Conception d'un débitmètre à ultrasons avec méthode de différence de temps

Résumé : Les informations de conception du débitmètre à ultrasons à différence de temps sont fournies par d'excellents fabricants de débitmètres. Ces dernières années, les débitmètres à ultrasons ont été largement utilisés en raison de leur absence de contact et de leur insensibilité aux propriétés physiques et chimiques des fluides. Pour ce type de débitmètre, la mesure précise du temps de propagation ultrasonore est essentielle pour améliorer la précision de mesure. De plus en plus de fabricants de débitmètres sélectionnent des modèles et des devis. N'hésitez pas à nous contacter. Vous trouverez ci-dessous les détails de conception du débitmètre à ultrasons à différence de temps. Ces dernières années, les débitmètres à ultrasons ont été largement utilisés en raison de leur absence de contact et de leur insensibilité aux propriétés physiques et chimiques des fluides. Pour ce type de débitmètre, la mesure précise du temps de propagation ultrasonore est essentielle pour améliorer la précision de mesure. La précision actuelle de la puce de mesure du temps ayant atteint le niveau ps, la clé pour améliorer la précision de la mesure du temps réside dans l'évaluation précise de l'onde ultrasonore. Dès l'instant où la forme apparaît. La forme d'onde du signal ultrasonore est particulièrement cruciale pour évaluer avec précision son temps d'arrivée. Partant de ce principe, cet article conçoit un débitmètre ultrasonore à différence de temps et présente le principe de conception de son circuit d'implémentation matérielle. 1. Principe de mesure : La méthode de la différence de temps permet de déterminer la vitesse d'écoulement en fonction de la relation entre la différence de temps de propagation entre les écoulements aller et retour des ondes ultrasonores dans le fluide et la vitesse d'écoulement du fluide mesuré. En substance, la vitesse de propagation des ondes ultrasonores dans le fluide est affectée par l'écoulement du fluide, et le temps mesuré sera différent dans les écoulements aller et retour. Le schéma est illustré à la Figure 1 : l'angle d'installation du transducteur à contre-courant et du transducteur en aval par rapport à l'axe de la canalisation est θ, le diamètre du tuyau est D, la distance linéaire entre les deux transducteurs est L et la vitesse du fluide est v. Fig. 1 Principe de fonctionnement du débitmètre à ultrasons à différence de temps Lors de la mesure, le transducteur à contre-courant et le transducteur en aval sont alternativement utilisés comme extrémités de réception et de transmission des ultrasons. Français La vitesse de propagation réelle c0 de l'onde ultrasonore est la vitesse du son c et la composante de vitesse vcos du fluide dans la direction du canalθSomme : c0=c±vcosθ (1) À ce moment, le temps de propagation de l'écoulement avant et arrière est : (2) À partir de la formule ci-dessus, la différence de temps entre l'écoulement avant et l'écoulement arrière peut être obtenue comme suit : (3) Étant donné que la vitesse d'écoulement maximale mesurable du débitmètre à ultrasons général est d'environ 10 m/s et que la vitesse de propagation du son dans le fluide est d'environ 1 500 m/s, ce qui est bien plus grande que la vitesse du fluide, la différence de temps entre l'écoulement avant et l'écoulement arrière peut être approximée comme suit : (4) En conséquence, la vitesse d'écoulement du fluide et la formule d'écoulement peuvent être exprimées comme suit : (5) (6) On peut voir à partir de la formule (5) que l'onde ultrasonore est un écoulement avant et arrière La précision de mesure du temps de propagation affecte directement la précision de mesure et la plage de mesure de la vitesse d'écoulement. 2 Conception matérielle du système Le schéma de structure matérielle du système est illustré à la Figure 2. Figure 2 Schéma de structure matérielle du système Le matériel du système comprend principalement un module d'alimentation, un module émetteur-récepteur de signaux, un module de traitement du signal, un module de mesure de la puce de synchronisation, un module de microprocesseur MSP430F1612 et un module d'acquisition de données système. La conception des circuits de plusieurs modules importants est brièvement présentée ci-dessous. 2.1 Conception du circuit du module de traitement du signal Comme le montre le schéma de structure matérielle du système à la Figure 2, le module de traitement du signal comprend cinq liaisons : amplification de premier étage, amplification à gain réglable de deuxième étage, filtrage passe-bande, redressement demi-onde et comparaison de seuil. Parmi elles, l'amplification de premier étage et le filtrage passe-bande sont réalisés avec l'amplificateur opérationnel OPA2725. Le circuit redresseur demi-onde est composé de diodes et de résistances. L'amplificateur à gain réglable de deuxième étage est réalisé par l'amplificateur à gain commandé en tension VCA822. Ces quatre circuits de liaison sont comparés. Il est simple, donc ce qui suit présente principalement la structure spécifique du circuit de comparaison de seuil. Le circuit de comparaison de seuil est illustré à la figure 3. Le comparateur utilise la puce AD8611 d'Ana-logDevices, dont le délai de propagation est de 4 ns. Lorsque l'amplitude du signal d'entrée est supérieure au niveau de référence, la borne de sortie QA produit un niveau haut ; lorsqu'elle est inférieure, elle produit un niveau bas. Ainsi, en connectant le signal ultrasonore à traiter au port d'entrée et en ajoutant un niveau de référence, une série de signaux carrés comparés peut être produite. Les temps de front montant et de front descendant du signal carré correspondent à l'heure d'arrivée du signal ultrasonore. Le niveau de référence requis par le comparateur est fourni par le circuit de seuil. Ce circuit est constitué d'un amplificateur de mesure et d'un amplificateur opérationnel. L'amplificateur de mesure est un IN114 de haute précision avec un gain de . Figure 3. Circuit de comparaison de seuil 2.2 Conception du circuit du module de mesure de la puce de synchronisation. Le signal carré obtenu après passage dans le module de traitement du signal inclut le signal temporel que le système doit enregistrer. Ces instants sont enregistrés avec précision et transmis au microprocesseur pour analyse et jugement ultérieurs. Les calculs sont essentiels à la mesure du débit d'un système. Par conséquent, une puce de synchronisation offrant une grande précision de mesure et une réponse rapide doit être sélectionnée. Dans cet article, la puce de mesure du temps haute précision TDC-GP2 a été sélectionnée pour réaliser la synchronisation. La TDC-GP2 possède des fonctions telles que le générateur d'impulsions haute vitesse, l'activation du signal d'arrêt et le contrôle d'horloge. Ces modules fonctionnels lui permettent de répondre aux diverses exigences de mesure des débitmètres à ultrasons. La TDC-GP2 étant nécessaire pour mesurer le moment du front du signal carré, y compris les fronts montants et descendants, deux puces de synchronisation TDC-GP2 sont nécessaires pour mesurer le temps. L'une est configurée pour se déclencher sur le front montant, et l'autre est configurée pour se déclencher sur le front descendant, mesurant respectivement les trois premiers moments du front montant et les trois premiers moments du front descendant du signal carré. La conception de son circuit d'application est illustrée à la figure 4. Figure 4 : Circuit de mesure de la puce de synchronisation. Cet article est complet. N'hésitez pas à vous renseigner sur le choix d'un débitmètre et à demander un devis à notre usine. « Conception d'un débitmètre à ultrasons à décalage temporel »

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