基于TDC-GP2的時差式超聲流量計的設(shè)計
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流體為層流分布時，K取值為4／3，流體為紊流分布時，根據(jù)雷諾數(shù)Re不同，分別取不同的值。
1．2 時差法測量的關(guān)鍵問題
時差法測量流量的原理即通過測量獲得順逆流時間差。首先要合理準確地確定發(fā)射和接收時刻，然后將信號發(fā)收時間差精確地測量出來，這是實現(xiàn)系統(tǒng)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)，兩個換能器之間的距離很短，對于小管徑僅有幾個毫米到十多個厘米長，所以，超聲信號所需傳播時間極短。為保證系統(tǒng)達到測量精度為±1％，測量時間差的精度要達到納秒級，在測量低流速流體時要求則更高，所以提高分辨率至關(guān)重要。對于時差式超聲波流量計而言，計時模塊的精度直接決定了測量系統(tǒng)的精度等級、重復(fù)性誤差、測量下限、始動能量等性能，通常要求計時模塊分辨率要達到1 ns，普通計時模塊無法實現(xiàn)。為解決這個問題，本系統(tǒng)的設(shè)計使用了超高精度計時芯片TDC-GP2，其分辨率可達皮秒級別，為實現(xiàn)高精度流量測量奠定了基礎(chǔ)。
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(yīng)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是以信號通過內(nèi)部門電路的傳輸延時來進行高精度時間間隔測量的，其高速運行時間單元如圖2所示。測量過程中，只需計算出開始信號和結(jié)束信號之間所經(jīng)過的邏輯門的個數(shù)，就可以精確地計算出start信號與stop信號之間的時間間隔。芯片上的智能電路結(jié)構(gòu)、擔(dān)保電路和特殊的布線方式保證芯片可以精確地記下信號通過門電路的個數(shù)。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/193981.htm
TDC測量由start信號觸發(fā)而開始，接收到stop信號停止。由環(huán)形振蕩器的位置和粗值計數(shù)器的計數(shù)值可以計算出start信號和stop信號之間的時間間隔，測量范圍可達20b。在3．3V和25℃時，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(tǒng)的設(shè)計方案
2．1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
系統(tǒng)測量原理圖如圖3所示。
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