1.概述
近年来我国提出建筑节能方案，逐步完结分户计量收费准则。供热计量正在逐步成为技能研究的热门，户用超声波热表以低功耗、高精度越来越受重视。超声流量计量完结了非触摸式高精度丈量，因而有量程宽、无压损、组成简略、灵敏度高的长处。现在的首要的超声流量计量技能是时差法和相差法。时差法超声流量计便是依据介质的流速与时差存在线性关系原理进行丈量的，只需精确测定顺逆流时刻，依据流速与其线性关系，能够求出瞬时流速，从而能够求出瞬时流量。而相差法则是经过某种技能手段，得到顺逆流回波信号的相位差信息，推算出超声波顺逆流的传达时差。2014年8月，北京美科芯科技有限公司联合美国ICCI公司一起发布了业界首款依据相差法的智能超声波热量表专用芯片UTA6905，本文首要介绍UTA6905芯片的相差法超声流量计量原理。
2.相差法超声流量计量原理相差法
超声波热量表丈量体系运用超声波相差法丈量当时管道中的流量值，一起运用温度传感器丈量进口水温文出口水温，经过热量核算就可得出当时住所所运用的热量。UTA6905芯片运用相差法完结对管道中流量的丈量，是经过丈量超声波在顺流和逆流传达发生的相移之差。超声波流量丈量原理如图1所示。
图1：超声波流量丈量原理
图1中流量管道直径为D，两个换能器之间的水平间隔为L，超声波在水中的传输速度为c，管道中流体速度为v，能够得到超声波在顺流中的渡越时刻t1和逆流传达过程中的渡越时刻t2别离为：
3.UTA6905热量计量原理
UTA6905芯片中的相差丈量单元运用相差法超声波流量计量技能丈量出管道中水的流量，一起温度丈量单元测出进口水温文出口水温，然后就能够依据公式核算出住所运用的热量。
3.1 UTA6905相位差丈量单元
UTA6905芯片运用顺流方向和逆流方向回波信号的相位差来完结流速的丈量，在实践运用中，顺逆流相差不会超越1个1MHz的周期，相差法流量计量单元的电路原理图如图2所示：
图2:UTA6905相差法流量计量单元电路原理图
顺逆流的丈量是先后进行的，因而不能直接得到两组回波的相位差，UTA6905别离丈量顺逆流回波信号相关于同一个内部参阅信号的相位差，由外部MCU读取两个值并核算顺逆流的相位差，图3所示为UTA6905相差法流量丈量原理。
图3:UTA6905芯片相差法原理
内部参阅信号为1MHz，占空比75%的方波，与FIRE脉冲同步。
回波信号经过比较器整形为方波，该比较器为斩波比较器，每次丈量前都会主动校准，确保OFFSET在1mV规模内。
回波信号和内部参阅信号进入鉴相器，输出相位差脉冲，相位差是回波的上升沿到参阅信号的下降沿之间的时刻，假如回波信号上升沿超前于参阅信号下降沿（落在参阅信号高电平区间），则相位差为正值，不然（落在参阅信号低电平期间）为负值，UTA6905测得的相位差脉冲的宽度规模为 （-250ns，750ns）。
对相位差脉宽的丈量是经过高分辨率的TDC（单精度64ps，双精度32ps）进行的，TDC能够接连丈量多达31个相位差脉冲的宽度，ALU对这些宽度的值进行累加积分，进行校准并将成果存放在寄存器RES0中，此刻RES0是一个有符号数，能够指示出回波脉冲是超前仍是滞后于参阅信号。
一次顺流和逆流相位差丈量完结后，外部MCU读出两次相差值，经过核算得到顺流和逆流的时刻差。
3.2温度丈量单元
针关于热量计范畴，规划了一依据TDC技能的高精度低功耗温度丈量单元，该单元是经过温度传感器电阻或精细电阻对电容充放电，TDC经过丈量放电时刻的方法来完结温度丈量。
图4：温度丈量原理示意图
如图4所示，温度丈量单元支撑PT1-PT4四个丈量端口。
在温度丈量运用中，当丈量电阻进行充放电时，假如运用外部施密特触发器，需要将NEG_STOP_TEMP设置为0，假如运用内部施密特触发器，需要将NEG_STOP_TEMP寄存器设置为1，两种状况别离对应的电路衔接如图5所示。
图5：温度丈量原理示意图
温度传感器的最小阻值为500Ω。UTA6905丈量出由每个电阻和%&&&&&%组成的RC网络的放电时刻。温度丈量的精度为0.002°C。
微控制器发送代码“START_TEMP”发动温度丈量，UTA6905主动控制温度丈量，丈量完结之后中止标志置位，丈量数据被存储在RES0～RES3 中。
从Res_1/RES_0和RES_2/RES_3中微控制器能够核算出Rtemp/Rref的比值。经过查表，能够核算出当时的传感器的温度，留意UTA6905不支撑4线的温度传感器。
4. 总结
本文首要介绍了UTA6905芯片的相差法流量计量原理，因为存在相位差累加积分，相差法关于偶然差错和搅扰差错的消除具有较强的优势，特别是在流量丈量过程中，相差法供给的数据是进行滤波算法之后的平均值，波动性更小，更挨近实在流量，提高了丈量精度，具有宽广的运用远景。
