一種高精度超聲波氣體流量計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實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。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)超聲波時差法原理，當(dāng)氣體流動與超聲波傳播順方向時，超聲波傳播速度隨 氣體流動速度增加而增大；當(dāng)氣體流動與超聲波傳播逆方向時，超聲波傳播速度隨氣體流 動速度增加而減小。超聲波在氣體順流、逆流中傳播時間不同，從而通過時間差來計算流 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，測量其傳播時間-和、。其流速計算公式為： ·?
[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 回波信號沒有進(jìn)行多級放大，不能測出準(zhǔn)確的傳播時間。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型提出了一種高精度超聲波氣體流量計，采用超聲波傳播時間差原理來 測量，無接觸式測量，對被測氣體無阻力，無損害，超聲波回波信號放大50000倍，同時將超 聲波回波信號轉(zhuǎn)換為方波，測量精度較現(xiàn)有手段提高數(shù)倍。
[0006] 本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0007] -種高精度超聲波氣體流量計，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，測量時間電路測量所述超聲波換能器發(fā)射高壓脈 沖信號的方波與接收到超聲波的方波信號之間的時間。
[0009] 可選地，所述超聲波換能器為收發(fā)一體結(jié)構(gòu)，包括超聲波信號源和超聲波傳感 器；
[0010] 超聲波信號源輸出高壓脈沖信號，該高壓脈沖信號周期是超聲波傳感器的共振頻 率，依次發(fā)射5個高壓脈沖信號驅(qū)動超聲波傳感器，接收端的超聲波傳感器探頭接收到超 聲波信號后，將超聲波信號轉(zhuǎn)換為電信號。
[0011] 可選地，所述超聲波信號源包括高壓脈沖發(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。
[0012] 可選地，所述放大電路為兩級放大電路。
[0013]可選地，所述濾波電路對放大電路放大后的信號進(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)半軸的信號經(jīng)絕對值變換電路進(jìn)行絕對值變換，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。
[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)信號轉(zhuǎn)換為方波信號，該方波信號送入高速比較器后得到更加陡 峭的方波信號，送入測量時間電路。
[0019] 本實用新型的有益效果是：
[0020] (1)采用超聲波傳播時間差原理來測量，無接觸式測量，對被測氣體無阻力，無損 害；
[0021] (2)將超聲波回波信號轉(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用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例 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 是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提 下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023] 圖1為本實用新型高精度超聲波氣體流量計的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖2為本實用新型高精度超聲波氣體流量計的控制框圖；
[0025] 圖3為本實用新型高精度超聲波氣體流量計的超聲波換能器控制框圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下 所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(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 超聲波回波信號沒有進(jìn)行多級放大，不能測出準(zhǔn)確的傳播時間。
[0028] 本實用新型提出了一種高精度超聲波氣體流量計，采用多對超聲波換能器，設(shè)置 成X型，通過測量超聲波發(fā)射和接收時間，就可以測量氣體多個方向的流速，對氣體多個流 速求算術(shù)平均值，即測得氣體流速。
[0029] 下面結(jié)合附圖對本實用新型的高精度超聲波氣體流量計進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0030] 如圖1所示，本實用新型的高精度超聲波氣體流量計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，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。
[0031] 本實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，本實用新型高精度超聲波氣體流量計中，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，測量時間電路9測量出上述超聲波換能器發(fā)射高壓脈沖信號的方波與 接收到超聲波的方波信號之間的時間差。
[0033] 本實用新型的超聲波換能器為收發(fā)一體結(jié)構(gòu)，包括超聲波信號源和超聲波傳感 器。超聲波信號源產(chǎn)生驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)射超聲波信號的高壓脈沖信號，該高壓脈沖信 號周期是超聲波傳感器的共振頻率，依次發(fā)射5個高壓脈沖信號驅(qū)動超聲波傳感器，接收 端的超聲波傳感器探頭接收到超聲波信號后，將超聲波