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超聲波熱量表芯片UTA6905的相差法流量測量原理

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公司名稱淮安雷爾達儀表有限公司
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更新時間2021/12/9 14:37:17
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公司介紹主營產(chǎn)品

淮安市雷爾達儀表有限公司是專業(yè)從事儀器儀表設計制造專業(yè)公司。公司座落在堯帝故里荷鄉(xiāng)金湖，北依周總理故鄉(xiāng)-淮安，東臨京滬高速，西靠寧連高速，鹽金線貫穿境內(nèi)，地理位置得天獨厚，交通十分方便、快捷。
      淮安市雷爾達儀表有限公司是一家集科研生產(chǎn)測控成套工程于一體的綜合型*實體，是國家溫度、壓力、流量、物位儀器儀表重要生產(chǎn)基地。公司擁有技術干部20名，其中碩士研究生2名、中高級工程師7名，工程技術人員占公司總人數(shù)的20%，平均年齡33.4歲，有著豐富的設計、實踐經(jīng)驗的中青年干部，組成了現(xiàn)有的隊伍，為公司的發(fā)展壯大奠定了良好的基礎。
      公司通過廣泛地收集國內(nèi)外較早科技信息，積極與大專院校、科研院所及科技開發(fā)中心合作，在研制的同時引進各種*技術，逐步形成了設計、制造、銷售和現(xiàn)場施工、技術服務等一整套完善的服務體系。其主導產(chǎn)品有壓力儀表、溫度儀表、流量計、智能數(shù)顯表、無低記錄儀、閥門、電線電纜等.公司的產(chǎn)品以良好的性能、完善的售后服務、合理的價格受到廣大用戶的歡迎和認可，也受到有關專家和現(xiàn)場技術人員的好評和關注。
      公司的宗旨是：創(chuàng)造優(yōu)質產(chǎn)品，服務回報社會。將服務放在*位始終是我公司的經(jīng)營理念，在多年的經(jīng)營中我們?yōu)閮x表的售后服務和維修已經(jīng)形成一套完整的體系，在全國多數(shù)城市設有辦事處。在工作中我們都始終堅持不論是不是我們的產(chǎn)品只要用戶需要我們都在*時間趕到現(xiàn)場協(xié)助解決問題?？傊窗彩欣谞栠_儀表有限公司是敢負責任，敢打硬仗的隊伍，技術力量雄厚，生產(chǎn)設備*，檢測手段齊全，并制定了科學合理的生產(chǎn)工藝，健全的質量保證體系，以滿足顧客的需求，持續(xù)改進并實現(xiàn)顧客的持續(xù)滿意為公司的質量方針。
      公司業(yè)績的取得源于客戶的厚愛，淮安市雷爾達儀表有限公司全體員工深悟此理，決心用誠實勤奮的工作，詮釋“用人品鑄產(chǎn)品，以質量謀生存、依信譽拓展市場，靠服務贏得顧客"的企業(yè)宗旨。期盼著在與各界友人的合作中涉取營養(yǎng)，得到啟迪，我們愿與廣大客戶真誠合作，共創(chuàng)美好未來！

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產(chǎn)品簡介在線詢價

1.概述近年來我國提出建筑節(jié)能計劃，逐步實現(xiàn)分戶計量收費制度

超聲波熱量表芯片UTA6905的相差法流量測量原理產(chǎn)品信息

1. 概述

近年來我國提出建筑節(jié)能計劃，逐步實現(xiàn)分戶計量收費制度。供熱計量正在逐漸成為技術研究的熱點，戶用超聲波熱表以低功耗、高精度越來越受關注。超聲流量計量實現(xiàn)了非接觸式高精度測量，因此有量程寬、無壓損、組成簡單、靈敏度高的優(yōu)點。目前的主要的超聲流量計量技術是時差法和相差法。時差法超聲流量計就是根據(jù)介質的流速與時差存在線性關系原理進行測量的，只要準確測定順逆流時間，根據(jù)流速與其線性關系，可以求出瞬時流速，進而可以求出瞬時流量。而相差法則是通過某種技術手段，得到順逆流回波信號的相位差信息，推算出超聲波順逆流的傳播時差。2014年8月，北京美科芯科技有限公司聯(lián)合美國ICCI公司共同發(fā)布了業(yè)界基于相差法的智能超聲波熱量表專用芯片UTA6905，本文主要介紹UTA6905芯片的相差法超聲流量計量原理。

