CN105698973A - 一种超声波热量表信号转换器的校验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波热量表信号转换器的校验装置，由流量模拟模块、温差模拟模块、微处理器和上位机组成，适用于基于时差法流量测量与热电阻温度测量的超声波热量表信号转换器的性能校验和测试。上位机校验软件设定热量校验参数到微处理器，微处理器控制流量模拟模块和温差模拟模块，模拟了待测超声波热量表的超声波换能器和热电阻温度传感器的功能，实现了热量校验。与实流校验相比，校验过程中不需要使用实流检定装置的容器、管道、调节阀等控制水流动的设备，校验装置由硬件电路与软件编程构建，完全使用电信号来进行校验，可在热量表产品开发、生产和维修过程中达到降低检验成本和节省人力的目的。

Description

一种超声波热量表信号转换器的校验装置

技术领域

本发明涉及一种超声波热量表信号转换器的校验装置，适用于对基于时差法流量测量与热电阻温度测量的超声波热量表信号转换器进行性能校验和测试。

背景技术

超声波热量表是测量水流经热交换系统所释放或吸收热能量的仪表。它通过超声波时差法原理测量水流流速，通过热电阻测量进出口的温度。根据所测得的流速和已知的管道横截面面积来确定流体的体积流量，然后根据进出口温度差，并经过密度和热焓值的补偿及积分计算，得到热量值。超声波热量表由热量测量部件和信号转换器两部分组成。热量测量部件包括超声波换能器、温度传感器和测量管道，实现了流量和温度测量功能。信号转换器包括了信号转换模块、微处理器、显示模块和信号输出模块等，实现了流量和温度计量和热量积算功能。

超声波热量表作为计量结算仪表，在生产制造完成后必须按照国家的相关检定规程仪表整机性能进行检定。出厂检定时，待检定的超声波热量表被安装在实流检定装置上，在不同流速和出入口温度下使带一定的热量的流体流过该热量表来检定热量表的准确度。目前公知的超声波热量表实流检定方法一般采用容积法，需要采用标准容器、监测流速的标准流量计、调节流速的阀门、水泵、管道、换向装置和加热装置等设备构建实流检定平台。其中，超声波热量表的流量校验环节与超声波水表的流量检定环节具有相同的检定功能，可进行替代。

中国实用新型专利CN203148534U给出了一种新型的水表流量计量校验装置，可用于水表的实流检定。该校验装置包括了复活塞式流量计、同轴光电编码器、电磁阀、进水管和出水管等设备，采用工控计算机可自动完成水表校验环节的流速、流量调节和控制工作，自动化程度高。

中国实用新型专利CN201772916U给出了一种质量流量计实流自动校验装置，包括容器缸，容器缸通过管路依次与泵电机、标准流量计和待标定流量计连接；泵电机、标准流量计和待标定流量计均与PLC控制装置连接，其优点是结构简单功能可靠，降低工人劳动强度。该装置的缺点也是校验设备多，占用体积大。

公知的实流检定方法可由计算机辅助来进行检定过程控制和数据记录，但检定过程的仪表装卸、水位监视、流速和温度等参数的调整都需要检定人员全过程跟踪操作。实流检定劳动强度高、效率低。实流检定方法所用标准容器一经制造完成便决定了它的计量范围，很难改变最大计量值。

作为超声波热量表的重要部件，超声波热量表信号转换器与热量测量部件配合完成了热量计量。信号转换器的性能也决定了仪表检定结果和整机性能。实流检定方法过程长、效率低、人工占用大。若因信号转换器性能不合格导致实流检定结果无效或失败，将浪费大量人力物力。因此，除了采用实流检定来检验超声波热量表信号转换器的性能外，有必要研究一种适用于超声波热量表信号转换器的干检验装置和方法，可在仪表的实流检定前对信号转换器的性能进行校验，也可在热量表产品的定期维护或维修时对信号转换器的缺陷进行快速检验和测试。

