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专利名称：一种时差法超声波流量计的传输时间校准系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种提高时差式超声波流量计测量精度的技术，尤其是指一种时差法超声波流量计的传输时间校准系统。
背景技术：
时差法超声波流量计是一种无运动部件的流量测量仪表，其在流通通道内未设置任何阻碍件，无压力损失；可做非接触式测量； 可测量液体，对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充；除带测量管段式外，一般不需要作实流校验；特别在大口径流量测量方面有较突出的优点，近年来它是发展迅速的一类流量计之一。超声波在流动的液体中传播时就载上液体流速的信息，因此通过计算顺逆流发射的超声波信号的传播时间就可以检测出液体的流速，从而换算成流量。流速计算公式为
￡) Tim — Tm,sin 2Θ Tw χ Tm其中V为流速，D为管道内径，TJP Tffi分别为超声波顺逆流传播时间，Θ为传播路径与液体流向的夹角。在时间检测过程中，控制发送的压电脉冲和处理接收信号的测量变送器必须保证有很高的时间分辨率。检测方法经历了过零点检测、相关测量分析以及抗干扰能力和测量精度有很大改善的复杂数字信号处理等阶段。由于不同口径情况下超声波有不同程度的衰减，因此经过硬件电路处理后，超声波信号并不能完整还原发射的第一个脉冲信号甚至多个脉冲信号，这就会导致误判，I*和1^的实际测量值包含了一个或多个丢失的脉冲周期的时间，根据口径不同引起的测量误差可达5%。中国专利公开号CN101446505A，
公开日2009年6月3日，名称为“时差法超声波流量计校准系统”的中国发明专利中公开了一种时差法超声波流量计校准系统，系统的管路包括小口径管道以及大口径管道，所述的小口径管道的轴向两端包括探头，小口径管道与大口径管道之间具有一定的角度。该发明通过小口径管道来校准等同大口径管道下的超声波流量计，提高了检定校准的进度，稳定度以及使用范围，但该发明同样没有解决传播时间误差较大的问题，且结构较为复杂。

实用新型内容本实用新型的目的是克服现有技术中计算液体流速过程中测量超声波的传播时间误差较大的缺陷，提供一种测量超声波的传播时间误差较小的时差法超声波流量计的传输时间校准系统。本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现一种时差法超声波流量计的传输时间校准系统，时差法超声波流量计包括流通通道，流通通道内设有液体，传输时间校准系统包括超声波发射器、设置在流通通道上游的用于发送和接收超声波信号的上游传感器、设置在流通通道下游的用于发送和接收超声波信号的下游传感器、模拟开关电路、自动增益放大器、用于过零采样的第一比较器和具有计算初始丢失脉冲数量用来校准传输时间的计时器，超声波发射器和第一比较器均与计时器相连，超声波发射器同时连接上游传感器和下游传感器，上游传感器和下游传感器间通过超声波相连，上游传感器和下游传感器同时连接模拟开关电路，模拟开关电路连接自动增益放大器，自动增益放大器连接第一比较器。超声波发射器发出超声波信号时，计时器开始计时；测量顺流的传播时间时，通过上游传感器发送超声波信号发送至下游传感器，测量逆流的传播时间时，通过上游传感器发送超声波信号发送至下游传感器；最终计时器收到第一比较器的电信号后完成计时功能，此段时间为超声波的传播时间。同时，计时器可以计算上游传感器或下游传感器第一次接收到信号前丢失的脉冲数，其具体过程如下1，以正常发射频率发射超声波信号，经过信号处理后计时器得到相邻接收信号之间的时间差即为一个超声波的周期，并做记录；2，超声波发射器进入变频发射，先发射若干个正常频率的超声波信号，紧接着又发射至少一个不同于之前频率的超声波信号；3，上游传感器或下游传感器接收到经过液体的超声波信号，处理得到变频发射时相邻接收信号之间的时间差，当检测到偏离正常情况的时间差时，就可以断定此为接收到的变频信号的起始点，从超声波发射器发射信号为起始时间，接收到变频信号的起始点为终止时间，这段时间记为Tx;4，Tx的时间包括超声波信号的传播时间和若干个正常频率的超声波信号的周期，由此可以得知传播时间TO为Tx减去若干个正常频率的超声波信号的周期的时间；5，将TO与计时器接收到不完整信号的第一个脉冲时间进行对比，可推算出前面有几个脉冲丢失；6，在实际过程中计时器检测到的1*和Tffi的时间减去之前得到的几个脉冲丢失的时间便为真实的1^和TffiW时间。作为一种优选方案，自动增益放大器和第一比较器之间还设有带通滤波器和二次运算放大器，自动增益放大器连接带通滤波器，带通滤波器连接二次运算放大器，二次运算放大器连接第一比较器。带通滤波器过滤高频和低频信号，保留中频信号，二次运算放大器对中频信号进行运算放大，提高了信号接收的准确度和灵敏度。作为一种优选方案，自动增益放大器和二次运算放大器间还连接有用于比较信号强度的第二比较器。信号经过第二比较器比较反馈后传输给自动增益放大器，用于对未达到要求的信号进行再次的信号增益放大。本实用新型的有益效果是，通过计时器对超声波在流通通道内的传播时间的测量和校准，时差法超声波流量计可精确测量流体的流速以及流量，且本系统结构简单，易于实现。

