[发明专利]一种超声波热量表信号转换器的校验装置

权利要求书

1.一种超声波热量表信号转换器的校验装置，应用于校验和测试超声波热量表信号转换器的性能，其特征在于：包括了流量模拟模块、温差模拟模块、微处理器和上位机；所述流量模拟模块与待测超声波热量表信号转换器的超声波信号发射和接收引脚相连，并通过通信接口与所述微处理器连接，由所述微处理器设置流量校验参数及控制流量校验过程；温度模拟模块与待测超声波热量表信号转换器的入口温度和出口温度测量引脚相连，并通过通信接口与所述微处理器连接，由所述微处理器设置温度校验参数及控制温度校验过程；所述上位机通过通讯接口与微处理器相连，设置校验参数至微处理器，并通过微处理器控制校验过程；

所述流量模拟模块由顺逆流超声波信号切换开关、超声波激励信号电平转换模块、超声波回波信号电平转换模块和现场可编程逻辑门阵列器件，即FPGA器件构成；

所述顺逆流超声波信号切换开关为一个具有四个信号端口的可控模拟开关的组合，其四个信号端口分为两端口组，每组各两个端口；一组的两个端口S_u和S_d分别连接待测超声波热量表信号转换器原先与顺流和逆流超声波换能器连接的顺流引脚F_u和逆流引脚F_d；另一组两个端口S_e和S_r分别连接超声波激励信号电平转换模块的输入引脚F_ei和超声波回波信号电平转换模块的输出引脚F_ro；FPGA器件控制信号切换开关使某一端口组的任意一个端口能与另一端口组的任意一个端口唯一连通；

所述超声波激励信号电平转换模块把输入到引脚F_ei的超声波激励信号幅值调整至后续器件能承受的电压范围，由引脚F_eo输出到FPGA器件；

所述超声波回波信号电平转换模块的输入引脚F_ri连接FPGA器件，把输出的模拟超声波回波信号幅值调整至热量表信号转换器能处理的电压范围，由其引脚F_ro输出到顺逆流超声波信号切换开关；

所述FPGA器件采用硬件描述语言VerilogHDL搭建逻辑门电路组合实现时差法流量模拟功能，其功能模块包括了超声激励信号检测模块、飞行时间模拟模块、超声回波信号输出模块、切换开关控制模块和数据通讯模块；从引脚L_e输入的超声波激励信号由超声激励信号检测模块进行检测并启动飞行时间模拟；飞行时间模拟模块根据设定的顺流或逆流飞行时间产生延时；延时结束后，超声回波信号输出模块从引脚L_r输出超声波回波信号；信号输出引脚L_s1…L_sn用于控制顺逆流超声波信号切换开关的工作状态；引脚L_d1…L_dn为数据通讯引脚，用于与微处理器进行数据通讯获取流量模拟参数。

2.根据权利要求1所述的超声波热量表信号转换器的校验装置，其特征在于：所述温度模拟模块由入口温度模拟单元T_si和出口温度模拟单元T_so构成；入口温度模拟单元T_si由数字电位器R_pi和固定电阻R_fi串联构成，与待测信号转换器的入口温度测量引脚相连，模拟入口温度传感器的电阻值，其输出电阻值为R_i＝R_pi+R_fi；出口温度模拟单元T_so由数字电位器R_po和固定电阻R_fo串联构成，与待测信号转换器的出口温度测量引脚相连，模拟出口温度传感器的电阻值，其输出电阻值为R_o＝R_po+R_fo。

3.根据权利要求2所述的超声波热量表信号转换器的校验装置，其特征在于：所述微处理器由通信接口控制数字电位器R_pi的电阻值来调节入口温度模拟单元T_si的输出电阻值R_i，使待测信号转换器测量得到设定的入口温度；微处理器由通信接口控制数字电位器R_po的电阻值来调节出口温度模拟单元T_so的输出电阻值R_o，使待测信号转换器测量得到设定的出口温度。

4.根据权利要求1所述的超声波热量表信号转换器的校验装置，其特征在于：所述上位机设置热量校验所需的校验参数，包括管道口径、声程长度、超声波换能器谐振频率、平均流量值、校验时间、入口温度和出口温度，通过通信接口按照特定的通信协议把校验参数和校验控制参数发送到所述的微处理器；所述微处理器按照所述上位机设置的校验参数和控制命令，启动或停止所述的流量模拟模块和温差模拟模块，完成热量校验过程；所述上位机在校验完成后通过待测信号转换器的通信接口读取到校验结果，实现对校验结果的分析对比工作；若读取到的结果与设定校验参数的偏差超过设定阈值，表明超声波热表信号转换器存在缺陷。