CN211904344U - 一种民用超声波燃气表检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种民用超声波燃气表检测电路，包括：MCU、超声波换能器、模拟前端电路、显示电路和阀门控制电路；超声波换能器与模拟前端电路连接，模拟前端电路、显示电路、阀门控制电路均与MCU连接；模拟前端电路依次包括超声波激励电路、信号采样电路和信号处理电路，信号处理电路与MCU连接；超声波换能器包括相连接的上游超声波换能器和下游超声波换能器，上游超声波换能器与超声波激励电路连接，下游超声波换能器与信号处理电路连接。本实用新型提高了超声波燃气表的计量精度以及量程范围，并且具有温压补偿功能。

Description

一种民用超声波燃气表检测电路

技术领域

本申请涉及燃气表控制技术领域，尤其涉及一种民用超声波燃气表检测电路。

背景技术

目前市场上主流的燃气表有两种，一种为传统机械式膜式燃气表，一种为电子式膜式燃气表，而超声波燃气表正以强劲的势头在燃气表市场中崭露头角。机械式膜式燃气表结构复杂、体积大，安装费用较高，人工抄表花费大，这些缺点使其发展受到了一定的阻碍；电子式膜式燃气表是在机械式膜式燃气表的基础上进行改进，技术上改进小，虽然有效的解决了人工抄表的难题,但计量精度仍然不能满足燃气计量的需求。

超声波燃气表由于其全电子机构特点，与以往的燃气表相比在机械噪音、精度、量程、可重复性以及寿命、维护上都有着绝对优势。

实用新型内容

本申请提供了一种民用超声波燃气表检测电路，以解决现有技术中电子式膜式燃气表计量精度仍然不能满足燃气计量的需求的问题。

本申请采用的技术方案如下：

本实用新型提供了一种民用超声波燃气表检测电路，包括：

MCU、超声波换能器、模拟前端电路、显示电路和阀门控制电路；

所述超声波换能器与所述模拟前端电路连接，所述模拟前端电路、所述显示电路、所述阀门控制电路均与所述MCU连接；

所述模拟前端电路依次包括超声波激励电路、信号采样电路和信号处理电路，所述信号处理电路与所述MCU连接；

超声波换能器与超声波激励电路连接，超声波换能器与信号采样电路连接，信号采样电路连接与所述信号处理电路连接，超声波换能器包括相连接的上游超声波换能器和下游超声波换能器。

进一步地，所述超声波激励电路施加激励脉冲给上游超声波换能器，所述上游超声波换能器将电信号转化为声信号；所述上游超声波换能器将信号传输至所述下游超声波换能器，所述下游超声波换能器将声信号转化为电信号，由信号采样电路采样并发送至所述信号处理电路处理；所述超声波激励电路施加激励脉冲给上游超声波换能器，经信号采样电路采样、信号处理电路处理后的信号传输到下游超声波换能器的时间为下游飞行时间，超声波激励电路施加激励脉冲给下游超声波换能器，经信号采样电路采样、信号处理电路处理后的信号传输到上游超声波换能器的时间为上游飞行时间；信号处理电路将上游飞行时间和下游飞行时间的数据传输至MCU；MCU通过上游飞行时间和下游飞行时间的时间差和飞行时间计算流体速度V，然后通过积分计算出瞬时流量，进一步得出累计流量。

进一步地，还包括相连接的信号放大电路和滤波电路，所述信号放大电路与所述下游超声波换能器连接，所述滤波电路与所述信号采样电路连接；所述下游超声波换能器将声信号转化为电信号经信号放大电路将信号放大，再经滤波器将信号滤波处理，然后由信号采样电路采样并发送至信号处理电路处理。

进一步地，还包括与所述超声波激励电路相连接的升压电路，所述升压电路用于给所述超声波激励电路升压。

进一步地，还包括温压采样电路，所述温压采样电路与所述MCU连接，所述温压采样电路包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和所述压力传感器用于检测管道中燃气的温度和压力。

进一步地，还包括蓝牙通信电路，所述蓝牙通信电路一端与所述MCU连接，另一端与用户终端连接。

进一步地，所述信号处理电路为单片机。

进一步地，所述信号采样电路为ADC采样电路。

采用本申请的技术方案的有益效果如下：

本实用新型的一种民用超声波燃气表检测电路，具有体积小、重量轻、重复性好、压损小、使用寿命长等特点，并且具有温压补偿功能，在不增加燃气表体积的情况下，进一步提高了超声波燃气表的计量精度以及量程范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的一种民用超声波燃气表检测电路的连接关系图；