图I是本实用新型的一种电路原理框图。其中1、超声波发射器，2、上游传感器，3、下游传感器，4、模拟开关电路，5、自动增益放大器，6、带通滤波器，7、二次运算放大器，8、第二比较器，9、第一比较器，10、计时器。
具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型进一步描述。实施例，一种时差法超声波流量计的传输时间校准系统，其电路原理框图如图I所示，包括超声波发射器I、上游传感器2、下游传感器3、模拟开关电路4、自动增益放大器5、带通滤波器6、二次运算放大器7、第二比较器8、第一比较器9和计时器10。超声波发射器和第一比较器均与计时器相连，超声波发射器同时连接上游传感器和下游传感器，上游传感器和下游传感器间通过超声波相连，上游传感器和下游传感器同时连接模拟开关电路，模拟开关电路连接自动增益放大器，自动增益放大器连接带通滤波器，带通滤波器连接二次运算放大器，二次运算放大器连接第一比较器，自动增益放大器和二次运算放大器间还连接有第二比较器。超声波发射器发出超声波信号时，计时器开始计时；测量顺流的传播时间时，通过上游传感器发送超声波信号发送至下游传感器，测量逆流的传播时间时， 通过上游传感器发送超声波信号发送至下游传感器；最终计时器收到第一比较器的电信号后完成计时功能，此段时间为超声波的传播时间。得到I*和Tffi的两个传播时间后，根据
￡) X
V = —^X的公式可得出液体的流速，进而得到液体的流量。计时器可以计算上游传感器或下游传感器第一次接收到信号前丢失的脉冲数，其具体过程如下1，以正常发射频率IMHz发射超声波信号，经过信号处理后计时器得到相邻接收信号之间的时间差约为I μ s，即为一个超声波的周期，并做记录；2，超声波发射器进入变频发射，先发射3个正常频率的超声波信号，紧接着又发射一个667ΚΗζ的超声波信号；3，上游传感器或下游传感器接收到经过液体的超声波信号，处理得到变频发射时相邻接收信号之间的时间差，当检测到偏离正常情况的时间差时，就可以断定此为接收到的变频信号的起始点，从超声波发射器发射信号为起始时间，接收到变频信号的起始点为终止时间，这段时间记为Τχ，通过计时器得出Tx为103μ s ;4，Tx的时间包括超声波信号的传播时间和3个正常频率的超声波信号的周期，由此可以得知传播时间TO为Tx减去3个正常频率的超声波信号的周期的时间，TO为100 μ s ；5，将TO与计时器接收到不完整信号的第一个脉冲时间102μ s进行对比，可推算出前面有2个脉冲丢失；6，在实际过程中计时器检测到的Ts和1^的时间减去之前得到的2个脉冲丢失的时间便为真实的UP TffiW时间。
权利要求1.一种时差法超声波流量计的传输时间校准系统，时差法超声波流量计包括流通通道，流通通道内设有液体，其特征是，传输时间校准系统包括超声波发射器(I )、设置在流通通道上游的用于发送和接收超声波信号的上游传感器(2)、设置在流通通道下游的用于发送和接收超声波信号的下游传感器(3)、模拟开关电路(4)、自动增益放大器(5)、用于过零采样的第一比较器(9)和具有计算初始丢失脉冲数量用来校准传输时间的计时器(10)，超声波发射器和第一比较器均与计时器相连，超声波发射器同时连接上游传感器和下游传感器，上游传感器和下游传感器连接模拟开关电路，模拟开关电路连接自动增益放大器，自动增益放大器连接第一比较器。
2.根据权利要求I所述的一种时差法超声波流量计的传输时间校准系统，其特征是，所述的自动增益放大器和第一比较器之间还设有带通滤波器(6)和二次运算放大器(7)，自动增益放大器连接带通滤波器，带通滤波器连接二次运算放大器，二次运算放大器连接第一比较器。
3.根据权利要求2所述的一种时差法超声波流量计的传输时间校准系统，其特征是，所述的自动增益放大器和二次运算放大器间还连接有用于比较信号强度的第二比较器(8)。
专利摘要本实用新型公开了一种时差法超声波流量计的传输时间校准系统，时差法超声波流量计包括流通通道，流通通道内设有液体，传输时间校准系统包括超声波发射器、上游传感器、下游传感器、模拟开关电路、自动增益放大器、第一比较器和计时器，超声波发射器和第一比较器均与计时器相连，超声波发射器同时连接上游传感器和下游传感器，上游传感器和下游传感器间通过超声波相连，上游传感器和下游传感器同时连接模拟开关电路，模拟开关电路连接自动增益放大器，自动增益放大器连接第一比较器。通过计时器对超声波在流通通道内的传播时间的测量和校准，时差法超声波流量计可精确测量流体的流速以及流量，且本系统结构简单，易于实现。
文档编号G01F25/00GK202631065SQ20122026847
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月5日 优先权日2012年6月5日
发明者孙向东, 聂志刚, 赵子锋, 陈良辉, 吴浩, 丁旭冰 申请人:浙江迪元仪表有限公司