ACAM時間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片超聲波燃氣表的最佳選擇

隨著生活水平的不斷提高，人們越來越講求環(huán)保，污染嚴重的常規(guī)能源逐漸被人們擯棄。國家也在上世紀六七十年代推出燃氣管道政策及相應措施。隨著燃氣輸氣管道的興建與普及，燃氣表如雨后春筍般涌現(xiàn)，從機械式到電子式，從模式到超聲波，新概念新技術的不斷涌現(xiàn)，體現(xiàn)著人們對高品質(zhì)的追求。

目前市場上主流的燃氣表有兩種，一種為傳統(tǒng)式的機械式膜式燃氣表，一種為電子式膜式燃氣表，而超聲波燃氣表正以強勁的勢頭在燃氣表市場中嶄露頭角。

機械式膜式燃氣表的原理及優(yōu)缺點

機械式膜式燃氣表，是通過機械滾輪實現(xiàn)的，機械滾輪根據(jù)使用的氣量進行加操作，每使用一個單位，滾輪技術加一，最終實現(xiàn)氣量計量記錄。當流動的氣體經(jīng)過燃氣表時，受到管道摩擦及機構(gòu)的阻擋，內(nèi)部的燃氣會在燃氣表進出口兩端產(chǎn)生壓力差，通過這個壓力差推動膜式燃氣表的膜片在計量室內(nèi)運動，并且?guī)优錃鈾C構(gòu)進行協(xié)調(diào)配氣，使得膜片的運動能夠連續(xù)往復的進行，膜式燃氣表通過內(nèi)部的機械結(jié)構(gòu)，把直線往復運動轉(zhuǎn)變成圓周運動，再通過圓周運動帶動機械滾輪計數(shù)器轉(zhuǎn)動；膜片每往復一次，就排出一定量氣體，最終滾輪轉(zhuǎn)過一個技術單元，實現(xiàn)滾輪旋轉(zhuǎn)計量顯示效果。

機械式膜式燃氣表的優(yōu)點是技術成熟、計量可靠、質(zhì)量穩(wěn)定，但其結(jié)構(gòu)復雜、體積大，人工抄表花費大等缺點使其發(fā)展受到一定的阻礙。

圖1：機械式膜式燃氣表（滾輪）

電子式膜式燃氣表的原理及優(yōu)缺點

電子式膜式燃氣表是在傳統(tǒng)機械式基礎上進行改進，增加了電子計量方式、顯示功能、預付費和遠程抄表功能，實現(xiàn)了半電子化。

圖2：電子式膜式燃氣表
最核心部分是增加電子計量方式，通常情況下，會在機械滾輪上，并在最高精度位置裝有磁鐵，并且在滾輪的上下方裝有兩個干簧管，當磁鐵沒到達干簧管位置時，倆干簧管斷開；當磁鐵轉(zhuǎn)到其中一個干簧管位置時，干簧管吸合。按如上電路示意圖配置，就會輸出如圖3右邊部分的電路波形S0、S1，單片機對這倆組波形進行判斷，即可得出氣表的工作狀態(tài)。當S0,S1相繼出現(xiàn)一個低脈沖時，判斷為有效的脈沖計量，此時即可對預存的燃氣購買量進行減操作；當S0（或S1）輸出的兩個脈沖之間，S1(或S0)沒有輸出脈沖，可判斷燃氣表S1（或）S0出現(xiàn)故障，應做一些故障處理，如報警，關閥等操作。

圖3：電子式膜式燃氣

電子式膜式燃氣表技術上改進小，計量可靠性得到保證，新增的電子計量方式，實現(xiàn)了半電子化，有效解決了人工抄表的問題。但其復雜的結(jié)構(gòu)，龐大的體積，依然制約著它的發(fā)展。

