基于Cortex M3内核处理器的气体流量测量电路，涉及管道内气体工况流量以及标况流量测量技术，适用于天然气管道气体工况流量以及标况流量的精确测量。由电源模块、以及与电源模块连接的基于Cortex M3内核处理器、时间转换芯片、发射驱动电路、两路超声探头、前置接收放大、自动增益控制电路、波形整形电路、接收控制电路、发射控制电路、温度传感器、压力传感器、按键、显示、RS232通讯接口构成，可实时测量气体的工况流量，并能够计算气体压缩因子，同时利用采集的温度、压力参数，实时计算气体的标况流量，可选择现场显示工况或标况输出信息，具有良好的测量效果，高质量的测量精度和稳定性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】基于Cortex?M3内核处理器的气体流量测量电路，涉及管道内气体工况流量以及标况流量测量技术，适用于天然气管道气体工况流量以及标况流量的精确测量。由电源模块、以及与电源模块连接的基于Cortex?M3内核处理器、时间转换芯片、发射驱动电路、两路超声探头、前置接收放大、自动增益控制电路、波形整形电路、接收控制电路、发射控制电路、温度传感器、压力传感器、按键、显示、RS232通讯接口构成，可实时测量气体的工况流量，并能够计算气体压缩因子，同时利用采集的温度、压力参数，实时计算气体的标况流量，可选择现场显示工况或标况输出信息，具有良好的测量效果，高质量的测量精度和稳定性。【专利说明】基于Cortex M3内核处理器的气体流量测量电路
基于Cortex M3内核处理器的气体流量测量电路，涉及管道内气体工况流量以及标况流量测量技术，适用于天然气管道气体工况流量以及标况流量的精确测量。
技术介绍
随着我国西气东输工程等大规模的天然气管道建设运行投产，商品天然气贸易计量仪表的配备水平不断提高，时差法超声波气体流量测量技术作为一项成熟的技术被广泛应用。现有的时差法超声波气体流量计多采用两片处理器协同工作，其中一片负责换能器驱动和接收信号的控制，测量超声波在各声道中传播的时间，另一片负责气体压缩因子的计算、工况流量的计算以及标况流量的计算，两片处理器协同工作的方式对测量的实时性有一定的影响，而且硬件成本开销大，且占用较大的电路空间；并且超声传播时间测量电路中多使用石英晶振为时标，由于受加工材料以及制造工艺所限，石英最高频率仅能达到几百MHz，时间的最小分辨力ns级，造成电路测时的实时性精度较低。
技术实现思路
为了解决现有测量电路实时性较低的不足，本专利技术人经研究提出了采用成本低硬件构成，且能有效提高电路测时实时性测量精度的基于Cortex M3内核处理器的气体流量测量电路，替代使用石英晶振为时标的测量电路。。本技术测量电路采用高性价比的Cortex M3内核的处理器和时间转换芯片，基于Cortex M3内核的处理器为核心，时间转换芯片为关键电路，配以电源模块，发射驱动电路，两路超声探头，前置接收放大，接收控制电路，发射控制电路，自动增益控制电路，波形整形电路，压力传感器，按键及显示电路，通讯接口电路构成。Cortex M3内核的处理器内置AD单元联接电压输出型压力传感器，采集气体实时压力信息，为气体标况计算提供压力参数；时间转换芯片联接两个PT500钼电阻或者两个PT1000钼电阻，作为温度传感器，其中一个采集气体实时温度信息，为气体标况计算提供温度参数；另一个采集系统内部电路工作的温度，监控处理电路的工作环境；本技术测量电路通讯接口电路为RS232通讯端口，通过RS232通讯端口读取气体组份或者手工输入气体组份，Cortex M3内核的处理器计算出压缩因子，再根据压力、温度参数，计算处理后输出气体的标况流量，可选择现场显示输出工况或标况流量。本技术测量电路具备良好的测量效果，测量精度工况优于I级，标况可达1.5级，在长期工业环境下运行稳定可靠，可测量多种介质:天然气、页岩气，空气，氢气等。除天然气管道气体工况流量以及标况流量的精确测量外，还可用于工业自动化的控制系统，工厂排风系统以及废气排放系统。【专利附图】【附图说明】图1为本技术测量电路工作原理示意图。图2为两声道探头安装示意图。【具体实施方式】图1所示，基于Cortex M3内核处理器的气体流量测量电路，主要由电源模块、以及与电源模块连接的基于Cortex M3内核处理器、时间转换芯片、发射驱动电路、两路超声探头、前置接收放大、自动增益控制电路、波形整形电路、接收控制电路、发射控制电路、温度传感器、压力传感器、按键、显示、RS232通讯接口构成，其中基于Cortex M3内核处理器为STM32F103处理器。