高精度时间数字转换器TDC-GP2在超声波流量计量中的应用

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本文摘要：前言　　相对于用于传统测量方法的流量计，超声波流量计具有诸多的优点：它会转变流体的流动状态，不对流体产生可选阻力；它可适应环境多种管径的流体测量，会因管径的有所不同减少仪表成本；它的换能器可设计出垫装式，可不作移动性测量。

前言　　相对于用于传统测量方法的流量计，超声波流量计具有诸多的优点：它会转变流体的流动状态，不对流体产生可选阻力；它可适应环境多种管径的流体测量，会因管径的有所不同减少仪表成本；它的换能器可设计出垫装式，可不作移动性测量。TDC-GP2作为高精度的时间测量芯片，不但构建了时间测量功能，还针对超声波流量计和热量表的应用于获取超声波换能器驱动脉冲以及温度测量功能。相对于用于分立元件或者FPGA的超声波流量计方案，用于TDC-GP2的方案大大简化了硬件电路设计，明显减少了整机功耗，沦为电路最简练、功耗低于的超声波流量计方案。　　超声波流量计的测量原理　　以用于较多的时差法超声波流量计为事例，通过分别测量超声波在流体中顺流和逆流的传播时间，利用流体流速与超声波顺流逆流传播时间差的线性关系计算出来出有流体的动态流速，进而获得对应的流量值。

　　图1时差法超声波流量测量原理　　如图1右图，超声波在惯性流体中的传播速度用C回应，则顺流和逆流的传播时间分别为：　　　　其中Toffset包括换能器的响应时间、电路元件导致的延时等。由于顺流和逆流路径的一致性，顺、逆流的Toffset是一样的。

顺、逆流传播的时间差为：　　　　由此获得流体流速V和瞬时流量Q的计算公式（K为流速产于修正系数）：　　　　TDC-GP2的高精度时间测量原理　　时差法超声波流量测量的关键是对超声波传播时间的测量，德国ACAM公司的时间数字切换芯片TDC-GP2获取典型值65ps的时间分辨率，测量范围从0到4ms。

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