[发明专利]低功耗的中低压气体超声波流量测量电路

说明书

技术领域

本发明属于气体流量检测技术领域，涉及一种低功耗的中低压气体超声波流量测量电路。

背景技术

自上世纪九十年代，超声波技术应用于气体流量的检测领域以来，经过二十多年的发展，数字信号处理技术与传感器技术在实际应用中均有长足进步，目前，超声波技术已广泛应用于液体和高压气体流量的测量。但超声波信号在中低压气体流量的测量中存在衰减快、信号微弱等问题，需要较大放大倍数、通常需要较大的驱动电流。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种低功耗的中低压气体超声波流量测量电路。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明包括第一超声换能器、第二超声换能器、第一模拟开关、第二模拟开关、前置放大器、带通滤波单元、比较单元、驱动单元、稳压单元、超声波信号收发计时单元、单片机单元。

第一超声换能器、第二超声换能器对称安装于管道轴线的两侧；第一换能器的输入端与第一模拟开关电路的一端连接；第二换能器的输入端与第二模拟开关电路的一端连接；第一模拟开关的另一端与驱动单元的输出端连接；第二模拟开关的另一端与前置放大器的输入端连接；前置放大器的输出端与带通滤波单元的输入端连接；带通滤波单元的输出端与比较单元的输入端连接；比较单元的输出端与超声波收发计时单元连接；驱动单元的输入端与超声波收发计时单元连接；超声波收发计时电路与单片机连接。

所述模拟开关选型芯片MAX4622；所述前置放大单元选型芯片AD620、所述带通滤波单元选型芯片OPA836、所述比较单元选型芯片LMV761；所述稳压单元选型芯片TPS76930、所述驱动单元选型芯片LT3572；所述的超声波信号收发计时单元选型芯片TDC-GP21；所述单片机选型芯片MSP430F448。

本发明的有益效果在于：本发明通过测量超声波在气体中的顺逆流传播时间差，计算出流经管道的气体流量，进而得到气体流速，TDC-GP21芯片的采用提高了气体流量测量的精度，节省了装置成本。系统采用小信号激励超声换能器，通过微弱信号比较电路准确获得超声波在气体中的顺逆流传播时间差，降低了系统测量的电压与电流，从而降低功耗，采用电池供电，一节电池的使用寿命在3-5年。适用于中低压情况下的任意气体的流量测量，测量过程中没有压损的存在，流量计使用寿命长。

附图说明

图1是超声换能器的安装示意图；

图2是控制系统原理框图；

图3是以单片机为核心的控制系统具体电路实例图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明，本发明提出了一种针对中低压气体流量测量的低功耗信号处理测量电路。

其中的气体超声流量计在原理上采用时差法测量，这也是目前应用较为广泛的时差式气体超声流量计。这种流量计的工作原理为：超声波在静止的流体中的流速为C，流体的流速为V₀，超声波在流体中的顺流时间为t₁,超声波在流体中的逆流时间为t₂，两个超声波换能器间的直线距离为L，与管道夹角为θ，那么超声波在流体中的顺流时间为

T1=LC+VCOSθ---(1)]]>

超声波在流体中的逆流时间为