超聲波燃氣表

圖4：超聲波燃氣表

在目前的市場形勢下，一種更高科技，優(yōu)化結(jié)構(gòu)、解決成本問題的新模式應運而生。超聲波燃氣表就是在這個形勢下被推上市場。

雖然超聲波燃氣表剛剛興起，但相較于目前主流的模式，其優(yōu)勢顯而易見。超聲波燃氣表由于其全電子機構(gòu)特點，與以往的機械表相比在機械噪音、精度、量程、可重復性以及壽命、維護上都有著無可比擬的優(yōu)勢。超聲波燃氣表在歐洲和日本已經(jīng)開始進入民用市場，對于擁有約上千萬臺容量的中國燃氣表市場來說，超聲波燃氣表的可觀前景必將會給有潛力的中國廠商帶來一個新的發(fā)展機遇。

超聲波燃氣表的原理：

圖5：超聲波燃氣表工作原理圖

首先從upstream向下發(fā)送超聲波到downstream，并測出超聲波的飛行時間T1。

其次從downstream向上發(fā)送超聲波到upstream，并測出超聲波的飛行時間T2

鑒于這個兩個飛行時間的不同，通過下面面的公式就可以得出燃氣的速率。有了速率再加上管段的體積就可以算出流量。圖下圖6、圖7

圖6

超聲波燃氣表的優(yōu)點：

由于是全電子式，無機械部分，不受機械磨損、故障影響，產(chǎn)品的可靠性和精度提高很多。體積小、重量輕，重復性好，壓損小，不易老化，使用壽命長；智能化，全電子式的結(jié)構(gòu)，可以擴展為預付費表或無線抄表功能。

acam公司GP2方案

針對超聲波燃氣表的市場，世強電訊攜acam公司GP2方案，協(xié)助您進行超聲波燃氣表的設計。

該方案的核心是acam公司的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片TDC-GP2。TDC-GP2具有高精度的時間測量功能，分辨率達到65ps，為時差法流量計的應用提供了基本的測量保障；TDC-GP2的脈沖發(fā)生器在小管徑的流量測量中可直接驅(qū)動超聲波換能器，無需另外增加驅(qū)動芯片；TDC-GP2測量的低功耗特性使得流量計的整體功耗大幅降低，為電池供電設備提供了優(yōu)良的解決方案。

使用acam TDC-GP2的超聲波流量計方案相對于使用分立元件或者FPGA的超聲波流量計方案，大大簡化了硬件電路設計，只需搭配MCU和簡單的比較器、模擬開關元件就可完成控制和時間測量回路的設計。該方案使電路設計得到簡化的同時大大縮小了設備的PCB面積，使設備的生產(chǎn)、維護也更加方便容易。

TDC-GP2還帶有兩路溫度測量功能，可直接接PT1000或PT500熱電阻進行溫度測量，這為熱量表的應用提供了集成化的解決方案。

GP2的優(yōu)勢：

1、 高精度分析。TDC-GP2的單次時間間隔測量的典型精度為 65ps,也就是說內(nèi)部通過 1個邏輯門的時間被確定在大約65ps。TDC-GP2有非常好的數(shù)據(jù)統(tǒng)計特性。通過多次平均測量可以使時間測量的典型精度降到10ps左右，這樣的數(shù)據(jù)可以使在測量很小流量（例如 1.6m3/h）的情況下，同樣可以得到非常好的精度。

2、 低功耗分析。GP2 將測量以脈沖的形式來進行，尤其在超聲波測量中，TDC 的核心測量單元并不是時時刻刻都在工作的。它只測量 start 信號上升沿到下一個參考時鐘上升沿和 stop信號上升沿到下一個參考時鐘上升沿，而中間的時間則通過計算參考時鐘的周期數(shù)來完成，這樣的測量原理使測量時間的功耗降到非常低的水平。整個系統(tǒng)的電流消耗在3-5μA 的范圍之內(nèi)。如果采用低功耗的微處理器（如 SiLabs公司的 C8051F92x/93x系列），則整臺設備的平均電流消耗可以降至 10-15μA。

如想了解更多關于GP2方案信息，或者超聲波燃氣表的技術信息，歡迎聯(lián)系acam中國區(qū)唯一授權(quán)代理商深圳世強電訊有限公司。