目前，与本发明相关的公开专利或文献都给出的是超声波热量表信号转换器实流校验装置和方法，还没有涉及超声波热量表信号转换器的干校验装置。

发明内容

针对上述缺陷，本发明公开了一种超声波热量表信号转换器的校验装置。本发明所公开的校验装置可以模拟超声波时差法流量测量原理和热电阻温度测量原理对超声波热量表信号转换器的性能校验，可以有效地提升超声波热量表实流检定的效率，有助于在热表产品生产时对超声波热量表信号转换器进行功能验证和测试，便于超声波热量表产品在维护或维修时进行缺陷的快速检验和测试。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超声波热量表信号转换器的校验装置，应用于校验和测试超声波热量表信号转换器的性能，包括了流量模拟模块、温差模拟模块、微处理器和上位机；所述流量模拟模块与待测超声波热量表信号转换器的超声波信号发射和接收引脚相连，并通过通信接口与所述微处理器连接，由所述微处理器设置流量校验参数及控制流量校验过程；所述温度模拟模块与待测超声波热量表信号转换器的入口温度和出口温度测量引脚相连，并通过通信接口与所述微处理器连接，由所述微处理器设置温度校验参数及控制温度校验过程；所述上位机通过通讯接口与微处理器相连，设置校验参数至微处理器，并通过微处理器控制校验过程。

所述流量模拟模块由顺逆流超声波信号切换开关、超声波激励信号电平转换模块、超声波回波信号电平转换模块和现场可编程逻辑门阵列器件，即FPGA器件构成；

所述顺逆流超声波信号切换开关为一个具有四个信号端口的可控模拟开关的组合，其四个信号端口分为两端口组，每组各两个端口；一组的两个端口S_u和S_d分别连接待测超声波热量表信号转换器原先与顺流和逆流超声波换能器连接的顺流引脚F_u和逆流引脚F_d；另一组两个端口S_e和S_r分别连接超声波激励信号电平转换模块的输入引脚F_ei和超声波回波信号电平转换模块的输出引脚F_ro；FPGA器件控制信号切换开关使某一端口组的任意一个端口能与另一端口组的任意一个端口唯一连通；

所述超声波激励信号电平转换模块把输入到引脚F_ei的超声波激励信号幅值调整至后续器件能承受的电压范围，由引脚F_eo输出到FPGA器件；

所述超声波回波信号电平转换模块的输入引脚F_ri连接FPGA器件，把输出的模拟超声波回波信号幅值调整至热量表信号转换器能处理的电压范围，由其引脚F_ro输出到顺逆流超声波信号切换开关；

所述FPGA器件采用硬件描述语言VerilogHDL搭建逻辑门电路组合实现时差法流量模拟功能，其功能模块包括了超声激励信号检测模块、飞行时间模拟模块、超声回波信号输出模块、切换开关控制模块和数据通讯模块；从引脚L_e输入的超声波激励信号由超声激励信号检测模块进行检测并启动飞行时间模拟；飞行时间模拟模块根据设定的顺流或逆流飞行时间产生延时；延时结束后，超声回波信号输出模块从引脚L_r输出超声波回波信号；信号输出引脚L_s1…L_sn用于控制顺逆流超声波信号切换开关的工作状态；引脚L_d1…L_dn为数据通讯引脚，用于与微处理器进行数据通讯获取流量模拟参数。

所述温度模拟模块由入口温度模拟单元T_si和出口温度模拟单元T_so构成；入口温度模拟单元T_si由数字电位器R_pi和固定电阻R_fi串联构成，与待测信号转换器的入口温度测量引脚相连，模拟入口温度传感器的电阻值，其输出电阻值为R_i＝R_pi+R_fi；出口温度模拟单元T_so由数字电位器R_po和固定电阻R_fo串联构成，与待测信号转换器的出口温度测量引脚相连，模拟出口温度传感器的电阻值，其输出电阻值为R_o＝R_po+R_fo。

所述微处理器由通信接口控制数字电位器R_pi的电阻值来调节入口温度模拟单元T_si的输出电阻值R_i，使待测信号转换器测量得到设定的入口温度；微处理器由通信接口控制数字电位器R_po的电阻值来调节出口温度模拟单元T_so的输出电阻值R_o，使待测信号转换器测量得到设定的出口温度。

所述上位机设置热量校验所需的校验参数，包括管道口径、声程长度、超声波换能器谐振频率、平均流量值、校验时间、入口温度和出口温度，通过通信接口按照特定的通信协议把校验参数和校验控制参数发送到所述的微处理器；所述微处理器按照所述上位机设置的校验参数和控制命令，启动或停止所述的流量模拟模块和温差模拟模块，完成热量校验过程；所述上位机在校验完成后通过待测信号转换器的通信接口读取到校验结果，实现对校验结果的分析对比工作；若读取到的结果与设定校验参数的偏差超过设定阈值，表明超声波热表信号转换器存在缺陷。