STM32F103处理器是一款基于Cortex M3内核的高性能32位处理器，72MHz工作频率，具有单周期乘法和硬件除法功能，其众多的内部资源便于系统构造，时间转换芯片是ACAM公司的TDC-GP21 (或:GP21)时间转换芯片，测量精度达到ps级，适用于时间精确测量。STM32F103处理器与压力传感器、GP21时间转换芯片、自动增益控制电路、接收控制电路、发射控制电路、RS232通讯电路、显示、按键、电源模块连接，温度传感器与GP21时间转换芯片连接，波形整形电路与GP21时间转换芯片和自动增益控制电路连接，发射驱动电路与GP21时间转换芯片、接收控制电路、发射控制电路、两路超声探头连接，两路超声探头与前置接收放大连接，前置接收放大与自动增益控制电路连接。。所述发射控制电路和接收控制电路，与STM32F103通过I/O总线连接，控制超声探头的收发状态。所述发射驱动电路，激励超声探头发射超声波。所述两路超声探头为本电路的流量传感器。所述前置接收放大，用于超声接收的弱信号放大。所述自动增益控制电路，与STM32F103处理器通过I/O总线连接，处理器动态地控制接收超声信号合适目标值，抑制超声信号幅度随气体介质压力改变、气体介质流速变化的变化量。所述波形整形电路，将超声接收信号整形为适合GP21时间转换芯片输入的信号，作为停止信号。所述按键及显示电路，作为人机交互接口。所述RS232通讯接口，可与组份分析仪或PC进行数据传输。STM32F103处理器通过内部AD转换单元联接电压输出型压力传感器，为气体标况计算提供压力参数。GP21时间转换芯片联接两个PT500钼电阻或者两个PT1000钼电阻，其中一个为气体标况计算提供温度参数，另一个监控处理电路工作环境。本技术气体流量测量电路以STM32F103处理器为核心，GP21时间转换芯片为关键部件。STM32F103处理器通过SPI总线与GP21时间转换芯片相连，系统上电后，STM32F103处理器完成对自身和GP21时间转换芯片的初始化设置，通过I/O总线配置发射控制电路及接收控制电路，确定两路超声探头的收发状态，两路超声探头为两声道四个探头均为收发一体式。如:一声道两个探头为1A、1B，二声道两个探头为2A、2B。两声道探头安装示意如图2:设置IA发射，IB接收，STM32F103处理器给GP21时间转换芯片发送启动命令，通过发射驱动电路激励探头1A，产生超声波。超声波在气体介质中，沿一声道顺向传播，探头IB接收到的信号，经前置放大，自动增益控制电路及波形整形电路后，送到GP21时间转换芯片作为停止信号，这样GP21时间转换芯片可以计算出超声波在气流中的顺向传播时间，随即，设置IB发射，IA接收，STM32F103处理器再次给GP21时间转换芯片发送启动命令，通过发射驱动电路激励探头1B，产生超声波。超声波在气体介质中，沿一声道逆向传播，探头IA接收到的信号，经前置放大，自动增益控制电路及波形整形电路后，送到GP21时间转换芯片作为停止信号，这样GP21时间转换芯片可以计算出超声波在气流中的逆向传播时间。于是就可得到一声道顺逆传播的时间差，同样原理，亦可得到二声道顺逆传播的时间差。利用时差法原理公式就可以计算出管道中气体的工况流量。STM32F103处理本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于Cortex M3 内核处理器的气体流量测量电路，由电源模块、STM32F103处理器、GP21时间转换芯片、发射驱动电路、两路超声探头、前置接收放大、自动增益控制电路、波形整形电路、接收控制电路、发射控制电路、温度传感器、压力传感器、按键、显示、RS232通讯接口构成，其特征在于：STM32F103处理器与压力传感器、GP21时间转换芯片、自动增益控制电路、接收控制电路、发射控制电路、RS232通讯电路、显示、按键、电源模块连接，温度传感器与GP21时间转换芯片连接，波形整形电路与GP21时间转换芯片和自动增益控制电路连接，发射驱动电路与GP21时间转换芯片、接收控制电路、发射控制电路、两路超声探头连接，两路超声探头与前置接收放大连接，前置接收放大与自动增益控制电路连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：幕志国，左文雄，
申请(专利权)人：上海中核维思仪器仪表有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31
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