前语
相关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计划。
关键字：TDC-GP21，时刻数字转换器，超声波流量计，热量表，时刻丈量，低功耗
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，运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用外，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用模块，使得它特别适合于超声波流量丈量和热量丈量方面的运用。这款芯片运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计划。
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)，它是运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根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。
2、TDC-GP21的特性
100% 功用 管脚 寄存器 与 TDC-GP2兼容 (可1:1进行替换)
关于 TDC-GP2 的bug进行了纠正
添加了一些新的数字部分的功用 (最多可发128个驱动脉冲)
可选择精度最高可达 22ps
低功耗 32 kHz 晶振 (600nA)
愈加高质量的温度丈量单元
内部集成温度丈量施密特触发器
超低静态功耗: 0.005 µA (typ.)
整个丈量流程由GP21操控，无须杂乱单片机操控
可选择部分: 关于超声波热量表所需求的完好的模仿部分
内部集成斩波安稳的内部低噪声比较器(1mV 漂移)
内部集成低串扰的模仿开关
TDC-GP21在超声波热量表中的运用计划
TDC-GP21具有高精度的时刻丈量功用，分辨率到达22ps，为时差法流量计的运用供给了根本的丈量保证；TDC-GP21的脉冲发生器在小管径的流量丈量中可直接驱动超声波换能器，无需别的添加驱动芯片；TDC-GP21丈量的低功耗特性使得流量计的全体功耗大幅下降，为电池供电设备供给了优秀的解决计划。
运用TDC-GP21的超声波流量计计划相关于运用分立元件或许FPGA的超声波流量计计划，大大简化了硬件电路规划，只需调配一颗低功耗MCU，外加几个电阻电容就可完结操控和时刻丈量回路的规划。该计划使电路规划得到简化的一起大大缩小了设备的PCB面积，使设备的出产、保护也愈加便利简单。
TDC-GP21还带有两路温度丈量功用，可直接接PT1000或PT500热电阻进行温度丈量，这为热量表的运用供给了集成化的解决计划。
图3：超声波热量表运用框图
结语
超声波原理的流量计将是未来流量计的开展方向，TDC-GP21为超声波流量计供给了最高集成度、最高丈量精度、最低功耗的解决计划。根据测流量原理的户用超声波热量表在北方城市开端大面积推行，TDC-GP21已在其间得到了广泛运用。
世强电讯为以上计划供给：完好可行的软件、原理图、PCB示例，技能支持。
