[发明专利]一种高精度宽量程的超声流量测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种高精度宽量程的超声流量测量装置，其特征是，包括设置在管道上的两个超声波换能器，在管道内设有两个与超声波换能器一一对应的超声波反射片，两个超声波反射片用于反射其中一个超声波换能器发射的信号给另一个超声波换能器；两个超声波换能器通过开关切换电路与信号调理电路和功率放大电路相接，所述开关切换电路用于实现超声波换能器的地连接、断开和切换；所述信号调理电路用于通过开关切换电路接收超声波换能器所测信号，并对所接收的信号进行滤波和放大处理，使得信号能够被计时电路和ADC信号采集电路采集；计时电路用于对两个超声波换能器所接收到的超声波信号顺逆流传播时间差进行计算；计时电路和ADC信号采集电路分别接收信号调理电路输出的信号并与微控制器之间实现通信；微控制器根据所接收的信号对超声流量进行测量；计时电路还与功率放大电路相接，所述功率放大电路用于对由计时电路产生的脉冲信号进行放大，使信号激发超声波换能器，从而实现超声波的发射。

2.根据权利要求1所述的高精度宽量程的超声流量测量装置，其特征是，所述微控制器包括MSP430FR6047芯片。

3.根据权利要求1所述的高精度宽量程的超声流量测量装置，其特征是，微控制器根据所接收的信号对超声流量进行测量，具体计算公式如下：

式中，D为管道内径，k为线面补偿系数，L为两个超声波换能器之间的距离，ΔT为两个超声波换能器所接收到的超声波信号顺逆流传播时间差，T_D1为超声波换能器接收到超声波信号顺流传播的时间，T_D2为超声波换能器接收到超声波信号逆流传播的时间；

ΔT＝T_D2-T_D1

其中，c为超声波声速，v为流体的流速。

4.一种高精度宽量程的超声流量测量方法，其特征是，包括如下步骤：

a、在管道外侧壁上沿流体流动方向依序设置第一超声波换能器和第二超声波换能器，在管道内中心轴线上与两个超声波换能器对应的地方各设置一个超声波反射片，以保证由其中一个超声波换能器发射的超声波信号经两个超声波反射片反射后能够被另一个超声波换能器所接收；

b、信号调理电路采集两个超声波换能器所测信号并进行滤波和放大处理，之后发送至计时电路和ADC信号采集电路；

c、计时电路根据信号调理电路输出的信号计算两个超声波换能器所接收到的超声波信号顺逆流传播时间差ΔT，并把计算结果发送至微控制器；

d、微控制器一方面接收计时电路发送的信号，另一方面接收ADC信号采集电路发送的信号，并根据如下公式计算流体流量：

式中，D为管道内径，k为线面补偿系数，L为两个超声波换能器之间的距离，T_D1为第二超声波换能器接收到超声波信号顺流传播的时间，T_D2为第一超声波换能器接收到超声波信号逆流传播的时间；

ΔT＝T_D2-T_D1

其中，c为超声波声速，v为流体的流速。

5.根据权利要求4所述的高精度宽量程的超声流量测量方法，其特征是，步骤b中，信号调理电路通过MAD算法对信号进行滤波。

6.根据权利要求4所述的高精度宽量程的超声流量测量方法，其特征是，两个超声波换能器之间的距离与管道内径相等。

7.根据权利要求4所述的高精度宽量程的超声流量测量方法，其特征是，所述微控制器包括MSP430FR6047芯片。