一種超聲波熱量表信號轉(zhuǎn)換器的校驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種超聲波熱量表信號轉(zhuǎn)換器的校驗裝置，適用于對基于時差法流量 測量與熱電阻溫度測量的超聲波熱量表信號轉(zhuǎn)換器進行性能校驗和測試。
【背景技術】
[0002] 超聲波熱量表是測量水流經(jīng)熱交換系統(tǒng)所釋放或吸收熱能量的儀表。它通過超聲 波時差法原理測量水流流速，通過熱電阻測量進出口的溫度。根據(jù)所測得的流速和已知的 管道橫截面面積來確定流體的體積流量，然后根據(jù)進出口溫度差，并經(jīng)過密度和熱焓值的 補償及積分計算，得到熱量值。超聲波熱量表由熱量測量部件和信號轉(zhuǎn)換器兩部分組成。熱 量測量部件包括超聲波換能器、溫度傳感器和測量管道，實現(xiàn)了流量和溫度測量功能。信號 轉(zhuǎn)換器包括了信號轉(zhuǎn)換模塊、微處理器、顯示模塊和信號輸出模塊等，實現(xiàn)了流量和溫度計 量和熱量積算功能。
[0003] 超聲波熱量表作為計量結算儀表，在生產(chǎn)制造完成后必須按照國家的相關檢定規(guī) 程儀表整機性能進行檢定。出廠檢定時，待檢定的超聲波熱量表被安裝在實流檢定裝置上， 在不同流速和出入口溫度下使帶一定的熱量的流體流過該熱量表來檢定熱量表的準確度。 目前公知的超聲波熱量表實流檢定方法一般采用容積法，需要采用標準容器、監(jiān)測流速的 標準流量計、調(diào)節(jié)流速的閥門、水栗、管道、換向裝置和加熱裝置等設備構建實流檢定平臺。 其中，超聲波熱量表的流量校驗環(huán)節(jié)與超聲波水表的流量檢定環(huán)節(jié)具有相同的檢定功能， 可進行替代。
[0004] 中國實用新型專利CN203148534 U給出了一種新型的水表流量計量校驗裝置，可 用于水表的實流檢定。該校驗裝置包括了復活塞式流量計、同軸光電編碼器、電磁閥、進水 管和出水管等設備，采用工控計算機可自動完成水表校驗環(huán)節(jié)的流速、流量調(diào)節(jié)和控制工 作，自動化程度高。
[0005] 中國實用新型專利CN201772916 U給出了一種質(zhì)量流量計實流自動校驗裝置，包 括容器缸，容器缸通過管路依次與栗電機、標準流量計和待標定流量計連接;栗電機、標準 流量計和待標定流量計均與PLC控制裝置連接，其優(yōu)點是結構簡單功能可靠，降低工人勞動 強度。該裝置的缺點也是校驗設備多，占用體積大。
[0006] 公知的實流檢定方法可由計算機輔助來進行檢定過程控制和數(shù)據(jù)記錄，但檢定過 程的儀表裝卸、水位監(jiān)視、流速和溫度等參數(shù)的調(diào)整都需要檢定人員全過程跟蹤操作。實流 檢定勞動強度高、效率低。實流檢定方法所用標準容器一經(jīng)制造完成便決定了它的計量范 圍，很難改變最大計量值。
[0007] 作為超聲波熱量表的重要部件，超聲波熱量表信號轉(zhuǎn)換器與熱量測量部件配合完 成了熱量計量。信號轉(zhuǎn)換器的性能也決定了儀表檢定結果和整機性能。實流檢定方法過程 長、效率低、人工占用大。若因信號轉(zhuǎn)換器性能不合格導致實流檢定結果無效或失敗，將浪 費大量人力物力。因此，除了采用實流檢定來檢驗超聲波熱量表信號轉(zhuǎn)換器的性能外，有必 要研究一種適用于超聲波熱量表信號轉(zhuǎn)換器的干檢驗裝置和方法，可在儀表的實流檢定前 對信號轉(zhuǎn)換器的性能進行校驗，也可在熱量表產(chǎn)品的定期維護或維修時對信號轉(zhuǎn)換器的缺 陷進行快速檢驗和測試。
[0008] 目前，與本發(fā)明相關的公開專利或文獻都給出的是超聲波熱量表信號轉(zhuǎn)換器實流 校驗裝置和方法，還沒有涉及超聲波熱量表信號轉(zhuǎn)換器的干校驗裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對上述缺陷，本發(fā)明公開了一種超聲波熱量表信號轉(zhuǎn)換器的校驗裝置。本發(fā)明 所公開的校驗裝置可以模擬超聲波時差法流量測量原理和熱電阻溫度測量原理對超聲波 熱量表信號轉(zhuǎn)換器的性能校驗，可以有效地提升超聲波熱量表實流檢定的效率，有助于在 熱表產(chǎn)品生產(chǎn)時對超聲波熱量表信號轉(zhuǎn)換器進行功能驗證和測試，便于超聲波熱量表產(chǎn)品 在維護或維修時進行缺陷的快速檢驗和測試。
