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基于TDC-GP21芯片的超声波流量计设计及实现

李红娟  
【摘要】:超声波流量计是在流体流动时会改变超声波束的传播速度进而测量流体体积的装置。超声波流量计由于具有可非接触测量、通用性好、适用于各种管径、高温高压高粘度的流体或者气体等的测量、智能化、小型化、便携性和安装维护方便等优点得到了广泛的应用。目前国内的超声波流量计在精度、硬件电路设计和稳定性等方面都与国际先进水平存在一定差距,因此设计一款在仪器结构和硬件电路进行改善和发展的流量计,符合我国的测量技术需求。 首先,论文阐述了超声换能器的基本原理、性能指标及超声换能器的设计。分析了声波在均匀管流中的传播特性的数学描述及时差法测量原理,对时差法测流量的原理进行了研究,深入分析了流体在圆管内的速度分布,推导出了非理想流场中流量修正系数K的计算方法,从而减少了流场对测量结果的影响,提高了测量精度。 其次,本文设计了应用时差法测量原理的硬件电路,选择TDC-GP21作为高精度时间数字转换芯片,MSP430F4152作为主控芯片,简化了超声波发射接收模块的设计,完成了软件系统中主要流程图的设计及程序代码的编写。 接着,完成了流量计硬件总体设计及实现方案,介绍了换能器的安装方式并就本设计所使用的“U”型换能器安装方式进行介绍。 最后,试制了超声波流量计样机,介绍了超声波流量计性能要求,并根据检定规程对样机进行标定实验。


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