与现有超声波热量表信号转换器实流校验装置相比，本发明具有如下优点及效果：

本发明公开的超声波热量表信号转换器的校验装置在校验过程中无需使用管道、容器、调节阀、热源等控制流体流量和温度的装置。校验量程可以通过上位机程序在一定范围内进行设置，适合各种口径超声波热量表信号转换器的干校验。本发明为超声波热量表信号转换器的性能校验和质量检验提供了一种新方法，可以给超声波热量表的实流检定工作提供有效辅助，提升实流检定的效率，有助于在产品设计时对超声波热量表信号转换器进行功能验证和测试，便于实现超声波热量表信号转换器在维护或维修时进行缺陷的快速检验和测试。

附图说明

图1为本发明实施例的校验装置原理框图。

图2为本发明实施例的校验装置内部结构图。

图3为本发明实施例的超声波激励信号衰减器电路图。

图4为本发明实施例的超声波回波信号射极跟随器电路图。

图5为本发明实施例的上位机软件操作界面图。

图6为本发明实施例的工作流程图。

图7为本发明实施例的流量模拟模块逻辑门阵列工作流程图。

图8为本发明实施例的流量模拟顺逆流波形模拟时序图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种超声波热量表信号转换器的校验装置，应用于校验和测试超声波热量表信号转换器的性能，包括了流量模拟模块1、温差模拟模块2、微处理器3和上位机4；所述流量模拟模块1与待测超声波热量表信号转换器5的超声波信号发射和接收引脚相连，并通过通信接口与所述微处理器3连接，由所述微处理器3设置流量校验参数及控制流量校验过程；所述温度模拟模块2与待测超声波热量表信号转换器5的入口温度和出口温度测量引脚相连，并通过通信接口与所述微处理器3连接，由所述微处理器3设置温度校验参数及控制温度校验过程；所述上位机4通过通讯接口与微处理器3相连，设置校验参数至微处理器3，并通过微处理器3控制校验过程。

如图2所示，具有四个输入输出端口的顺逆流超声波信号切换开关由可控模拟切换开关组合来实现。本实施例选用两个TS12A12511高速双向单刀单掷模拟开关101和102组成顺逆流超声波信号切换开关。超声波热量表用于连接顺流和逆流超声波换能器的引脚分别为顺流引脚F_u和逆流引脚F_d。两个开关101和102的常闭(NC)端口S_uc和S_dc定义为端口组P_in，分别连接顺流引脚F_u和逆流引脚F_d；两个开关的公共(COM)端口S_e和S_r定义为端口组P_out，分别连接超声波激励信号电平转换模块103的输入引脚F_ei和超声波回波信号电平转换模块104的输出引脚F_ro。为了使实现这两组端口中某一组的任意一个端口能与另一组的任意一个端口唯一连通，两个开关的常开(NO)端口S_uo和S_do分别连接到常闭(NC)端口S_dc和S_uc。这样，当流量模拟模块1需要模拟顺流飞行时间时，即顺流引脚F_u发射超声波激励脉冲，逆流引脚F_d接收回波信号，FPGA部件105的开关控制引脚L_s1和L_s2可使开关101保持常开，使开关102保持常闭。这样，顺流引脚F_u与输入引脚F_ei连接，逆流引脚F_d与输出引脚F_ro相连。当流量模拟模块1需要模拟逆流飞行时间时，即顺流引脚F_u接收回波信号，逆流引脚F_d发射超声波激励脉冲，FPGA部件105的开关控制引脚L_s1和L_s2可使开关101保持常闭，使开关102保持常开。这样，顺流引脚F_u与输出引脚F_ro连接，逆流引脚F_d与输入引脚F_ei相连。

超声波信号电平转换模块103负责控制由超声波热量表输入的超声波激励脉冲幅值，采用高速运放LMH6642构成了一个同相信号衰减器，如图3所示。输入信号为信号切换开关101的公共(COM)端口S_e，输出信号连接到FPGA部件105的L_e引脚。电位器R1的阻值可手动调节使输出信号F_eo的最高电平衰减到后续器件能承受的电压范围，例如3.3V或1.8V。

