推算出超聲波順逆流的傳播時(shí)差。2014年8月，北京美科芯科技有限公司聯(lián)合美國ICCI公司共同發(fā)布了業(yè)界首款基于相差法的智能超聲波熱量表專用芯片UTA6905，本文主要介紹UTA6905芯片的相差法超聲流量計(jì)量原理。 2.相差法超聲流量計(jì)量原理 超聲波熱量表測量系統(tǒng)利用超聲波相差法測量當(dāng)前管道中的流量值，同時(shí)利用溫度傳感器測量入口水溫和出口水溫，通過熱量計(jì)算就可得出當(dāng)前住宅所使用的熱量。UTA6905芯片利用相差法完成對管道中流量的測量，是通過測量超聲波在順流和逆流傳播產(chǎn)生的相移之差。超聲波流量測量原理如圖1所示。 專業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售:測漏機(jī),檢漏機(jī),試漏機(jī),測漏儀,塑料瓶裝袋機(jī),墊片沖裁入蓋機(jī),客服熱線：13929416960.
UTA6905芯片中的相差測量單元利用相差法超聲波流量計(jì)量技術(shù)測量出管道中水的流量，同時(shí)溫度測量單元測出進(jìn)口水溫和出口水溫，然后就可以根據(jù)公式計(jì)算出住宅使用的熱量。 3.1 UTA6905相位差測量單元 UTA6905芯片利用順流方向和逆流方向回波信號的相位差來實(shí)現(xiàn)流速的測量，在實(shí)際應(yīng)用中，順逆流相差不會(huì)超過1個(gè)1MHz的周期，相差法流量計(jì)量單元的電路原理圖如圖2所示：
回波信號經(jīng)過比較器整形為方波，該比較器為斬波比較器，每次測量前都會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)，保證OFFSET在1mV范圍內(nèi)。 回波信號和內(nèi)部參考信號進(jìn)入鑒相器，輸出相位差脈沖，相位差是回波的上升沿到參考信號的下降沿之間的時(shí)間，如果回波信號上升沿超前于參考信號下降沿(落在參考信號高電平區(qū)間)，則相位差為正值，否則(落在參考信號低電平期間)為負(fù)值，UTA6905測得的相位差脈沖的寬度范圍為(-250ns,750ns)。 對相位差脈寬的測量是通過高分辨率的TDC（單精度64ps，雙精度32ps）進(jìn)行的，TDC可以連續(xù)測量多達(dá)31個(gè)相位差脈沖的寬度，ALU對這些寬度的值進(jìn)行累加積分，進(jìn)行校準(zhǔn)并將結(jié)果存放在寄存器RES0中，此時(shí)RES0是一個(gè)有符號數(shù)，可以指示出回波脈沖是超前還是滯后于參考信號。 一次順流和逆流相位差測量完成后，外部MCU讀出兩次相差值，通過計(jì)算得到順流和逆流的時(shí)間差。 3.2溫度測量單元 針對于熱量計(jì)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)了一基于TDC技術(shù)的高精度低功耗溫度測量單元，該單元是通過溫度傳感器電阻或精密電阻對電容充放電，TDC通過測量放電時(shí)間的方式來實(shí)現(xiàn)溫度測量。
在溫度測量應(yīng)用中，當(dāng)測量電阻進(jìn)行充放電時(shí)，如果使用外部施密特觸發(fā)器，需要將NEG_STOP_TEMP設(shè)置為0，如果使用內(nèi)部施密特觸發(fā)器，需要將NEG_STOP_TEMP寄存器設(shè)置為1，兩種情況分別對應(yīng)的電路連接如圖5所示。
微控制器發(fā)送代碼“START_TEMP”啟動(dòng)溫度測量，UTA6905自動(dòng)控制溫度測量，測量完成之后中斷標(biāo)志置位，測量數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在RES0～RES3 中。 從Res_1/RES_0和RES_2/RES_3中微控制器可以計(jì)算出Rtemp/Rref的比值。通過查表，可以計(jì)算出當(dāng)前的傳感器的溫度，注意UTA6905不支持4線的溫度傳感器。 4. 總結(jié) 本文主要介紹了UTA6905芯片的相差法流量計(jì)量原理，由于存在相位差累加積分，相差法對于偶然誤差和干擾誤差的消除具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，特別是在流量測量過程中，相差法提供的數(shù)據(jù)是進(jìn)行濾波算法之后的平均值，波動(dòng)性更小，更接近真實(shí)流量，提高了測量精度，具有廣闊的應(yīng)用前景。(end) |
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