(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811383324.2
(22)申请日 2018.11.20
(71)申请人 中环天仪股份有限公司
负债率
地址 300384 天津市西青区华苑产业区（环
外）海泰发展二路1号
(72)发明人 孙丽梅 王红艳 牟柯臣
(74)专利代理机构 天津中环专利商标代理有限
公司 12105
代理人 胡京生
(51)Int.Cl.
G01F 1/66(2006.01)
(54)发明名称
使用方法
(57)摘要
一种基于TDC -GP30双通道气体超声波流量
计及使用方法，通过电子开关分别选通两组换能
单片机MCU计算出当前的温度，温度异常则报警，
传感器进行压力采集并计算出管道压力值，压力
异常则报警，否则存储到数据存储芯片中；将单
片机MCU计算的累计流量、气体体积、温度、压力
及相关仪表参数进行存储，采用双声道换能器测
量管道内介质的瞬时流量，可以大大的降低由于隧洞衬砌
采集重构
管道内流体分布不均而造成的测量误差，提高流
量测量的精度。权利要求书2页 说明书5页 附图2页CN 109323730 A 2019.02.12
C N 109323730
A
1.一种基于TDC-GP30双通道气体超声波流量计，其特征在于：包括双路配对的换能器A0和换能器A1、换能器B0和换能器B1及电子开关、发射模块、接收模块、温度传感器、压力传感器、时间芯片、压力检测模块、单片机MCU、数据存储芯片、WIFI通信模块、远程供电、按键显示板；双路配对的换能器A0和换能器A1及换能器B0和换能器B1分别与电子开关双向连接，电子开关通过所述接收模块与时间芯片连接，时间芯片通过发射模块与电子开关连接，所述温度传感器与时间芯片连接，所述压力传感器通过压力检测模块与单片机MCU连接，所述单片机MCU分别与时间芯片、数据存储芯片、WIFI通信模块及按键显示板双向连接，远程供电提供单片机MCU电源；
时间芯片的型号为：TDC-GP30，单片机MCU的型号为：msp430F448。
2.一种采用权利要求1所述的基于TDC-GP30双通道气体超声波流量计的使用方法，其特征在于，步骤如下：将双通道气体超声波流量计配对的换能器A0和换能器A1对称的插入管道(1)上两个探头插座Ⅰ(1-1)中，将换能器B0和换能器B1对称的插入管道(1)上探头插座Ⅱ(1-2)中；
第一步，通过电子开关选通换能器A0和换能器A1，时间芯片通过发射模块及电子开关发射脉冲到选通的换能器A0和换能器A1，超声波流量的回波信号通过电子开关及接收模块返回到时间芯片，再经过时间芯片的采集和计算，超声波流量计的超声波在管道中的传播时间受管道中的流速的影响，逆流传播时间比顺流传播时间要长，且传播时间差与流速成正比，计算公式如下：
其中：
L－传播距离；
θ－管道内流体流动方向与声道夹角；
V－瞬时流速；
中华精英联盟
T up－超声波逆流传播时间；
T down－超声波顺流传播时间；
ΔT＝T up-T down；
将计算结果瞬时流速V传递给单片机MCU进行数据保存；
第二步，通过电子开关选通换能器B0和换能器B1，选通换能器B0和换能器B1后，时间芯片通过发射模块及电子开关发射脉冲到选通的换能器B0和换能器B1，超声波流量的回波信号通过电子开关及接收
模块返回到时间芯片，再经过时间芯片的采集和计算，将计算结果瞬时流速V2传递给单片机MCU进行数据保存；
第三步，时间芯片内部集成了测量温度的器件，通过温度传感器实时测量管道的介质温度，时间芯片将测量结果通过I2C总线通信传递给单片机MCU，单片机MCU通过温度补偿公式计算出瞬时流速；
温度补偿公式如下：
V＝331.5+0.607t
V－瞬时流速；
t－管道内介质温度；
第四步，单片机MCU对两个通道的瞬时流量进行分析处理，通过如下公式计算出体积流量，
D－管道内直径；
V1、V2－瞬时流速；
Q－体积流量；
第五步，压力传感器先将管道内的压力信号转化为电信号，单片机MCU内部的集成AD进行压力采集，再将电信号转化为数字信号，由单片机MCU进行计算；
计算公式为：
P－当前管道内压力；
P0－压力传感器量程上限；
A0－单片机中AD采集的数据上限；
A－单片机中AD采集的当前数据；
单片机MCU根据上面公式计算出管道压力值，然后根据设定的报警压力值进行比较，当管道压力大于报警压力时，单片机MCU启动报警；当管道压力不大于报警压力时，单片机将管道压力存储到数据存储芯片中；
第六步，单片机MCU将计算后的瞬时流量、体积流量、温度、压力、报警信息通过WIFI通信模块传输到监控系统，以便用户进行实施监控，同时，单片机MCU将瞬时流量、体积流量、温度、压力、报警信息通过按键显示板显示出来，以便用户进行读取。
3.根据权利要求2所述的基于TDC-GP30双通道气体超声波流量计的使用方法，其特征在于：所述两个探头插座Ⅰ(1-1)和探头插座Ⅱ(1-2)分别与管道(1)的水平角度为45°。
