前言
　　
　　相對使用傳統(tǒng)丈量方式的流量計，超聲波流量計有著諸多的長處：它不會轉(zhuǎn)變流體的流動狀況,，錯誤流體發(fā)生附加阻力；它可適應(yīng)多種管徑的流體測量,，不會因管徑的不同增添儀表本錢；它的換能器可設(shè)計成夾裝式,，可作挪動性測量,。tdc-gp2作為高精度的時光測量芯片，豈但集成了時光丈量功效,，還針對超聲波流量計跟熱量表的利用供給超聲波換能器驅(qū)動脈沖以及溫度測量功效,。絕對于應(yīng)用分破元件或者fpga的超聲波流量計計劃，應(yīng)用tdc-gp2的計劃大大簡化了硬件電路設(shè)計,，明顯下降了整機功耗，成為電路最簡練,、功耗最低的超聲波流量計方案,。
　　
　　癥結(jié)字：tdc-gp2，時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器,，超聲波流量計,，熱量表，時間測量,，低功耗
　　
　　超聲波流量計的測量原理
　　
　　以使用較多的時差法超聲波流量計為例,，通過火別測量超聲波在流體中順流和逆流的傳播時間，應(yīng)用流體流速與超聲波順流逆?zhèn)鞑ゲ�時間差的線性關(guān)聯(lián)計算出流體的實時流速,，進而得到對應(yīng)的流量值,。
　　
　　如

圖1所示，超聲波在靜止流體中的流傳速度用c表現(xiàn),，則順流和逆流的傳布時間分離為：
　　
　　其中包括換能器的響應(yīng)時間,、電路元件造成的延時等。因為順流和逆流門路的一致性,，順,、逆流的是一樣的。順,、逆流流傳的時間差為：
　　
　　由此得到流體流速v和剎時流量q的計算公式：
　　
　　tdc-gp2的高精度時間測量原理
　　
　　時差法超聲波流量測量的要害是對超聲波傳布時間的測量,，德國acam公司的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片tdc-gp2供給典范值65ps的時間辨別率，測量范疇從0到4ms。
　　
　　如圖2所示,，tdc中心測量單元對start和stop脈沖之間的時間距離進行測,。便攜式超聲波流量計非接觸式測量方式、體積小,、重量輕,、攜帶方便。量,。每個門電路的傳輸延時典范值是65ps,，tdc中心測量單元通過計數(shù)在stop脈沖到來之前start信號通過的門電路個數(shù)來取得start與stop信號之間的時間距離。tdc-gp2芯片內(nèi)部通過特別的設(shè)計和布線辦法來保障每個門電路的時間延遲嚴(yán)厲一致,，但這個時間延遲是會隨供電電壓和溫度而變更的,，因而tdc-gp2設(shè)計了一個參考時鐘用來對門電路的延時進行校準(zhǔn)，同時這個參考時鐘也會在被測時間較長時參加時間測量,。
　　
　　因為tdc核心測量單元是對電信號通過的門電路個數(shù)進行計數(shù),，因此受計數(shù)器容量的限度它的時間測量規(guī)模是有限的，最多可測到1.8us,，對于被測時間超過這個范疇的應(yīng)用,，tdc-gp2則采用參考時鐘測量和tdc核心測量單元相聯(lián)合的方法來完成。如圖3所示,，tdc核心測量單元只測量tfc1和tfc2,，而tcc則通過數(shù)參考時鐘的周期數(shù)來完成測量，待測時間tss便可通過如下計算失掉：
　　
