【摘要】：目前,傳統(tǒng)的水表流量計基本上采用機械計量方法,存在始動流量偏高、測量精度較低、壓力損耗大等問題。伴隨著新型測量傳感技術(shù)的進(jìn)步,超聲波測量技術(shù)得到不斷的改進(jìn)與應(yīng)用。相較于機械式水表,超聲波流量計在水表計量領(lǐng)域具有準(zhǔn)確度高、測量范圍廣、壓力損失小、輸出通訊功能齊全等優(yōu)點。本論文把超聲波測量技術(shù)應(yīng)用于小口徑戶用水表的流量測量,重點解決超聲波水表在低流量區(qū)測量精度低和可靠性差等問題。其中,針對超聲波水表的小流量精確度低的問題采取了以下兩種措施:1、對水表的管道流場進(jìn)行流場分析,設(shè)計了U型管道結(jié)構(gòu),并采用塑料管變徑設(shè)計,選擇性能較好的超聲波換能器,從硬件結(jié)構(gòu)上有效地保證了測量精度;2、針對受溫度影響而存在的非線性問題,電路增加了熱敏電阻溫度傳感器,對水溫進(jìn)行實時采集,利用改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償算法,根據(jù)溫度與流量之間的非線性映射關(guān)系,在軟件程序中對不同溫度下水的流速誤差進(jìn)行修正,從而有效地提高小流量流速測量的可靠性。此外,在硬件電子電路中采用微功耗MSP430控制芯片,以及基于相差法的流體流量計量專用芯片UTA6905,獲得更加精確地時間差值,保證了流量測的精確度。同時,該戶用水表采用射頻卡技術(shù),實現(xiàn)了刷卡收費與預(yù)付費功能,根據(jù)不同用水量設(shè)定不同價格,使其更適于階梯水價的用水計量以及水資源的節(jié)約和合理利用。最后,制作水表樣機,對水表做了嚴(yán)格的功能測試、流量精度測試以及可靠性測試,并對實驗結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果表明通過系統(tǒng)測試驗證了該超聲波戶用水表具有小流量精度高、產(chǎn)品可靠強、低功耗、實時性好等優(yōu)點,滿足最初設(shè)計構(gòu)想和總體設(shè)計要求,達(dá)到了提高國內(nèi)超聲波流量計準(zhǔn)確度等級、穩(wěn)定性等性能的目的,對我國智能水表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有一定的借鑒價值。
【圖文】：

相位差測量過程中，有效抑制測量誤差，對相鄰的多個相位差脈寬進(jìn)行累加積逡逑分進(jìn)而轉(zhuǎn)化為高精度時差。進(jìn)一步可以把相位差Ａｐ轉(zhuǎn)換成時間差其基本逡逑測量原理如下圖２．１所示。其中，超聲波相位差為：逡逑￣Ｕ２邐（２．１）逡逑式中為順流接收回波與參考波形間的相位差，灼為逆流接收回波與參考波形逡逑間的相位差，Ａｐ為超聲波相位差。逡逑參考信號｜邐Ｉ邋ｎ￣邐Ｉ邐１邋ｒ逡逑順流邐１邐１邐｜邐１邐１邐｜逡逑逆流邐Ｉ逡逑順流相差—＜ｐｉ—＾逡逑逆流相差邐｜邐｜Ｈｐ２－＝逡逑順逆相差邐Ｊ￣■不午邐｜￣｜邐Ｉ逡逑圖２．１超聲波相位差法原理圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ邋ｐｈａｓｅ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋ｍｅｔｈｏｄ逡逑本設(shè)計的超聲波戶用水表為獲得較長的超聲波傳輸距離，在結(jié)構(gòu)上提高測逡逑量精度，因而在管段上采用Ｕ型反射式結(jié)構(gòu)。將進(jìn)水端換能器Ａ安裝設(shè)置在管逡逑道進(jìn)水端安裝孔內(nèi)，回水端換能器Ｂ安裝設(shè)置在管道回水端安裝孔內(nèi)，安裝完逡逑成后，兩換能器分別與對應(yīng)的反射片中心對齊，水表管段內(nèi)部采用塑料管變徑逡逑的管腔，后端安裝有球型閥。其詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖２．２所示。逡逑換能器Ａ邐換能器Ｂ逡逑／ｉ＼邋＼邋ｎ邐ｎ

相位差測量過程中，有效抑制測量誤差，對相鄰的多個相位差脈寬進(jìn)行累加積逡逑分進(jìn)而轉(zhuǎn)化為高精度時差。進(jìn)一步可以把相位差Ａｐ轉(zhuǎn)換成時間差其基本逡逑測量原理如下圖２．１所示。其中，超聲波相位差為：逡逑￣Ｕ２邐（２．１）逡逑式中為順流接收回波與參考波形間的相位差，灼為逆流接收回波與參考波形逡逑間的相位差，Ａｐ為超聲波相位差。逡逑參考信號｜邐Ｉ邋ｎ￣邐Ｉ邐１邋ｒ逡逑順流邐１邐１邐｜邐１邐１邐｜逡逑逆流邐Ｉ逡逑順流相差—＜ｐｉ—＾逡逑逆流相差邐｜邐｜Ｈｐ２－＝逡逑順逆相差邐Ｊ￣■不午邐｜￣｜邐Ｉ逡逑圖２．１超聲波相位差法原理圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ邋ｐｈａｓｅ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋ｍｅｔｈｏｄ逡逑本設(shè)計的超聲波戶用水表為獲得較長的超聲波傳輸距離，在結(jié)構(gòu)上提高測逡逑量精度，因而在管段上采用Ｕ型反射式結(jié)構(gòu)。將進(jìn)水端換能器Ａ安裝設(shè)置在管逡逑道進(jìn)水端安裝孔內(nèi)，回水端換能器Ｂ安裝設(shè)置在管道回水端安裝孔內(nèi)，安裝完逡逑成后，兩換能器分別與對應(yīng)的反射片中心對齊，，水表管段內(nèi)部采用塑料管變徑逡逑的管腔，后端安裝有球型閥。其詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖２．２所示。逡逑換能器Ａ邐換能器Ｂ逡逑／ｉ＼邋＼邋ｎ邐ｎ
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU821.2;O426.9

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本文編號：2691687