[发明专利]一种气体超声波流量计信号收发电路

说明书

本发明涉及一种气体超声波流量计信号收发电路，其发射电路包括两个控制信号源V1、V2；变比为1:3的高频变压器T1；四个功率MOSFET：M1、M3为P沟道增强型MOSFET，M2、M4为N沟道增强型MOSFET；V1与M1、M4管的g端口连接，V2与M2、M3管的g端口连接；M1、M3管的s端口与电源正极相连接，d端口连接在高频变压器T1的两端，M2、M4管的s端口接地，d端口连接至高频变压器T1；通过控制信号源V1、V2输出电平的高低，控制四个功率MOSFET管的导通情况；发射匹配电阻R_S、第一模拟开关S以及换能器串联连接在变压器副边；本发明可以消除零点误差和零点漂移，提高超声流量计测量精度。

所属技术领域

本发明属于流量测量技术领域。设计一种气体超声波流量计。

背景技术

超声流量计作为新兴的流量仪表近十几年发展迅速，在大型水利水电项目以及天然气贸易结算领域已有广泛应用，其中时差法超声流量计作为计量仪表应用最多。对于时差法超声波流量计而言，当所测的介质静止时，流量计测得的顺逆流传播时间应该相同，顺逆流的传播时间差应该为零。但是在实际应用中，由于超声波换能器的性能不完全一致等原因，在静态时，超声波流量计所测得的顺逆流传播时间差不总是为零，导致流量计在零流速时的测量值也不为零，造成零点误差问题。此外，超声换能器的性能往往会因为老化或者外界环境因素如温度、压力等变化而改变，而不同换能器性能的变化往往是不一致的，这就导致了超声换能器性能的差异会随着外界环境变化而变化，从而导致超声波流量计的测量零点随外界环境变化，造成零点漂移现象。在测量过程中，超声波流量计的零点误差和零点漂移会叠加在流量计测量结果上，严重影响流量计在低流速时的测量精度和测量可靠性，限制超声波流量计的精度等级。目前，国内外解决超声波流量计零点问题的方法主要是“干”标定法和温度修正法，这类方法实现起来成本高，周期长，普遍适用性差。利用电声互易理论设计互易性收发电路，使超声波测量系统工作在互易模式下是解决零点漂移问题的有效途径。

专利申请者认为，超声波流量计的零点漂移与顺逆流接收信号的一致性密切相关，是一个测量系统的互易性问题。根据电声互易理论，若系统工作在互易模式下，则在零流速下，顺逆流接收信号的幅值和相位将会完全一致，故而系统的零点误差和零点漂移也会被完全消除^[1]。接收电路和发射电路的等效阻抗匹配是实现超声波流量计测量系统互易性的有效方法，即若流量计的信号发射电路与接收电路等效阻抗相等则流量计工作在互易模式下，此时流量计测得的静态值必定为零^[2]。虽然已有学者曾尝试过使用阻抗匹配的互易性收发电路设计来消除超声波流量计的零点问题，但是该收发电路仅适用于液体超声波流量计。对于气体超声波流量计来说，超声波信号在声道传播过程中的衰减更为严重，已有方法不能直接应用于气体超声波流量计。

[1]Hemp J.Theory of transit time ultrasonic flowmeters[J].Journal ofsound and vibration,1982,84(1):133-147.

[2]Lunde P,Vestrheim M,Bo R,et al.5d-4reciprocal operation ofultrasonic flow meters:Criteria and applications[C]//Ultrasonics Symposium,2007.IEEE.IEEE,2007:381-386.

发明内容

本发明的目的是提供一种可以消除零点误差和零点漂移，提高超声流量计测量精度的阻抗匹配的气体超声波流量计信号收发电路。本发明的技术方案如下：

一种气体超声波流量计信号收发电路，包括发射电路和接收电路，其特征在于，