一种基于gp21的多声道测量单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及超声波热计量行业仪表技术领域，尤其涉及一种用于提高超声波热量表测量准确度及稳定性的多通道测量单元。
【背景技术】
[0002]超声波热量表主要由超声波流量传感器、配对温度传感器和积分仪三部分组成。大口径超声波热量表一般采用一对超声波换能器，以对射方式安装在管道上相互交替进行发射接收超声波信号，通过测量超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量。
[0003]测量电路主要是分离元器件搭建测量电路，通过模拟开关分别发射和接收电路进行时间信号采集。由于大口径热量表口径较大，流体在管道中分层严重，靠近管壁处流体和管道轴心的流速会有很大差异，一对换能器测试的流量已不能完全代表整个管内流体的实际流量，导致测量误差较大，精确度不高。同时，根据超声波的传输速度，测量精度要求在Ps级别，分离元器件由于器件的差异性，降低产品的一致性。
【实用新型内容】
[0004]针对大口径热量表现有单通道和分离元器件搭建的测量电路导致测量精度低、一致性差的技术缺陷，本实用新型提出一种采用集成测量芯片GP21并进行双通道流量测量的高精度测量电路，即一种基于GP21的多声道测量单元，以提高测量的一致性和测量精度。
[0005]本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种基于GP21的多声道测量单元，其特征在于，包括:模拟开关电路、单片机、双通道流量传感器以及GP21测量电路;其中，所述单片机、所述双通道流量传感器以及所述GP21测量电路皆连接至所述模拟开关电路；所述双通道流量传感器包括第一声道流量传感器和第二声道流量传感器，所述第一声道流量传感器包括第一声道上游流量传感器和第一声道下游流量传感器，所述第二声道流量传感器包括第二声道上游流量传感器和第二声道下游流量传感器。
[0006]在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0007]优选地，所述模拟开关电路采用74HC4052模拟开关。
[0008]优选地，所述第一声道上游流量传感器的正极连接至所述模拟开关电路的引脚IYO，负极接地;所述第一声道下游流量传感器的正极连接至所述模拟开关电路的引脚2Y0，负极接地。
[0009]优选地，所述第二声道上游流量传感器的正极连接至所述模拟开关电路的引脚IYl，负极接地;所述第二声道下游流量传感器的正极连接至所述模拟开关电路的引脚2Y1，负极接地。
[0010]优选地，所述单片机的使能端连接至所述模拟开关电路的引脚EN，所述单片机的两个控制端分别连接至所述模拟开关电路的引脚SO和引脚SI。
[0011]优选地，所述GP21测量电路的流量采集通道分别连接至所述模拟开关电路的引脚12和引脚22。
[0012]优选地，所述单片机为MSP430F4152。
[0013]本实用新型的有益效果是:采用集成测量芯片GP21，精度在Ps级，摒弃分离元器件带来的器件误差，大大提高了测量的一致性;采用模拟开关控制两对流量传感器(即，超声波换能器)分别连接至GP21，启动上下游的超声波飞行时间测量，分别进行测量，取均值，减少了口径增大带来的粘滞系数的影响，提高了测量精度;仅采用一片GP21芯片，以模拟开关分别控制两路超声波换能器的切换测量，不仅达到了测量效果，还降低了成本。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的基于GP21的多声道测量单元的结构示意图；
[0015]图2为本实用新型的基于GP21的多声道测量单元的模拟开关电路的引脚图；
[0016]图3为本实用新型的基于GP21的多声道测量单元的双通道流量传感器的端子连接图。
[0017]在图1?图3中，各标号所表示的部件名称列表如下:
[0018]100模拟开关电路
[0019]200单片机
[0020]300双通道流量传感器
[0021]310第一声道流量传感器
[0022]311第一声道上游流量传感器
[0023]312第一声道下游流量传感器
[0024]320第二声道流量传感器
[0025]321第二声道上游流量传感器
[0026]322第二声道下游流量传感器
[0027]400GP21 测量电路
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0029]请参照图1所示，其为本实用新型的基于GP21的多声道测量单元的结构示意图。所述基于GP21的多声道测量单元包括:模拟开关电路100、单片机200、双通道流量传感器300以及GP21测量电路400;其中，所述单片机200、所述双通道流量传感器300以及所述GP21测量电路400皆连接至所述模拟开关电路100，所述双通道流量传感器300包括第一声道流量传感器310和第二声道流量传感器320，进一步地，所述第一声道流量传感器310包括第一声道上游流量传感器311和第一声道下游流量传感器312，所述第二声道流量传感器320则包括第二声道上游流量传感器321和第二声道下游流量传感器322。
[0030]在本实用新型中，所述单片机200，即单片微型计算机(Single ChipMicrocomputer)，又称微控制单元(MicrocontrolIer Unit ；MCU)，优选为MSP430F4152，其为16位超低功耗MCU，具有16KB闪存、512B RAM、10位ADC、USC1、模拟⑶MP、56个1/0和LCD驱动器，主频IMHz。