基于TDC-GP30双通道气体超声波流量计及使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种气体超声波流量计，特别涉及一种基于TDC-GP30双通道气体超声波流量计及使用方法，用于气体流量测量和气体质量测量。
背景技术
[0002]气体超声波流量计是用于测量气体流速、质量的计量器具，可以广泛应用于天然气开采、长距离传输以及贸易结算等环节中的过程控制计量和贸易结算计量。目前市场上使用的气体超声波流量计，普遍采用单声道超声波换能器，无法准确的反映管道内流场分布，导致精度不高，尤其在低流速下，计量精度无法满足贸易结算的需要。
发明内容
[0003]鉴于现有技术所存在的问题，本发明提供了一种基于TDC-GP30双通道气体超声波流量计及使用方法，该气体超声波流量计，采用高性能时间芯片TDC-GP30和双声道换能器，提高了流量测量的精度；采用远程供电的方式延长了电池寿命，同时带有温度和压力补偿、无线远传通信功能。
[0004]本发明为实现上述目的，采用的技术方案是：一种基于TDC-GP30双通道气体超声波流量计，其特征在于：包括双路配对的换能器A0和换能器A1、换能器B0和换能器B1及电子开关、发射模块、接收模块、温度传感器、压力传感器、时间芯片、压力检测模块、单片机MCU、数据存储芯片、WIFI通信模块、远程供电、按键显示板；双路配对的换能器A0和换能器A1及换能器B0和换能器B1分别与电子开关双向连接，电子开关通过所述接收模块与时间芯片连接，时间芯片通过发射模块与电子开关连接，所述温度传感器与时间芯片连接，所述压力传感器通过压力检测模块与单片机MCU连接，所述单片机MCU分别与时间芯片、数据存储芯片、WIFI通信模块及按键显示板双向连接，远程供电提供单片机MCU电源；
[0005]时间芯片的型号为：TDC-GP30，单片机MCU的型号为：msp430F448。
[0006]一种基于TDC-GP30双通道气体超声波流量计的使用方法，其特征在于，步骤如下：将双通道气体超声波流量计配对的换能器A0和换能器A1对称的插入管道上两个探头插座Ⅰ中，将换能器B0和换
能器B1对称的插入管道上探头插座Ⅱ中；
[0007]第一步，通过电子开关选通换能器A0和换能器A1，时间芯片通过发射模块及电子开关发射脉冲到选通的换能器A0和换能器A1，超声波流量的回波信号通过电子开关及接收模块返回到时间芯片，再经过时间芯片的采集和计算，超声波流量计的超声波在管道中的传播时间受管道中的流速的影响，逆流传播时间比顺流传播时间要长，且传播时间差与流速成正比，计算公式如下：
[0008]
[0009]其中：
[0010]L－传播距离；
[0011]θ－管道内流体流动方向与声道夹角；
[0012]V－瞬时流速；
[0013]T up－超声波逆流传播时间；
健康指数
[0014]T down－超声波顺流传播时间；
[0015]ΔT＝T up-T down；
[0016]将计算结果瞬时流速V传递给单片机MCU进行数据保存；
[0017]第二步，通过电子开关选通换能器B0和换能器B1，选通换能器B0和换能器B1后，时间芯片通过发射模块及电子开关发射脉冲到选通的换能器B0和换能器B1，超声波流量的回波信号通过电子开关及接收模块返回到时间芯片，再经过时间芯片的采集和计算，将计算结果瞬时流速V2传递给单片机MCU进行数据保存；
电影天地[0018]第三步，时间芯片内部集成了测量温度的器件，通过温度传感器实时测量管道的介质温度，时间芯片将测量结果通过I2C总线通信传递给单片机MCU，单片机MCU通过温度补偿公式计算出瞬时流速；
[0019]温度补偿公式如下：
[0020]V＝331.5+0.607t
[0021]V－瞬时流速；
[0022]t－管道内介质温度；
[0023]第四步，单片机MCU对两个通道的瞬时流量进行分析处理，通过如下公式计算出体积流量，
[0024]
[0025]D－管道内直径；
[0026]V1、V2－瞬时流速；
[0027]Q－体积流量；
[0028]第五步，压力传感器先将管道内的压力信号转化为电信号，单片机MCU内部的集成AD进行压力采集，再将电信号转化为数字信号，由单片机MCU进行计算；
[0029]计算公式为：
[0030]P－当前管道内压力；
[0031]P0－压力传感器量程上限；
[0032]A0－单片机中AD采集的数据上限；
[0033]A－单片机中AD采集的当前数据；
[0034]单片机MCU根据上面公式计算出管道压力值，然后根据设定的报警压力值进行比较，当管道压力大于报警压力时，单片机MCU启动报警；当管道压力不大于报警压力时，单片机将管道压力存储到数据存储芯片中；
[0035]第六步，单片机MCU将计算后的瞬时流量、体积流量、温度、压力、报警信息通过WIFI通信模块传输到监控系统，以便用户进行实施监控，同时，单片机MCU将瞬时流量、体积流量、温度、压力、报警信息通过按键显示板显示出来，以便用户进行读取。
[0036]本发明的技术效果是：采用高性能TDC-GP30时间芯片和双声道换能器，提高了流
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