超声波回波信号电平转换模块104负责控制由校验装置输出的超声波回波信号幅值。由于采用数字器件实现回波信号的输出，无需对信号幅值进行放大处理。本实例中采用了高速运放LMH6642构成一个信号跟随器，如图4所示。输入信号F_ri为FPGA部件105输出的回波脉冲信号，输出信号F_ro连接到信号切换开关102的公共(COM)端口S_r。

为了提高系统的集成度，降低系统设计难度，本实施例采用了一块Altera公司的片上系统(SOC)FPGA芯片6，具有ARMCortex-A9硬核处理器系统(HPS)和CycloneV系列的现场逻辑可编程部件。这样，微处理器3和流量模拟模块1所需的FPGA部件105可集成在芯片6中。CycloneV系列FPGA部件105具有大量的逻辑单元和逻辑阵列块，采用硬件描述语言VerilogHDL搭建逻辑门电路实现超声波信号飞行时间的模拟，所包括的功能有检测输入到L_e引脚上的超声波激励信号、模拟顺流和逆流飞行时间、从引脚L_r输出回波信号。其时钟频率经过PLL倍频可以达到800MHz，模拟飞行时间的分辨率为1.25ns，满足模拟超声波飞行时间的分辨率要求。另外，FPGA部件105的输出引脚L_s1和L_s2可在顺流和逆流状态下控制两个单刀双掷开关101和102在常开和常闭状态进行切换。FPGA部件105的输入引脚L_e与超声波信号电平转换模块103的输出引脚F_eo连接，输出引脚L_r与超声波回波信号电平转换模块104的输入引脚F_ri连接。这样，片上系统(SOC)FPGA芯片6内部的FPGA部件105、顺逆流超声波信号切换开关101和102、超声波信号电平转换模块103和超声波回波信号电平转换模块104构成了流量模拟模块1。

该片上系统(SOC)FPGA芯片6具有一个硬核处理器系统3，包含了一个双核CortexA9嵌入式微处理器及相关外设，实现了本发明所要求的微处理器功能。流量模拟所需的参数，包括顺流飞行时间t_u、逆流飞行时间t_d以及流量模拟过程的控制信号是通过芯片内部的并行总线L_d1～L_d16和其他控制线，如启动信号START、复位信号RST等，从硬核处理器系统(HPS)3设置到FPGA部件105中。

温度模拟模块2由入口温度模拟单元T_si和出口温度模拟单元T_so组成。这两个温度模拟单元均由一个数字电位器和一个阻值固定的电阻串联而成。入口温度模拟单元T_si由固定电阻R_fi201和数字电位器R_pi202串联构成，与超声波热量表信号转换器5的入口温度测量引脚T_in相连，用于模拟入口温度传感器的电阻值，其输出电阻值为R_i＝R_pi+R_fi。出口温度模拟单元T_so由固定电阻R_fo203和数字电位器R_po204串联构成，与超声波热量表信号转换器5的出口温度测量引脚T_out相连，用于模拟出口温度传感器的电阻值，其输出电阻值为R_o＝R_po+R_fo。由于超声波热量表测量水温的热电阻传感器一般都选用PT1000铂热电阻，测量的水温、大于零摄氏度，所以本实施例中入口固定电阻R_fi201和出口固定电阻R_fo203均选用1KΩ高精度电阻；数字电位器R_pi202和数字电位器R_po204均选用数字电位器AD8400。AD8400的满量程为1KΩ、阻值256位可调节。这样，调节电阻值的分辨率R_min＝1000/256Ω≈3.9Ω。根据PT1000温度阻值关系表，可以得到超声波热量表信号转换器校验装置的温差模拟模块的温度模拟精度约为1.0℃。若采用多个数字电位器并联的方式可以进一步提高温度模拟精度。

数字电位器R_pi202和数字电位器R_po204均通过SPI接口连接至片上系统FPGA芯片的硬核处理器系统(HPS)3。硬核处理器系统(HPS)3按照要设置的入口温度和出口温度，根据PT1000温度阻值关系表，计算出温度对应的电阻值，通过SPI接口改变数字电位器202和204的电阻值，达到模拟入口温度和出口温度的目的。

