1. 概述
电子式水表，也称智能水表，是指具有预付费功用或远传功用的水表，它是微电子技能、现代传感技能和智能IC卡技能结合的产品，在数据传递及买卖结算方面，电子式水表比传统水表在抄表方法和数据统计方面都有很大优势，电子式水表应契合国家GB/T778-2007《关闭满管道中水流量的丈量 饮用冷水水表和热水水表》和住建部CJ/T224-2012《电子远传水表》的技能要求。所谓超声波电子式水表是指该类电子水表的流量计量选用超声波技能计划，和传统依据叶轮旋转的机械式流量收集计划比较，超声波水表具有机械结构简略，计量进程无压力损耗，流量收集精度受水质影响小，量程宽的长处。关于家用小口径表，现在国外品牌的超声波水表精度和价格都比较高，国内的研制尽管初级阶段，但能够观察到近一两年来干流水表厂商的研制力度不断加大，已经有产品推出商场，跟着阶梯水价的施行以及国家对物联网的深化推行，超声波电子式水表将迎来宽广的商场前景。
在现有超声波水表技能计划中，大体包含噪声法、相关法和传达速度差法三种，依据精度、功耗、可完结性方面的考虑，速度差法是现在较为老练的一种方法，跟着微电子技能的不断进步，一系列可用于超声波水表的专用芯片不断推出，例如ACAM公司的GP22，ICCI公司的UTA6903B等。ICCI于2014年推出了一款超声波流量计量芯片UTA6905，具有更高的丈量精度和稳定性，本文将具体介绍UTA6905在超声波电子式水表中的使用。
2. 超声波流量丈量原理
选用超声波进行流量丈量的基本原理是使用超声波在顺逆流流体中的传达时差，推算出流体的速度，再依据面积积分法推算出当时的瞬时流量，对瞬时流量进行积分核算出累积流量，核算进程中还需求考虑温度对声速的影响等。
图1:超声波流量丈量原理
图1所示，管道上装置有一对换能器：顺流换能器和逆流换能器，管道直径为D，超声波声程为L，顺流传达时刻为tu，逆流传达时刻为td，超声波传达防地与流体方向夹角为θ，依据速度的叠加原理，在水流速度v的效果下，超声波顺流传达时刻要比逆流传达时刻短，其时刻差能够核算出来。
公式4得到的速度v是沿声道方向的线均匀速度，由于流体的流速沿管道直径的不均匀散布，线均匀速度v并不等于实践的流速，需求乘上流速散布批改系数k，才干得到截面的均匀流速，再乘以管道的截面积，得到瞬时流量Q。
图2：超声波在纯水中的传达速度与温度的联系
从公式4看，流体流速v是声速c和传达时差△t的函数，由于超声波在水中的传达速度c是一个随温度改变的值，如图2所示。所以在超声波水表中，除了对顺逆流传达时差△t进行丈量，还需求对流体温度进行丈量，经过查表得到当时温度下的超声波传达速度c。
在公式5中，流速散布批改系数k代表管道内流体的面均匀速度与超声波水表丈量到的线均匀速的的比值，k的取值与雷诺系数Re有关，但联系杂乱，在整个流量范围内出现显着的非线性特色，主要原因在于跟着流速由慢至快，流体会经过层流、过渡流和紊流的不同区域，各个区域出现不同的流速散布，实践中常选用拟合直线方程的方法[3]对k值进行分段校对，将丈量误差下降至规范之内，这个进程一般在产品量产的校表环节进行。
3. 依据UTA6905的超声波水表流量收集计划
3.1. UTA6905芯片简介
UTA6905是一款超声波流量表和超声波热量表的专用芯片，其内部结构如图3所示，集成了相位差丈量单元、温度丈量单元、脉冲发生器等规划超声波电子式水表必需功用，芯片选用了先进的时刻数字转化技能，对时差的丈量分辨率可达32ps，温度丈量单元分辨率高达0.002℃；此外芯片还集成了第一波检测、换能器回波振幅检测、换能器断线检测等额外功用，使水表能够完结部分自确诊功用，智能化水平得以进步。
图3:UTA6905内部结构图
UTA6905选用QFN32或LQFP32两种封装；芯片选用SPI口与外部MCU进行通讯，内部包含4个32位的装备寄存器、4个32位的成果寄存器以及1个32位的状况寄存器；UTA6905还包含一个低电平有用的中止引脚INTN，可用于在丈量完毕后唤醒外部MCU；比较器和时刻丈量单元等功耗比较大的元件只要在作业时才敞开，在使用中大部分时刻处于休眠状况，静态电流低至纳安等级，适用于电池供电场合，UTA6905的具体资料能够参阅其数据手册[1]，不再赘述。
3.2. 依据UTA6905的电子水表流量收集计划
选用UTA6905规划的超声波电子式水表计划框图如图4所示，给出了具体的流量收集相关的外围电路：时钟部分包含一个32768HZ的晶体振荡器和一个4MHz的陶瓷振荡器，相位差丈量电路需求一对谐振频率1MHz的超声波换能器和一对由电阻电容构成的信号通路，温度丈量电路需求一只PT1000热电阻、一只低温漂(50ppm)的1K欧姆电阻和一只100nF充放电%&&&&&%，主控芯片挑选了一款低功耗的MSP430系列MCU，经过IO口衔接UTA6905的SPI引脚和中止引脚；此外还包含电源稳压电路、LCD显现电路，通讯方面可支撑红外、MBUS等功用，以完结无线抄表或数据的远传。
