【摘要】：目前,傳統(tǒng)的水表流量計(jì)基本上采用機(jī)械計(jì)量方法,存在始動(dòng)流量偏高、測(cè)量精度較低、壓力損耗大等問題。伴隨著新型測(cè)量傳感技術(shù)的進(jìn)步,超聲波測(cè)量技術(shù)得到不斷的改進(jìn)與應(yīng)用。相較于機(jī)械式水表,超聲波流量計(jì)在水表計(jì)量領(lǐng)域具有準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍廣、壓力損失小、輸出通訊功能齊全等優(yōu)點(diǎn)。本論文把超聲波測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于小口徑戶用水表的流量測(cè)量,重點(diǎn)解決超聲波水表在低流量區(qū)測(cè)量精度低和可靠性差等問題。其中,針對(duì)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(duì)水表的管道流場(chǎng)進(jìn)行流場(chǎng)分析,設(shè)計(jì)了U型管道結(jié)構(gòu),并采用塑料管變徑設(shè)計(jì),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(cè)量精度;2、針對(duì)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(duì)水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,利用改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)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(duì)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(cè)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(jì)量專用芯片UTA6905,獲得更加精確地時(shí)間差值,保證了流量測(cè)的精確度。同時(shí),該戶用水表采用射頻卡技術(shù),實(shí)現(xiàn)了刷卡收費(fèi)與預(yù)付費(fèi)功能,根據(jù)不同用水量設(shè)定不同價(jià)格,使其更適于階梯水價(jià)的用水計(jì)量以及水資源的節(jié)約和合理利用。最后,制作水表樣機(jī),對(duì)水表做了嚴(yán)格的功能測(cè)試、流量精度測(cè)試以及可靠性測(cè)試,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果表明通過系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證了該超聲波戶用水表具有小流量精度高、產(chǎn)品可靠強(qiáng)、低功耗、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn),滿足最初設(shè)計(jì)構(gòu)想和總體設(shè)計(jì)要求,達(dá)到了提高國(guó)內(nèi)超聲波流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)、穩(wěn)定性等性能的目的,對(duì)我國(guó)智能水表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有一定的借鑒價(jià)值。
【圖文】：

相位差測(cè)量過程中，有效抑制測(cè)量誤差，對(duì)相鄰的多個(gè)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(shí)差。進(jìn)一步可以把相位差Ａｐ轉(zhuǎn)換成時(shí)間差其基本逡逑測(cè)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(hào)｜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(jì)的超聲波戶用水表為獲得較長(zhǎng)的超聲波傳輸距離，在結(jié)構(gòu)上提高測(cè)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(duì)應(yīng)的反射片中心對(duì)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(cè)量過程中，有效抑制測(cè)量誤差，對(duì)相鄰的多個(gè)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(shí)差。進(jìn)一步可以把相位差Ａｐ轉(zhuǎn)換成時(shí)間差其基本逡逑測(cè)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(hào)｜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(jì)的超聲波戶用水表為獲得較長(zhǎng)的超聲波傳輸距離，在結(jié)構(gòu)上提高測(cè)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(duì)應(yīng)的反射片中心對(duì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU821.2;O426.9

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本文編號(hào)：2691687