2.相差法超聲流量計量原理

超聲波熱量表測量系統(tǒng)利用超聲波相差法測量當前管道中的流量值，同時利用溫度傳感器測量入口水溫和出口水溫，通過熱量計算就可得出當前住宅所使用的熱量。UTA6905芯片利用相差法完成對管道中流量的測量，是通過測量超聲波在順流和逆流傳播產(chǎn)生的相移之差。超聲波流量測量原理如圖1所示。

圖1:超聲波流量測量原理

圖1中流量管道直徑為D，兩個換能器之間的水平距離為L，超聲波在水中的傳輸速度為c，管道中流體速度為v，可以得到超聲波在順流中的渡越時間t1和逆流傳播過程中的渡越時間t2分別為：

3.UTA6905熱量計量原理

UTA6905芯片中的相差測量單元利用相差法超聲波流量計量技術測量出管道中水的流量，同時溫度測量單元測出進口水溫和出口水溫，然后就可以根據(jù)公式計算出住宅使用的熱量。

3.1 UTA6905相位差測量單元

UTA6905芯片利用順流方向和逆流方向回波信號的相位差來實現(xiàn)流速的測量，在實際應用中，順逆流相差不會超過1個1MHz的周期，相差法流量計量單元的電路原理圖如圖2所示：

圖2:UTA6905相差法流量計量單元電路原理圖

順逆流的測量是先后進行的，因此不能直接得到兩組回波的相位差，UTA6905分別測量順逆流回波信號相對于同一個內(nèi)部參考信號的相位差，由外部MCU讀取兩個值并計算順逆流的相位差，圖3所示為UTA6905相差法流量測量原理。

圖3:UTA6905芯片相差法原理

內(nèi)部參考信號為1MHz，占空比75%的方波，與FIRE脈沖同步。

回波信號經(jīng)過比較器整形為方波，該比較器為斬波比較器，每次測量前都會自動校準，保證OFFSET在1mV范圍內(nèi)。

回波信號和內(nèi)部參考信號進入鑒相器，輸出相位差脈沖，相位差是回波的上升沿到參考信號的下降沿之間的時間，如果回波信號上升沿超前于參考信號下降沿(落在參考信號高電平區(qū)間)，則相位差為正值，否則(落在參考信號低電平期間)為負值，UTA6905測得的相位差脈沖的寬度范圍為(-250ns,750ns)。

對相位差脈寬的測量是通過高分辨率的TDC（單精度64ps，雙精度32ps）進行的，TDC可以連續(xù)測量多達31個相位差脈沖的寬度，ALU對這些寬度的值進行累加積分，進行校準并將結果存放在寄存器RES0中，此時RES0是一個有符號數(shù)，可以指示出回波脈沖是超前還是滯后于參考信號。

一次順流和逆流相位差測量完成后，外部MCU讀出兩次相差值，通過計算得到順流和逆流的時間差。

3.2溫度測量單元

針對于熱量計領域，設計了一基于TDC技術的高精度低功耗溫度測量單元，該單元是通過溫度傳感器電阻或精密電阻對電容充放電，TDC通過測量放電時間的方式來實現(xiàn)溫度測量。

圖4:溫度測量原理示意圖

如圖4所示，溫度測量單元支持PT1-PT4四個測量端口。

在溫度測量應用中，當測量電阻進行充放電時，如果使用外部施密特觸發(fā)器，需要將NEG_STOP_TEMP設置為0，如果使用內(nèi)部施密特觸發(fā)器，需要將NEG_STOP_TEMP寄存器設置為1，兩種情況分別對應的電路連接如圖5所示。

圖5:溫度測量原理示意圖

溫度傳感器的最小阻值為500Ω。UTA6905測量出由每個電阻和電容組成的RC網(wǎng)絡的放電時間。溫度測量的精度為0.002°C。

微控制器發(fā)送代碼“START_TEMP”啟動溫度測量，UTA6905自動控制溫度測量，測量完成之后中斷標志置位，測量數(shù)據(jù)被存儲在RES0～RES3 中。

從Res_1/RES_0和RES_2/RES_3中微控制器可以計算出Rtemp/Rref的比值。通過查表，可以計算出當前的傳感器的溫度，注意UTA6905不支持4線的溫度傳感器。

4. 總結

本文主要介紹了UTA6905芯片的相差法流量計量原理，由于存在相位差累加積分，相差法對于偶然誤差和干擾誤差的消除具有較強的優(yōu)勢，特別是在流量測量過程中，相差法提供的數(shù)據(jù)是進行濾波算法之后的平均值，波動性更小，更接近真實流量，提高了測量精度，具有廣闊的應用前景。