图2为上游超声波换能器和下游超声波换能器的安装关系图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1，为一种民用超声波燃气表检测电路的连接关系图；

图2为上游超声波换能器和下游超声波换能器的安装关系图。

本申请提供的一种民用超声波燃气表检测电路，包括：MCU、超声波换能器、模拟前端电路、显示电路和阀门控制电路；

具体来说：

超声波换能器与模拟前端电路连接，模拟前端电路、显示电路、阀门控制电路均与所述MCU连接；

模拟前端电路依次包括超声波激励电路、信号采样电路和信号处理电路，信号处理电路与MCU连接；

超声波换能器与超声波激励电路连接，超声波换能器与信号采样电路连接，信号采样电路连接与信号处理电路连接，超声波换能器包括相连接的上游超声波换能器和下游超声波换能器。

超声波激励电路施加激励脉冲给上游超声波换能器，上游超声波换能器将电信号转化为声信号；上游超声波换能器将信号传输至下游超声波换能器，下游超声波换能器将声信号转化为电信号，由信号采样电路采样并发送至信号处理电路处理；超声波激励电路施加激励脉冲给上游超声波换能器，经信号采样电路采样、信号处理电路处理后的信号传输到下游超声波换能器的时间为下游飞行时间，超声波激励电路施加激励脉冲给下游超声波换能器，经信号采样电路采样、信号处理电路处理后的信号传输到上游超声波换能器的时间为上游飞行时间；信号处理电路将上游飞行时间和下游飞行时间的数据传输至MCU；MCU通过上游飞行时间和下游飞行时间的时间差和飞行时间计算流体速度V，然后通过积分计算出瞬时流量，进一步得出累计流量。

还包括相连接的信号放大电路和滤波电路，信号放大电路与下游超声波换能器连接，滤波电路与信号采样电路连接；下游超声波换能器将声信号转化为电信号经信号放大电路将信号放大，再经滤波器将信号滤波处理，然后由信号采样电路采样并发送至信号处理电路处理。

还包括与超声波激励电路相连接的升压电路，升压电路用于给超声波激励电路升压。

还包括温压采样电路，温压采样电路与MCU连接，温压采样电路包括位于燃气管道中的温度传感器和压力传感器，温度传感器和压力传感器用于燃气管道中燃气的温度和压力。温压采样电路用于将温度传感器和压力传感器测试到的温度和压力的模拟信号转换为数字信号。

还包括蓝牙通信电路，蓝牙通信电路一端与MCU连接，另一端与用户终端连接。蓝牙通信电路用于对超声波燃气表进行蓝牙通信。

具体地，在本实施例中：

超声波换能器是一种在电能、机械能、声能之间做能量转换的装置，内部由一个电储能单元和一个机械振动系统组成，既可以通过把储能单元的电能转化机械能，引起机械振动，发出超声波,又可以将接收到的超声波声转化为电能。

模拟前端电路(MAX35104)是气体流量系统级芯片(SoC),用于超声波气体流量计的模拟前端(AFE)解决方案，具有高精度的流量测量,测量范围高达400μs，支持PT1000和PT500传感器以及温度调节器，工作温度范围-40℃到+85℃，工作电压2.3V-3.6V,满足低功耗要求。

信号处理电路为单片机。

信号采样电路为ADC采样电路。

阀门控制电路用于控制超声波燃气表中的阀门；由于MCU与蓝牙通信电路连接，可通过用户终端去控制超声波燃气表中的阀门。

显示电路用于显示超声波燃气表的运行及剩余量等情况。

本实施例的工作原理为：

如图2所示，上游超声波换能器靠近燃气表管道入口，下游超声波换能器靠近燃气表管道出口，且上游超声波换能器和下游超声波换能器在管道内相对设置，上游超声波换能器和下游超声波换能器至少部分伸在管道内；

燃气经过燃气表管道时，给予超声波激励电路信号，超声波激励电路施加激励脉冲给上游超声波换能器，上游超声波换能器将电信号转化为声信号，并将声信号经信号放大电路放大，由滤波电路滤波，信号采样电路采样并发送至信号处理电路处理，信号处理电路处理后再回到下游超声波换能器，下游超声波换能器将声信号转化为电信号；超声波激励电路施加激励脉冲给下游超声波换能器，下游超声波换能器将电信号转化为声信号，并将声信号经信号放大电路放大，由滤波电路滤波，信号采样电路采样并发送至信号处理电路处理，信号处理电路处理后再回到上游超声波换能器，上游超声波换能器将声信号转化为电信号；