上位机4为具有RS232通讯口的PC机或笔记本电脑，安装了超声波热量表信号转换器性能校验设置软件。上位机4通过一个RS232通讯口与硬核处理器系统(HPS)3进行通信，把管道口径、声程长度、超声波换能器谐振频率、平均流量、入口出口的温度值和校验时间等检验参数设置到片上系统FPGA芯片105中。热量模拟过程结束后，上位机4可以通过另一个RS232通讯口和MBUS-RS232转换器7从超声波热量表信号转换器5中读取到热量模拟结果，可把此结果与在相同条件下的实流标定结果进行对比和检验。根据行业标准《CJ/T188-2004户用计量仪表数据传输技术条件》，常见的超声波热量表具有MBUS通讯接口及对应的数据传输协议。上位机4按照上述数据通讯协议从超声波热量表信号转换器5读取到热量模拟结果。

采用本发明实施例进行超声波热量表信号转换器的性能校验过程，如图6所示。详细内容如下。

1)在上位机4启动超声波热量表信号转换器性能校验设置软件，设定校所需的参数，包括管道口径、声程长度、超声波换能器谐振频率、平均流量、校验时间、入口温度和出口温度等参数，如图5所示。

2)性能校验设置软件与片上系统FPGA芯片6的硬核处理器系统3进行串口通讯，把上述参数发送到硬核处理器系统3，并控制硬核处理器系统3启动性能校验。

3)硬核处理器系统3根据PT1000热电阻的电阻-温度表计算出入口温度对应的电阻值R_i和出口温度对应的电阻值R_o并通过SPI总线设定入口数字电位器R_pi202和出口数字电位器R_po204的阻值。

4)硬核处理器系统3根据校验参数计算出超声波顺流飞行时间t_u、超声波逆流飞行时间t_d。计算公式如下所示。

$v_{avg}=\frac{4F_{avg}}{{\mathrm{\πKD}}^2}---\left(1\right)$

$t_u=\frac{L}{c+v_{avg}}---\left(2\right)$

$t_d=\frac{L}{c-v_{avg}}---\left(3\right)$

式中，v_avg为平均面流速；F_avg为设定的平均流量；K为平均流量F_avg对应的仪表系数；D为管道直径；声程长度为L；c为超声波在水中的声速，可以入口温度为流体温度，查询水的温度-声速表求得。

5)FPGA部件105采用硬件描述语言VerilogHDL使其内部的逻辑单元和逻辑阵列块实现了流量模拟功能。其工作流程如图7所示。

a.硬核处理器系统3通过复位信号(RST)使FPGA部件105初始化；硬核处理器系统3通过内部并行总线L_d1～L_d16把超声波顺流飞行时间t_u、超声波逆流飞行时间t_d和换能器谐振频率传输到FPGA部件105。

b.FPGA部件105的输出引脚L_s1控制信号切换开关101使超声波热量表信号转换器5的顺流引脚F_u连接到超声波激励信号电平转换模块的输入引脚F_ei；FPGA部件105的输出引脚L_s2控制信号切换开关102使超声波热量表信号转换器5的逆流引脚F_d连接到超声波回波信号电平转换模块104的输出引脚F_ro。

c.硬核处理器系统3启动流量模拟定时器同时使启动信号(START)输出高电平，使FPGA部件105开始进行流量模拟。模拟过程的时序如图8(a)、(b)和(c)所示。

d.FPGA部件105开始等待顺流超声激励信号V_uei。FPGA部件105内部的超声激励信号检测模块检测到输入引脚L_e上若干个上升沿后启动飞行时间模拟模块；

e.飞行时间模拟模块是一个采用FPGA部件105内部定时器设计的高分辨率延时模块。延时时间为超声波顺流飞行时间t_u。飞行时间模拟模块首先计算出飞行时间t_u与定时分辨率的比值获得定时器计数终值。飞行时间模拟模块启动触发后，定时器从0开始在每个时钟周期上升沿计数加1，直到累加到计数终值，飞行时间模拟模块停止工作。

f.FPGA部件105从引脚L_r输出若干个方波脉冲信号作为顺流回波信号到超声波回波信号电平转换模块104的输入引脚F_ri，并传送到逆流超声波换能器的引脚F_d。方波脉冲信号的幅值为FPGA部件105的输出数字信号高电平，频率为超声波换能器谐振频率。顺流超声波模拟过程如图8(a)和(b)所示。

