温度模拟模块2由入口温度模拟单元Tsi和出口温度模拟单元Ts。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TS1由固 定电阻Rfi 201和数字电位器Rpi 202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Τιη相连，用于模拟入口温度传感器的电阻值，其输出电阻值为RpRp+Rh。出口温度 模拟单元T s。由固定电阻Rf。203和数字电位器RP。204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 QUt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。 = RPC1+Rf。。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Rfi 201和出口固定电阻Rf。203均选 用1ΚΩ高精度电阻；数字电位器Rpi 202和数字电位器RP。204均选用数字电位器AD8400。 AD8400的满量程为1ΚΩ、阻值256位可调节。这样，调节电阻值的分辨率1^"=1000/256〇 ? 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l.〇°C。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。
[0038] 数字电位器Rpi 202和数字电位器RP。204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。
[0039]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。
[0040] 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。
[0041] 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。
[0042] 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。
[0043] 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Ri和出口温度对应的电阻值R。并通过SPI总线设定入口数字电位器Rpi202和出口数字 电位器RP〇204的阻值。
[0044] 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tu、超声波逆流飞 行时间td。计算公式如下所示。
[0048]式中，Vavg为平均面流速;Favg为设定的平均流量;K为平均流量Favg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。
[0049] 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。
[0050] 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Ldl~Ldl6fc超声波顺流飞行时间tu、超声波逆流飞行时间td和换能器谐 振频率传输到FPGA部件105。
[00511 b. FPGA部件105的输出引脚Lsl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Fu连接到超声波激励信号电平转换模块的输入引脚Fd; FPGA部件105的输出引 脚Ls2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Fd连接到超声波回波 信号电平转换模块104的输出引脚F r。。
[0052] 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。
[0053] d.FPGA部件105开始等待顺流超声激励信号Vuei(3FPGA部件105内部的超声激励信 号检测模块检测到输入引脚U上若干个上升沿后启动飞行时间模拟模块；
[0054] 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tu。飞行时间模拟模块首先计算出飞行时间tu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，定时器从〇开始在每个时 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。
[0055] f.FPGA部件105从引脚Lr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Fri，并传送到逆流超声波换能器的引脚Fd。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。
[0056] g.FPGA部件105的输出引脚Lsl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Fd连接到超声波激励信号电平转换模块的输入引脚Fd; FPGA部件105的输出引 脚Ls2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Fu连接到超声波回波 信号电平转换模块104的输出引脚F r。，等待逆流超声激励信号Vd(31。
[0057] 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Le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td。
[0058] 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Fu。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。
[0059] j .返回步骤b，循环执行步骤b至步骤j。
[0060] 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