[0010] 為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0011] -種超聲波熱量表信號轉(zhuǎn)換器的校驗裝置，應用于校驗和測試超聲波熱量表信號 轉(zhuǎn)換器的性能，包括了流量模擬模塊、溫差模擬模塊、微處理器和上位機;所述流量模擬模 塊與待測超聲波熱量表信號轉(zhuǎn)換器的超聲波信號發(fā)射和接收引腳相連，并通過通信接口與 所述微處理器連接，由所述微處理器設置流量校驗參數(shù)及控制流量校驗過程;所述溫度模 擬模塊與待測超聲波熱量表信號轉(zhuǎn)換器的入口溫度和出口溫度測量引腳相連，并通過通信 接口與所述微處理器連接，由所述微處理器設置溫度校驗參數(shù)及控制溫度校驗過程;所述 上位機通過通訊接口與微處理器相連，設置校驗參數(shù)至微處理器，并通過微處理器控制校 驗過程。
[0012] 所述流量模擬模塊由順逆流超聲波信號切換開關、超聲波激勵信號電平轉(zhuǎn)換模 塊、超聲波回波信號電平轉(zhuǎn)換模塊和現(xiàn)場可編程邏輯門陣列器件，即FPGA器件構成；
[0013] 所述順逆流超聲波信號切換開關為一個具有四個信號端口的可控模擬開關的組 合，其四個信號端口分為兩端口組，每組各兩個端口； 一組的兩個端口 Su和Sd分別連接待測 超聲波熱量表信號轉(zhuǎn)換器原先與順流和逆流超聲波換能器連接的順流引腳Fu和逆流引腳 Fd;另一組兩個端口 和Sr分別連接超聲波激勵信號電平轉(zhuǎn)換模塊的輸入引腳Fei和超聲波 回波信號電平轉(zhuǎn)換模塊的輸出引腳FwFPGA器件控制信號切換開關使某一端口組的任意一 個端口能與另一端口組的任意一個端口唯一連通；
[0014] 所述超聲波激勵信號電平轉(zhuǎn)換模塊把輸入到引腳Fel的超聲波激勵信號幅值調(diào)整 至后續(xù)器件能承受的電壓范圍，由引腳F e。輸出到FPGA器件；
[0015] 所述超聲波回波信號電平轉(zhuǎn)換模塊的輸入引腳Fri連接FPGA器件，把輸出的模擬超 聲波回波信號幅值調(diào)整至熱量表信號轉(zhuǎn)換器能處理的電壓范圍，由其引腳Fr。輸出到順逆流 超聲波信號切換開關；
[0016] 所述FPGA器件采用硬件描述語言VerilogHDL搭建邏輯門電路組合實現(xiàn)時差法流 量模擬功能，其功能模塊包括了超聲激勵信號檢測模塊、飛行時間模擬模塊、超聲回波信號 輸出模塊、切換開關控制模塊和數(shù)據(jù)通訊模塊;從引腳L4俞入的超聲波激勵信號由超聲激 勵信號檢測模塊進行檢測并啟動飛行時間模擬;飛行時間模擬模塊根據(jù)設定的順流或逆流 飛行時間產(chǎn)生延時;延時結束后，超聲回波信號輸出模塊從引腳Lr輸出超聲波回波信號;信 號輸出引腳L sl~Lsn用于控制順逆流超聲波信號切換開關的工作狀態(tài)；引腳Ldr··!^為數(shù)據(jù) 通訊引腳，用于與微處理器進行數(shù)據(jù)通訊獲取流量模擬參數(shù)。
[0017] 所述溫度模擬模塊由入口溫度模擬單元Tsi和出口溫度模擬單元Ts。構成;入口溫 度模擬單元T S1由數(shù)字電位器RP1和固定電阻此串聯(lián)構成，與待測信號轉(zhuǎn)換器的入口溫度測 量引腳相連，模擬入口溫度傳感器的電阻值，其輸出電阻值為Ri = RPi+Rfi;出口溫度模擬單 元Ts。由數(shù)字電位器RP。和固定電阻Rf。串聯(lián)構成，與待測信號轉(zhuǎn)換器的出口溫度測量引腳相 連，模擬出口溫度傳感器的電阻值，其輸出電阻值為R。=R P〇+Rf。。
[0018] 所述微處理器由通信接口控制數(shù)字電位器RP1的電阻值來調(diào)節(jié)入口溫度模擬單元 TS1的輸出電阻值Ri，使待測信號轉(zhuǎn)換器測量得到設定的入口溫度;微處理器由通信接口控 制數(shù)字電位器R P。的電阻值來調(diào)節(jié)出口溫度