g.FPGA部件105的输出引脚L_s1控制信号切换开关101使超声波热量表信号转换器5的逆流引脚F_d连接到超声波激励信号电平转换模块的输入引脚F_ei；FPGA部件105的输出引脚L_s2控制信号切换开关102使超声波热量表信号转换器5的顺流引脚F_u连接到超声波回波信号电平转换模块104的输出引脚F_ro，等待逆流超声激励信号V_dei。

h.FPGA部件105内部的超声激励信号检测模块检测出输入引脚L_e上若干个上升沿触发后再次启动飞行时间模拟模块，延时时间为设定的超声波逆流飞行时间t_d。

i.延时停止后，飞行时间模拟模块停止工作。FPGA部件输出若干个方波脉冲信号作为逆流回波信号到超声波回波信号电平转换模块105的输入引脚F_ri，并最终输出到顺流超声波换能器引脚F_u。方波脉冲信号的幅值为FPGA部件105输出数字信号高电平，频率为超声波换能器谐振频率。逆流超声波模拟过程如图8(a)和(b)所示。

j.返回步骤b，循环执行步骤b至步骤j。

6)超声波热量表信号转换器5由内部检测电路和程序测量出超声波顺流飞行时间和逆流飞行时间并根据顺逆流飞行时间差计算出所模拟的瞬时流量值，同时测量出所模拟的入口温度和出口温度，最终计算得到热量值。

7)若设定的校验时间结束，硬核处理器系统3使启动信号(START)输出低电平停止性能校验，FPGA部件105停止上述b～j的流量模拟过程。

8)上位机4通过MBUS总线通讯总线从超声波热量表信号转换器5读取到累计流量、平均流量、入口温度、出口温度和累计流量等校验结果并显示，完成一次校验。

根据上述实施例的设计方案，本发明已能实现超声波热量表的性能校验功能。按照下列参数，采用本实施例的设计可得到如下校验结果。

上位机4设置的校验参数包括管道口径D为50mm、平均流量F_avg为0.56m³/h、修正系数K为1.664、超声波换能器谐振频率为1MHz、入口温度为30℃、出口温度为20℃和校验时间为180s。

上位机设置的温度量程为0℃-99℃，分辨率为1℃。通过PT1000温度阻值关系表得到，入口温度为30℃对应的阻值R_i为1116.729Ω，则需要设置到数字电位器R_pi202的控制字为0x1EH；出口温度为20℃对应的阻值R_o为1077.935Ω，则要设置到数字电位器R_po204的控制字为0x14H。

按公式(1)～(3)计算得到超声波顺流飞行时间为4.4631us，逆流飞行时间为4.4701us，飞行时间差为7.0ns。使用本发明所述的超声波热量表信号转换器校验装置重复5次模拟校验，获得的结果如表1所示。作为对照，表1显示了相同参数下，在实流热量标定装置上实流标定结果。由表1可以看到，采用校验装置的模拟校验结果与实流校验结果非常接近，流量重复性也较高，表明了本发明设计的超声波热量表信号转换器的校验装置具有较好的实用价值，适合可以在仪表的实流检定前或在产品的定期维护和检修中进行信号转换器的性能校验。

表1

	实流测量数据	热量表信号转换器测量数据
			口径mm	50	50
校验时间s	180	180
			流量值m3/h	0.56	N/A
入口温度℃	30.0	30.1
			出口温度℃	20.0	20.1
第1次累计流量值L	28.116	28.288
			第2次累计流量值L	28.150	28.291
第3次累计流量值L	28.041	28.306
			第4次累计流量值L	28.192	28.152
第5次累计流量值L	28.116	28.164
			平均累积热量KJ	1181.2	1188.2
累计流量重复性	0.0555	0.0755

Claims (5)

1.一种超声波热量表信号转换器的校验装置，应用于校验和测试超声波热量表信号转换器的性能，其特征在于：包括了流量模拟模块、温差模拟模块、微处理器和上位机；所述流量模拟模块与待测超声波热量表信号转换器的超声波信号发射和接收引脚相连，并通过通信接口与所述微处理器连接，由所述微处理器设置流量校验参数及控制流量校验过程；所述温度模拟模块与待测超声波热量表信号转换器的入口温度和出口温度测量引脚相连，并通过通信接口与所述微处理器连接，由所述微处理器设置温度校验参数及控制温度校验过程；所述上位机通过通讯接口与微处理器相连，设置校验参数至微处理器，并通过微处理器控制校验过程。

