CN2018113833242基于TDC-GP30双通道气体超声波流量计及使用方法.pdf

(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CN109323730A
(43)申请公布日2019.02.12
(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
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.
G01F1/66(2006.01)

权利要求书2页说明书5页附图2页
(54)发明名称
基于TDC-GP30双通道气体超声波流量计及
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
器，时间芯片发射脉冲，超声波流量的回波信号
返回到时间芯片，将计算结果传递给单片机MCU
保存；时间芯片可以实时测量管道的介质温度，
单片机MCU计算出当前的温度，温度异常则报警，
否则存储到数据存储芯片中；单片机MCU对压力
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
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。
CN109323730A
CN109323730A权利要求书1/2页

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；

Tup－超声波逆流传播时间；

Tdown－超声波顺流传播时间；

ΔT＝Tup-Tdown；
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；

2
CN109323730A权利要求书2/2页
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