超声波激励电路施加激励脉冲给上游超声波换能器，信号采样电路采样、经信号处理电路处理后的信号传输到下游超声波换能器的时间为下游飞行时间t_d(顺流方向)，超声波激励电路施加激励脉冲给下游超声波换能器，信号采样电路采样、经信号处理电路处理后的信号传输到上游超声波换能器的时间为上游飞行时间t_u(逆流方向)；信号处理电路将上游飞行时间和下游飞行时间的数据传输至MCU；MCU通过上游飞行时间和下游飞行时间的时间差和飞行时间计算流体速度V，然后通过积分计算出瞬时流量，进一步得出累计流量。通过测量超声波信号在气体中的顺流方向上的传播时间和逆流方向上的传播时间，然后得到两个方向上的传播时间差Δt，利用超声波传播的时间差计算气体流量。上游超声波换能器和下游超声波换能器的安装如图2所示，L表示超声波传播路径长度，管道内壁与流体流向夹角为α，流体速度为V，管道直径为D，超声波在流体中的传播速度为C。

故得到顺流方向超声波传播时间t_d的计算公式为：

逆流方向超声波传播时间t_u的计算公式为：

由公式1、2可推导出流体的流速v的表达式为：

如果气体的瞬时流量为Q，管道的横截面积为S，则可得到：

Q＝KSV (4)

(4)式中的K为仪表系数，该系数的确定需要跟标准仪表进行校准确定。

本实用新型的一种民用超声波燃气表检测电路，提高了超声波燃气表的计量精度以及量程范围，并且具有温压补偿功能。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种民用超声波燃气表检测电路，其特征在于，包括：

MCU、超声波换能器、模拟前端电路、显示电路和阀门控制电路；

所述超声波换能器与所述模拟前端电路连接，所述模拟前端电路、所述显示电路、所述阀门控制电路均与所述MCU连接；

所述模拟前端电路依次包括超声波激励电路、信号采样电路和信号处理电路，所述信号处理电路与所述MCU连接；

超声波换能器与超声波激励电路连接，超声波换能器与信号采样电路连接，信号采样电路连接与所述信号处理电路连接，超声波换能器包括相连接的上游超声波换能器和下游超声波换能器。

2.根据权利要求1所述的民用超声波燃气表检测电路，其特征在于：所述超声波激励电路施加激励脉冲给上游超声波换能器，所述上游超声波换能器将电信号转化为声信号；所述上游超声波换能器将信号传输至所述下游超声波换能器，所述下游超声波换能器将声信号转化为电信号，由信号采样电路采样并发送至所述信号处理电路处理；所述超声波激励电路施加激励脉冲给上游超声波换能器，经信号采样电路采样、信号处理电路处理后的信号传输到下游超声波换能器的时间为下游飞行时间；超声波激励电路施加激励脉冲给下游超声波换能器，经信号采样电路采样、信号处理电路处理后的信号传输到上游超声波换能器的时间为上游飞行时间；信号处理电路将上游飞行时间和下游飞行时间的数据传输至MCU；MCU通过上游飞行时间和下游飞行时间的时间差和飞行时间计算流体速度V，然后通过积分计算出瞬时流量，进一步得出累计流量。

3.根据权利要求2所述的民用超声波燃气表检测电路，其特征在于：还包括相连接的信号放大电路和滤波电路，所述信号放大电路与所述下游超声波换能器连接，所述滤波电路与所述信号采样电路连接；所述下游超声波换能器将声信号转化为电信号经信号放大电路将信号放大，再经滤波器将信号滤波处理，然后由信号采样电路采样并发送至信号处理电路处理。

4.根据权利要求1所述的民用超声波燃气表检测电路，其特征在于：还包括与所述超声波激励电路相连接的升压电路，所述升压电路用于给所述超声波激励电路升压。

5.根据权利要求1所述的民用超声波燃气表检测电路，其特征在于：还包括温压采样电路，所述温压采样电路与所述MCU连接，所述温压采样电路包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和所述压力传感器用于检测管道中燃气的温度和压力。

6.根据权利要求1所述的民用超声波燃气表检测电路，其特征在于：还包括蓝牙通信电路，所述蓝牙通信电路一端与所述MCU连接，另一端与用户终端连接。

7.根据权利要求1所述的民用超声波燃气表检测电路，其特征在于：所述信号处理电路为单片机。

8.根据权利要求1所述的民用超声波燃气表检测电路，其特征在于：所述信号采样电路为ADC采样电路。

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