2.根据权利要求1所述的超声波热量表信号转换器的校验装置，其特征在于：所述流量模拟模块由顺逆流超声波信号切换开关、超声波激励信号电平转换模块、超声波回波信号电平转换模块和现场可编程逻辑门阵列器件，即FPGA器件构成；

所述顺逆流超声波信号切换开关为一个具有四个信号端口的可控模拟开关的组合，其四个信号端口分为两端口组，每组各两个端口；一组的两个端口S_u和S_d分别连接待测超声波热量表信号转换器原先与顺流和逆流超声波换能器连接的顺流引脚F_u和逆流引脚F_d；另一组两个端口S_e和S_r分别连接超声波激励信号电平转换模块的输入引脚F_ei和超声波回波信号电平转换模块的输出引脚F_ro；FPGA器件控制信号切换开关使某一端口组的任意一个端口能与另一端口组的任意一个端口唯一连通；

所述超声波激励信号电平转换模块把输入到引脚F_ei的超声波激励信号幅值调整至后续器件能承受的电压范围，由引脚F_eo输出到FPGA器件；

所述超声波回波信号电平转换模块的输入引脚F_ri连接FPGA器件，把输出的模拟超声波回波信号幅值调整至热量表信号转换器能处理的电压范围，由其引脚F_ro输出到顺逆流超声波信号切换开关；

所述FPGA器件采用硬件描述语言VerilogHDL搭建逻辑门电路组合实现时差法流量模拟功能，其功能模块包括了超声激励信号检测模块、飞行时间模拟模块、超声回波信号输出模块、切换开关控制模块和数据通讯模块；从引脚L_e输入的超声波激励信号由超声激励信号检测模块进行检测并启动飞行时间模拟；飞行时间模拟模块根据设定的顺流或逆流飞行时间产生延时；延时结束后，超声回波信号输出模块从引脚L_r输出超声波回波信号；信号输出引脚L_s1…L_sn用于控制顺逆流超声波信号切换开关的工作状态；引脚L_d1…L_dn为数据通讯引脚，用于与微处理器进行数据通讯获取流量模拟参数。

3.根据权利要求1所述的超声波热量表信号转换器的校验装置，其特征在于：所述温度模拟模块由入口温度模拟单元T_si和出口温度模拟单元T_so构成；入口温度模拟单元T_si由数字电位器R_pi和固定电阻R_fi串联构成，与待测信号转换器的入口温度测量引脚相连，模拟入口温度传感器的电阻值，其输出电阻值为R_i=R_pi+R_fi；出口温度模拟单元T_so由数字电位器R_po和固定电阻R_fo串联构成，与待测信号转换器的出口温度测量引脚相连，模拟出口温度传感器的电阻值，其输出电阻值为R_o=R_po+R_fo。

4.根据权利要求3所述的超声波热量表信号转换器的校验装置，其特征在于：所述微处理器由通信接口控制数字电位器R_pi的电阻值来调节入口温度模拟单元T_si的输出电阻值R_i，使待测信号转换器测量得到设定的入口温度；微处理器由通信接口控制数字电位器R_po的电阻值来调节出口温度模拟单元T_so的输出电阻值R_o，使待测信号转换器测量得到设定的出口温度。

5.根据权利要求1所述的超声波热量表信号转换器的校验装置，其特征在于：所述上位机设置热量校验所需的校验参数，包括管道口径、声程长度、超声波换能器谐振频率、平均流量值、校验时间、入口温度和出口温度，通过通信接口按照特定的通信协议把校验参数和校验控制参数发送到所述的微处理器；所述微处理器按照所述上位机设置的校验参数和控制命令，启动或停止所述的流量模拟模块和温差模拟模块，完成热量校验过程；所述上位机在校验完成后通过待测信号转换器的通信接口读取到校验结果，实现对校验结果的分析对比工作；若读取到的结果与设定校验参数的偏差超过设定阈值，表明超声波热表信号转换器存在缺陷。