基于TDC-GP2的時(shí)差式超聲流量計的設計
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流體為層流分布時(shí)，K取值為4／3，流體為紊流分布時(shí)，根據雷諾數Re不同，分別取不同的值。
1．2 時(shí)差法測量的關(guān)鍵問(wèn)題
時(shí)差法測量流量的原理即通過(guò)測量獲得順逆流時(shí)間差。首先要合理準確地確定發(fā)射和接收時(shí)刻，然后將信號發(fā)收時(shí)間差精確地測量出來(lái)，這是實(shí)現系統高精度測量的關(guān)鍵。由于超聲波的速度很快(在水中約為1 500 m／s)，兩個(gè)換能器之間的距離很短，對于小管徑僅有幾個(gè)毫米到十多個(gè)厘米長(cháng)，所以，超聲信號所需傳播時(shí)間極短。為保證系統達到測量精度為±1％，測量時(shí)間差的精度要達到納秒級，在測量低流速流體時(shí)要求則更高，所以提高分辨率至關(guān)重要。對于時(shí)差式超聲波流量計而言，計時(shí)模塊的精度直接決定了測量系統的精度等級、重復性誤差、測量下限、始動(dòng)能量等性能，通常要求計時(shí)模塊分辨率要達到1 ns，普通計時(shí)模塊無(wú)法實(shí)現。為解決這個(gè)問(wèn)題，本系統的設計使用了超高精度計時(shí)芯片TDC-GP2，其分辨率可達皮秒級別，為實(shí)現高精度流量測量奠定了基礎。
1．3 TDC-GP2的概述
TDC-GP2是德國ACAM公司通用的TDC系列的新一代產(chǎn)品。它具有更高的精度和更小的封裝，尤其適合于低成本的工業(yè)應用領(lǐng)域。GP2具有高速脈沖發(fā)生器，停止信號使能，溫度測量和時(shí)鐘控制等功能，這些特殊功能模塊使得它尤其適合于超聲波流量測量和熱量測量。
TDC是以信號通過(guò)內部門(mén)電路的傳輸延時(shí)來(lái)進(jìn)行高精度時(shí)間間隔測量的，其高速運行時(shí)間單元如圖2所示。測量過(guò)程中，只需計算出開(kāi)始信號和結束信號之間所經(jīng)過(guò)的邏輯門(mén)的個(gè)數，就可以精確地計算出start信號與stop信號之間的時(shí)間間隔。芯片上的智能電路結構、擔保電路和特殊的布線(xiàn)方式保證芯片可以精確地記下信號通過(guò)門(mén)電路的個(gè)數。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/193981.htm
TDC測量由start信號觸發(fā)而開(kāi)始，接收到stop信號停止。由環(huán)形振蕩器的位置和粗值計數器的計數值可以計算出start信號和stop信號之間的時(shí)間間隔，測量范圍可達20b。在3．3V和25℃時(shí)，其最小分辨率是65ps，均方根(RMS)噪音大約是50ps。
2 流量測量系統的設計方案
2．1 系統的硬件設計
系統測量原理圖如圖3所示。
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