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智能型管段式液体超声波流量计的研究与设计
资料介绍
在工业流量检测领域，超声波流量计以其非接触性、高精度、低成本、安装便捷等优点，正发挥着重要作用。国内超声波流量计的研究起步较晚，与国外知名企业的研发水平相比，在精度、稳定性与可靠性等方面还存在较大差距。目前我国超声波流量计市场，仍然被国外产品所垄断。为了进一步提升国内超声波流量计的研发水平，提高国产品牌的市场竞争力，本课题以单片机和CPLD为核心，设计了一种基于时差法测量的液体超声波流量计。
本研究主要内容包括：⑴超声波流量计的硬件设计主要包括传感器和电路两方面。传感器设计采用管段式Z型结构，通过装有压电陶磁晶片的换能器，完成超声波的发射与接收工作。硬件电路采用模块化设计，包括超声波发射、回波接收及单片机外围电路等模块。系统由CPLD产生1MHz的脉冲信号，经功率放大后，驱动换能器发射超声波。采用 AGC电路，在回波接收时能够自适应管道口径、被测介质等复杂的现场环境，自动调整回波增益。在单片机的外围电路设计中，还包括OCT输出、485通信、显示输出等模块。⑵在CPLD内设计粗测量和精测量两种方式：通过对整时钟周期的计数进行粗测量；基于延迟线内插法，采用非门组合的方式搭建延迟链，完成对不满整时钟周期的精测量。此两种方法的结合，能够使时间分辨率达到 ps级。在软件处理上，采用复合滤波的方法对时间差数据进行降噪处理，不仅实现简单，而且具有很好的滤波效果。⑶应用中环天仪股份有限公司的水流量标准管理系统，对不同口径的超声波流量计在不同流量点下进行验证。实验结果表明，本样机的重复性较好，误差等级为1级，可以满足工业现场的实际需求。
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