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基于超声流量计换能器工作频率的温度补偿方法研究

郑锡斌  
【摘要】:中小口径超声波流量计一般安装在露天的计量撬上,在露天环境中,工作环境温度会随时发生变化。超声换能器作为超声波流量计的核心部件,起到能量转化的作用,其性能的稳定程度直接影响超声波流量计的计量精度。但是,工作环境温度直接影响超声换能器的传输特性,引起超声换能器最佳工作频率的改变。当发送换能器发出的脉冲波形激励接收换能器时,接收到的响应波形会产生差异,直接导致波形过零点位置的偏移。过零位置是超声波流量计判定渡越时间的重要信息。因此,超声换能器工作频率的温度补偿对提高超声波流量计计量精度至关重要。 根据超声换能器这一特性,本课题以双通道超声波流量计为平台,使用TMS320F2812DSP作为核心芯片,设计了一个超声换能器工作频率的温度自动补偿系统。课题的主要工作有: 1)了解课题背景、研究意义和超声换能器温度补偿的研究现状;介绍时差法超声波气体流量计的检测原理,分析温度对流量检测和超声换能器的影响。 2)通过实验获取不同工作环境温度下的超声换能器最佳工作频率,并以性能最接近的两对超声换能器最佳工作频率的均值作为激励发射频率;将需要设定的温度值和与之对应的电压信号、激励发送频率依次存入内存,构成一个线性表,获得温度补偿方案。 3)设计与温度补偿相关的硬件电路,包括超声波激励信号、超声波接收放大、温度检测等电路,并结合改进的信号渡越时间检测方法,完成整个系统的设计。 4)最后,对接收信号波形进行采集,比较有无进行温度补偿对接收波形的影响。并通过实验样机流体流量的标定,比较有无进行温度补偿对流速信息的影响。同时,把经过温度补偿的流速信息与基准值进行比较,获得超声波流量计的引用误差。


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