超声波燃气表的设计原理及优势

　　图5：超声波燃气表工作原理图

　　首先从upstream向下发送超声波到downstream，并测出超声波的飞行时间T1。

　　其次从downstream向上发送超声波到upstream，并测出超声波的飞行时间T2

　　鉴于这个两个飞行时间的不同，通过下面面的公式就可以得出燃气的速率。有了速率再加上管段的体积就可以算出流量。图下图6、图7 

　　图6 

　　图7

　　超声波燃气表的优点：

　　由于是全电子式，无机械部分，不受机械磨损、故障影响，产品的可靠性和精度提高很多。体积小、重量轻，重复性好，压损小，不易老化，使用寿命长；智能化，全电子式的结构，可以扩展为预付费表或无线抄表功能。

　　acam公司GP2方案

　　针对超声波燃气表的市场，世强电讯携acam公司GP2方案，协助您进行超声波燃气表的设计。 

　　该方案的核心是acam公司的时间数字转换芯片TDC-GP2。TDC-GP2具有高精度的时间测量功能，分辨率达到65ps，为时差法流量计的应用提供了基本的测量保障；TDC-GP2的脉冲发生器在小管径的流量测量中可直接驱动超声波换能器，无需另外增加驱动芯片；TDC-GP2测量的低功耗特性使得流量计的整体功耗大幅降低，为电池供电设备提供了优良的解决方案。

　　使用acam TDC-GP2的超声波流量计方案相对于使用分立元件或者FPGA的超声波流量计方案，大大简化了硬件电路设计，只需搭配MCU和简单的比较器、模拟开关元件就可完成控制和时间测量回路的设计。该方案使电路设计得到简化的同时大大缩小了设备的PCB面积，使设备的生产、维护也更加方便容易。

　　TDC-GP2还带有两路温度测量功能，可直接接PT1000或PT500热电阻进行温度测量，这为热量表的应用提供了集成化的解决方案。

　　GP2的优势：

　　1、高精度分析。TDC-GP2的单次时间间隔测量的典型精度为 65ps,也就是说内部通过 1个逻辑门的时间被确定在大约65ps。TDC-GP2有非常好的数据统计特性。通过多次平均测量可以使时间测量的典型精度降到10ps左右，这样的数据可以使在测量很小流量（例如 1.6m3/h）的情况下，同样可以得到非常好的精度。

　　2、低功耗分析。GP2 将测量以脉冲的形式来进行，尤其在超声波测量中，TDC 的核心测量单元并不是时时刻刻都在工作的。它只测量 start 信号上升沿到下一个参考时钟上升沿和 stop信号上升沿到下一个参考时钟上升沿，而中间的时间则通过计算参考时钟的周期数来完成，这样的测量原理使测量时间的功耗降到非常低的水平。整个系统的电流消耗在3-5μA 的范围之内。如果采用低功耗的微处理器（如 SiLabs公司的 C8051F92x/93x系列），则整台设备的平均电流消耗可以降至 10-15μA。