　　每次測量實現(xiàn)后tdc-gp2可以主動對門電路的延時做校準(zhǔn)測量,，如圖3中的cal1和cal2,，tdc核心測量單元對參考時鐘的周期進行測量，而參考時鐘的周,。固定式超聲波流量計利用了低電壓,、多脈沖時差原理，采用高精度和超穩(wěn)定的雙平衡信號差分發(fā)射,。期是已知的,，因而由測量成果可反推出來準(zhǔn)確的門電路延時。以上的盤算,、校訂都是tdc-gp2主動實現(xiàn)的,，終極經(jīng)由校訂的測量成果將以參考時鐘的周期為單位給出，以便利用戶盤算,。
　　
　　tdc-gp2的低功耗特性
　　
　　tdc-gp2翻新的測量機制決議了其低功耗的特征,。從圖3中可以看出，tdc-gp2在進行時間測量時,，其耗電較大的核心測量單元并不老是在工作,，它僅僅用于測量start信號上升沿到下一個參考時鐘回升沿的時間，以及stop信號回升沿到下一個參考時鐘上升沿的時間，而旁邊大批的時間測量是由數(shù)參考時鐘周期數(shù)來完成的,。tdc核心測量單元工作時的耗電為15ma,，非工作時的耗電小于150na。因為tdc核心測量單元的工作時間在一次測量中所占時間比例極小,，而且在管道流量測量中每次測量的時間個別為微秒級,，因此tdc-gp2的均勻功耗能到達極低的程度，以每秒鐘測量兩次為例,，均勻功耗能做到小于2ua,。
　　
　　tdc-gp2的脈沖發(fā)生器
　　
　　tdc-gp2豈但具備超低功耗的時間測量單元，還集成了用于驅(qū)動超聲波換能器的脈沖產(chǎn)生器,。通過存放器的設(shè)置可對產(chǎn)生脈沖的頻率,、相位進行把持，一次最多可以發(fā)生持續(xù)15個脈沖,。脈沖產(chǎn)生器有fire1跟fire2兩個輸出管腳,，這兩個輸出管腳分辨存在48ma的驅(qū)動才能，假如將其并聯(lián)使用能夠?qū)Ⅱ?qū)動才能增長到96ma,。對小管徑的流量測量來說,，無需前端放大電路，能夠直接用fire輸出脈沖來驅(qū)動超聲波換能器,。
　　
　　tdc-gp2在超聲波流量計中的應(yīng)用
　　
　　tdc-g,。超聲波流量計采用了先進的多脈沖技術(shù)、信號數(shù)字化處理技術(shù)及糾錯技術(shù),，使流量儀表更能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境，計量更方便,、經(jīng)濟,、準(zhǔn)確。p2擁有高精度的時間測量功能,，分辯率到達65ps,，為時差法流量計的利用提供了基礎(chǔ)的測量保障；tdc-gp2的脈沖發(fā)生器在小管徑的流量測量中可直接驅(qū)動超聲波換能器,，無需另外增添驅(qū)動芯片,；tdc-gp2測量的低功耗特征使得流量計的整體功耗大幅下降，為電池供電裝備提供了精良的解決方案,。
　　
　　使用tdc-gp2的超聲波流量計方案絕對于使用分破元件或者fpga的超聲波流量計方案,，大大簡化了硬件電路設(shè)計，只要搭配mcu和簡略的比擬器,、模仿開關(guān)元件就可完成節(jié)制和時間測量回路的設(shè)計,。該方案使電路設(shè)計得到簡化的同時大大縮小了裝備的pcb面積，使設(shè)備的出產(chǎn)、保護也更加便利輕易,。
　　
　　tdc-gp2還帶有兩路溫度測量功能,，可直接接pt1000或pt500熱電阻進行溫度測量，這為熱量表的運用提供了集成化的解決方案,。
　　
　　結(jié)語
　　
　　超聲波原理的流量計將是將來流量計的發(fā)展方向,，tdc-gp2為超聲波流量計提供了最高集成度、最高測量精度,、最低功耗的解決方案,。基于tdc-gp2測流量原理的戶用超聲波熱量表方案已由acam中國區(qū)總代辦世強電訊進行了大面積推廣,，tdc-gp2已在超聲波熱量表中得到了普遍的實際運用,。