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利用互易性电路降低气体超声波流量计零点误差
资料介绍
气体超声波流量计作为一种新型流量计，具有高量程比、高精度、维护要求低等众多优点。时差法气体超声波流量计在流场处于静止状态时，上下游信号传播时间往往并不完全相同，产生零点误差，这一现象的原因在于产生和接收信号的一对换能器无法达到精确的一致性。
零点误差的存在使得在生产时需要对流量计进行“干标定”补偿，带来成本的上升。当温度压力变化时，由于换能器压电陶瓷的特性发生改变，会造成零点变化的情况。零点误差极大的制约了小流量下的流量计测量精度。本文设计了一种换能器互易性激发和接收电路以降低零点误差，完成了以下工作:
(1)互易性电路的理论推导和方案设计。从无源二端口网络的电声学互易性出发，得出流量计系统的互易性方法。基于此设计了三种互易性激发电路和两种互易性接收电路。
(2)互易性电路的仿真分析。对换能器以及超声波信号传播进行电学建模，得到了完整的互易性测量电路仿真模型。对不同的互易性方案，在不同阻抗下进行零点误差和信号幅值的研究。利用始动流量和最小流量推导出流量计最大允许零点误差。
(3)设计了一种利用阈值过零点检测和信号比例特征的停止时间计算方案。搭建基于MSP430单片机的时序控制系统、基于TDC-GP2的精确时间测量电路、基于运放的波峰采集、峰值保持电路和相关的信号处理电路。
(4)利用互易性电路解决零点误差实验。利用互易性电路对不同换能器配对、温度、压力以及阻抗值的情况进行实验研究，证明其具有很好的降低零点误差效果，并得到最佳电路方案。对基于互易性电路的流量计系统进行检定，证明其达到了国家标准中对1级表的精度要求。
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