TDC-GP21在超声波热量表中的使用

前语

相对于运用传统机械式的丈量办法，超声波丈量技能供给了一种无阻止式的丈量办法。在这种技能的支持下，咱们规划出的新一代超声波热量表没有了活动部件、电路愈加的紧凑简略、功耗更低、精度更高。而为超声波热量表商场量身定做的TDC-GP21必将为你供给一个完美的解决方案。

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超声波热量表的丈量原理

以运用较多的时差法超声波热能量表为例，经过别离丈量超声波在流体中顺流和逆流的传达时刻，使用流体流速与超声波顺流逆流传达时刻差的线性关系计算出流体的实时流速，从而得到对应的流量值。再别离测出进出水的温度，经过求得差值取得温度系数。将流量值和温度系数带入公式即可取得单位热量。

如图1所示，超声波在中止流体中的传达速度用C表明，则顺流和逆流的传达时刻别离为：

其间包括换能器的呼应时刻、电路元件形成的延时等。因为顺流和逆流途径的一致性，顺、逆流的是相同的。顺、逆流传达的时刻差为：

由此得到流体流速V和瞬时流量Q的计算公式（K为流速散布批改系数）：

再经过K系数法，咱们就能够得出热量E：

德国ACAM公司针对超声波热量表商场新推出的TDC-GP21

TDC-GP21 是德国 ACAM 公司在TDC-GP2的基础上开展的新一代产品。除了具有TDC-GP2 所具有的高精度时刻丈量，高速脉冲发生器，接纳信号使能，温度丈量和时钟操控等功能外，它还集成了施密特触发器，斩波安稳的内部比较器和模仿开关等特别功能模块，使得它特别适合于超声波流量丈量和热量丈量方面的使用。这款芯片使用现代化的纯数字化 CMOS技能，将时刻距离的丈量量化到 22ps的精度，给超声波热量表的时差丈量供给了一个完美的解决方案。

1、TDC-GP21的技能中心——时刻数字转换器（TDC）

TDC—即时刻数字转换器(Time-to-Digital Converter)，它是使用信号经过逻辑门的肯定时刻延迟来准确量化时刻距离。

图2 TDC时刻丈量单元

图2显现了这种丈量肯定时刻TDC 的首要构架。芯片上的智能电路结构、担保电路和特别的布线办法使得芯片能够准确地记下信号经过门电路的个数。芯片能取得的最高丈量精度基本上由信号经过芯片内部门电路的最短传达延迟时刻决议。

丈量单元由 START 信号触发，接纳到 STOP 信号中止。由环形振荡器的方位和粗值计数器的计数值能够计算出 START 信号和 STOP 信号之间时刻距离，丈量规模可达 20 位。在3.3V和25℃时,GP21的最小分辨率是 22ps。温度和电压对门电路的传达延迟时刻有很大的影响。通常是经过校准来补偿由温度和电压改变而引起的差错。