UTA6905在超聲波電子式水表中的應(yīng)用
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圖4:UTA6905流量采集方案
順流回波與逆流回波在兩次方向相反的收發(fā)過程中先后出現(xiàn)的，因此無法直接測(cè)量?jī)纱位夭ǖ南辔徊蠲}沖，UTA6905利用相差法原理是通過分別測(cè)量順逆流回波相對(duì)于同一個(gè)參考信號(hào)的相位差，間接推算出順逆流回波的相位差，最后得到的相位差和時(shí)間差實(shí)際上是一致的，UTA6905與目前主流的時(shí)差法芯片另一個(gè)重要區(qū)別在于它可以在一次順逆流測(cè)量流程中記錄多達(dá)31個(gè)回波的相位差并進(jìn)行自動(dòng)積分運(yùn)算，起到了提高精度的作用，而其他的時(shí)差法芯片例如GP22等在一次順逆游測(cè)量中最多記錄3個(gè)脈沖的傳播時(shí)間，實(shí)際測(cè)試也證實(shí)了UTA6905測(cè)量的精度和穩(wěn)定性都有明顯的提高。
UTA6905要求選定振幅穩(wěn)定的回波進(jìn)行相差測(cè)量，測(cè)量前首先根據(jù)第一波檢測(cè)功能確定第一波的到達(dá)時(shí)間，實(shí)測(cè)值約為59μs，根據(jù)示波器觀察，所選換能器在第14個(gè)回波的振幅達(dá)到穩(wěn)定值，因此將第一波的回波時(shí)間加上13.5μs，作為回波的延時(shí)屏蔽，之后再進(jìn)行相差的測(cè)量，UTA6905第一波檢測(cè)和相位差測(cè)量的流程分別如圖5和圖6所示。
圖5:第一波檢測(cè)流程圖
圖6:相位差測(cè)量及時(shí)差計(jì)算流程圖
圖7:溫度測(cè)量流程圖
UTA6905進(jìn)行溫度測(cè)量的流程如圖7所示，外部MCU在配置好寄存器之后發(fā)送start_temp命令，中斷信號(hào)有效后從結(jié)果寄存器讀數(shù)即可，如果溫度傳感器發(fā)生了開路或短路故障，UTA6905狀態(tài)寄存器的相應(yīng)標(biāo)志會(huì)生效，軟件可以根據(jù)狀態(tài)值發(fā)出報(bào)警。國(guó)標(biāo)規(guī)定冷水表的介質(zhì)溫度范圍在0-30℃，為節(jié)省MCU存儲(chǔ)空間，對(duì)應(yīng)電阻值到溫度的查找表只需要滿足該溫度范圍即可。
4. 樣機(jī)測(cè)試
在溫度、流量、計(jì)算、顯示等功能調(diào)試完畢正常運(yùn)行后，將3只DN20樣機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)，在室溫條件下對(duì)三個(gè)流量點(diǎn)進(jìn)度進(jìn)行測(cè)試，誤差數(shù)據(jù)如表1所示：
表1:樣機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)(室溫)
測(cè)試結(jié)果表明，累積流量的精度在國(guó)標(biāo)二級(jí)表誤差允許范圍在要求之內(nèi)。實(shí)測(cè)始動(dòng)流量值為3L/h，整機(jī)的平均功耗約為20uA左右, 一節(jié) AA型號(hào)的鋰亞硫酰氯電池就可以使整個(gè)系統(tǒng)工作6年以上。
5. 總結(jié)
UTA6905相差法流量測(cè)量芯片具有較高的精度和穩(wěn)定性，對(duì)基于該芯片的電子式水表方案的測(cè)試結(jié)果表明，測(cè)量精度能夠滿足國(guó)家對(duì)于二級(jí)表的要求，功耗能夠滿足長(zhǎng)時(shí)間電池供電的要求。
評(píng)論