[0031]接下来，请参照图2所示，其为本实用新型的基于GP21的多声道测量单元的模拟开关电路的引脚图；需要说明的是，在图2中，所述模拟开关电路100采用的是74HC4052模拟开关，但并不以此为限，本领域技术人员应理解的是，凡是功能相同或相近的模拟开关电路皆可用于本实用新型的基于GP21的多声道测量单元。所述74HC4052模拟开关是一款高速CMOS器件，双路4通道模拟多路选择器/多路分配器，带有公共选择逻辑，每个多路选择器皆包含4个独立输入/输出端(S卩，IYO至IY3、2Y0至2Y3)和I个公共输入/输出端(即，IZ、2Z);公用通道选择逻辑包含2个数字选择端(S0和SI)和I个使能端(EN)。
[0032]下面，请结合图2和图3所示来进行理解，图3为本实用新型的基于GP21的多声道测量单元的双通道流量传感器的端子连接图；其中:所述第一声道上游流量传感器311的正极(即，上游_0)连接至所述模拟开关电路100的引脚IYO，负极接地;所述第一声道下游流量传感器312的正极(S卩，下游_0)连接至所述模拟开关电路100的引脚2Y0，负极接地。同样地，所述第二声道上游流量传感器321的正极(S卩，上游j)连接至所述模拟开关电路100的引脚IYl，负极接地;所述第二声道下游流量传感器322的正极(S卩，下游_1)连接至所述模拟开关电路100的引脚2Y1，负极接地。
[0033]请再参照图2所示，所述单片机200的使能端连接至所述模拟开关电路100的引脚EN，所述单片机200的两个控制端分别连接至所述模拟开关电路100的引脚SO和引脚SI;所述GP21测量电路400采用GP21流量测量芯片，其流量采集通道分别连接至所述模拟开关电路100的引脚IZ和引脚2Z，以分别测量上游和下游的流量。
[0034]由此，本实用新型的基于GP21的多声道测量单元需要进行流量测量时，所述单片机200首先通过使能端使能所述模拟开关电路100，然后一一
[0035]所述单片机200的控制端通过引脚SO启动通道0，所述模拟开关电路100联通所述第一声道流量传感器310与所述GP21测量电路400，由此，所述单片机200通过SPI接口4线通信机制控制所述GP21测量电路400与所述第一声道流量传感器310测量上下游的超声波飞行时间差；
[0036]对所述第一声道流量传感器310测量完成以后，所述单片机200的控制端通过引脚SI启动通道I，所述模拟开关电路100联通所述第二声道流量传感器320与所述GP21测量电路400，由此，所述单片机200通过SPI接口 4线通信机制控制所述GP21测量电路400与所述第二声道流量传感器320测量上下游的超声波飞行时间差；
[0037]最后，对两次的测量结果取平均值，计算精确的飞行时间差，进而计算流速和流量值。
[0038]本实用新型的基于GP21的多声道测量单元仅采用一片GP21芯片，以模拟开关电路分别控制两路流量传感器的切换测量，不仅达到了测量效果、提高了测量精度，还降低了成本。
[0039]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于GP21的多声道测量单元，其特征在于，包括:模拟开关电路、单片机、双通道流量传感器以及GP21测量电路;其中， 所述单片机、所述双通道流量传感器以及所述GP21测量电路皆连接至所述模拟开关电路； 所述双通道流量传感器包括第一声道流量传感器和第二声道流量传感器，所述第一声道流量传感器包括第一声道上游流量传感器和第一声道下游流量传感器，所述第二声道流量传感器包括第二声道上游流量传感器和第二声道下游流量传感器。2.根据权利要求1所述的多声道测量单元，其特征在于，所述模拟开关电路采用74HC4052模拟开关。3.根据权利要求2所述的多声道测量单元，其特征在于，所述第一声道上游流量传感器的正极连接至所述模拟开关电路的引脚1Y0，负极接地;所述第一声道下游流量传感器的正极连接至所述模拟开关电路的引脚2Y0，负极接地。4.根据权利要求2所述的多声道测量单元，其特征在于，所述第二声道上游流量传感器的正极连接至所述模拟开关电路的引脚IYl，负极接地;所述第二声道下游流量传感器的正极连接至所述模拟开关电路的引脚2Y1，负极接地。5.根据权利要求2所述的多声道测量单元，其特征在于，所述单片机的使能端连接至所述模拟开关电路的引脚EN，所述单片机的两个控制端分别连接至所述模拟开关电路的引脚SO和引脚SI。6.根据权利要求2所述的多声道测量单元，其特征在于，所述GP21测量电路的流量采集通道分别连接至所述模拟开关电路的引脚IZ和引脚2Z。7.根据权利要求1?6任一项所述的多声道测量单元，其特征在于，所述单片机为MSP430F4152。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于GP21的多声道测量单元，包括：模拟开关电路、单片机、双通道流量传感器以及GP21测量电路；其中，所述单片机、所述双通道流量传感器以及所述GP21测量电路皆连接至所述模拟开关电路；所述双通道流量传感器包括第一声道流量传感器和第二声道流量传感器，所述第一声道流量传感器包括第一声道上游流量传感器和第一声道下游流量传感器，所述第二声道流量传感器包括第二声道上游流量传感器和第二声道下游流量传感器。由此，本实用新型的多声道测量单元仅采用一片GP21芯片，以模拟开关电路分别控制两路流量传感器的切换测量，不仅达到了测量效果、提高了测量精度，还降低了成本。
【IPC分类】G01F1/66, G01K17/06
【公开号】CN205175579
【申请号】CN201521019280
【发明人】马承志, 李粉
【申请人】烟台航天德鲁节能科技有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月9日