一種高精度超聲波氣體流量計(jì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高精度超聲波氣體流量計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)超聲波時(shí)差法原理，當(dāng)氣體流動(dòng)與超聲波傳播順方向時(shí)，超聲波傳播速度隨 氣體流動(dòng)速度增加而增大；當(dāng)氣體流動(dòng)與超聲波傳播逆方向時(shí)，超聲波傳播速度隨氣體流 動(dòng)速度增加而減小。超聲波在氣體順流、逆流中傳播時(shí)間不同，從而通過時(shí)間差來計(jì)算流 速，進(jìn)而求得氣體流量。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)方案，在被測氣體中放置一對(duì)超聲波發(fā)射/接收換能器，分別在順流和 逆流方向發(fā)射超聲波脈沖，測量其傳播時(shí)間-和、。其流速計(jì)算公式為： ·?
[0004] 采用單聲道的超聲波換能器，這樣測得氣體流速存在較大誤差，并且接收超聲波 回波信號(hào)沒有進(jìn)行多級(jí)放大，不能測出準(zhǔn)確的傳播時(shí)間。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型提出了一種高精度超聲波氣體流量計(jì)，采用超聲波傳播時(shí)間差原理來 測量，無接觸式測量，對(duì)被測氣體無阻力，無損害，超聲波回波信號(hào)放大50000倍，同時(shí)將超 聲波回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波，測量精度較現(xiàn)有手段提高數(shù)倍。
[0006] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種高精度超聲波氣體流量計(jì)，設(shè)置成X型，其中，第一超聲波換能器和第二超聲 波換能器為一組，第三超聲波換能器和第四超聲波換能器為一組；
[0008] 第一超聲波換能器、第二超聲波換能器、第三超聲波換能器和第四超聲波換能器 連接到四選一電子開關(guān)的輸入端，經(jīng)過四選一電子開關(guān)選擇，輸出信號(hào)依次經(jīng)過放大電路、 濾波電路、整形電路后變換為方波信號(hào)，測量時(shí)間電路測量所述超聲波換能器發(fā)射高壓脈 沖信號(hào)的方波與接收到超聲波的方波信號(hào)之間的時(shí)間。
[0009] 可選地，所述超聲波換能器為收發(fā)一體結(jié)構(gòu)，包括超聲波信號(hào)源和超聲波傳感 器；
[0010] 超聲波信號(hào)源輸出高壓脈沖信號(hào)，該高壓脈沖信號(hào)周期是超聲波傳感器的共振頻 率，依次發(fā)射5個(gè)高壓脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器，接收端的超聲波傳感器探頭接收到超 聲波信號(hào)后，將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
[0011] 可選地，所述超聲波信號(hào)源包括高壓脈沖發(fā)生電路、升壓電路、隔離電路，隔離電 路輸出端連接所述超聲波傳感器探頭，超聲波傳感器探頭連接差分放大電路，輸出正弦波 信號(hào)。
[0012] 可選地，所述放大電路為兩級(jí)放大電路。
[0013]可選地，所述濾波電路對(duì)放大電路放大后的信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，消除低頻和高頻 噪聲。
[0014] 可選地，所述整形電路包括絕對(duì)值變換電路、峰值保持電路和回波積分比較器電 路。
[0015] 可選地，將回波負(fù)半軸的信號(hào)經(jīng)絕對(duì)值變換電路進(jìn)行絕對(duì)值變換，得到兩倍于原 回波頻率值的頻率。
[0016] 可選地，所述峰值保持電路采用二極管峰值保持電路。
[0017] 可選地，所述峰值保持電路采用高速檢波二極管IN60,后面經(jīng)過阻容低通濾波器 濾除尚頻噪聲?目號(hào)。
[0018] 可選地，所述回波積分比較器電路將前端模擬處理電路處理后的回波包絡(luò)送入積 分電路，積分電路將包絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，該方波信號(hào)送入高速比較器后得到更加陡 峭的方波信號(hào)，送入測量時(shí)間電路。
[0019] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0020] (1)采用超聲波傳播時(shí)間差原理來測量，無接觸式測量，對(duì)被測氣體無阻力，無損 害；
[0021] (2)將超聲波回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波，測量精度較現(xiàn)有手段提高數(shù)倍。
【附圖說明】
[0022] 為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提 下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023] 圖1為本實(shí)用新型高精度超聲波氣體流量計(jì)的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖2為本實(shí)用新型高精度超聲波氣體流量計(jì)的控制框圖；
[0025] 圖3為本實(shí)用新型高精度超聲波氣體流量計(jì)的超聲波換能器控制框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的 實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下 所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0027] 現(xiàn)有技術(shù)中采用單聲道的超聲波換能器，測得氣體流速存在較大誤差，并且接收 超聲波回波信號(hào)沒有進(jìn)行多級(jí)放大，不能測出準(zhǔn)確的傳播時(shí)間。
[0028] 本實(shí)用新型提出了一種高精度超聲波氣體流量計(jì)，采用多對(duì)超聲波換能器，設(shè)置 成X型，通過測量超聲波發(fā)射和接收時(shí)間，就可以測量氣體多個(gè)方向的流速，對(duì)氣體多個(gè)流 速求算術(shù)平均值，即測得氣體流速。
[0029] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的高精度超聲波氣體流量計(jì)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0030] 如圖1所示，本實(shí)用新型的高精度超聲波氣體流量計(jì)包括兩組超聲波換能器，設(shè) 置成X型，其中，第一超聲波換能器1和第二超聲波換能器2為一組，彼此相對(duì)，第三超聲波 換能器3和第四超聲波換能器4為一組，彼此相對(duì)。
[0031] 本實(shí)用新型的第一超聲波換能器1、第二超聲波換能器2、第三超聲波換能器3和 第四超聲波換能器4均為收發(fā)一體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)每組內(nèi)部之間互發(fā)互收，例如，如果第一超聲 波換能器1為發(fā)送端，那么第二超聲波換能器2為接收端，如果第二超聲波換能器2為發(fā)送 端，那么第一超聲波換能器1為接收端。
[0032] 如圖2所示，本實(shí)用新型高精度超聲波氣體流量計(jì)中，第一超聲波換能器1、第二 超聲波換能器2、第三超聲波換能器3和第四超聲波換能器4連接到四選一電子開關(guān)5的輸 入端，經(jīng)過四選一電子開關(guān)5選擇，輸出信號(hào)依次經(jīng)過放大電路6、濾波電路7、整形電路8 后變換為方波信號(hào)，測量時(shí)間電路9測量出上述超聲波換能器發(fā)射高壓脈沖信號(hào)的方波與 接收到超聲波的方波信號(hào)之間的時(shí)間差。
[0033] 本實(shí)用新型的超聲波換能器為收發(fā)一體結(jié)構(gòu)，包括超聲波信號(hào)源和超聲波傳感 器。超聲波信號(hào)源產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器發(fā)射超聲波信號(hào)的高壓脈沖信號(hào)，該高壓脈沖信 號(hào)周期是超聲波傳感器的共振頻率，依次發(fā)射5個(gè)高壓脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器，接收 端的超聲波傳感器探頭接收到超聲波信號(hào)后，將超聲波