[00128941]小口径超声水表的研究与设计

我国作为13个人均水资源最贫穷的国家之一,加上国内水资源分布不均匀、水资源污染严重以及大量优质水从地下供水管网漏失等问题,导致我国用水形势十分严峻。国家“十二五”规划中指出开始实行最严格的水资源管理制度,随后国务院发布的《关于实行最严格资源管理制度意见》中要求水计量技术要向着智能化、系统化、一体化的方向发展,实现用水量的精确计量,实时监测及控制。 随着物联网技术的不断发展和国家节能减排政策的要求,机械式水表由于其量程比窄、始动流量大、时间越长,机械磨损越大、水表的精确度也会越来越低,并且需要加装电子装置才能接入物联网等特点,一定程度上限制了智慧水务以及智慧城市的建设。而超声水表的特点能够更好的应用于智慧城市,未来替代机械式水表的趋势越发明显,但是目前小口径超声水表本身容易受到外界干扰,其长期稳定性也需要较长时间才能得到验证,导致超声水表至今未在水司较大推广。本项目针对目前超声波在流量测量中存在的问题,通过理论分析、数值计算、实验研究和信号处理等方法研究小管径超声水表。通过设计具有整直器的管路结构,使水表的流动剖面敏感度等级达到U0D0,有效地减少了对安装场地条件的要求。同时,提出了超声波回波信号窗口时间自动调节的方法,有效地提高了超声水表的测量精度和稳定性。本项目的研究对流量仪表、水表的研究有一定的参考价值。 项目首先针对超声水表安装对前后直管段的要求,设计了一种具有整直器的DN20超声水表管路,通过CFD进行相关扰流试验仿真获得了合理管路结构。其次,采用低功耗设计思想,完成了超声水表样机的硬件电路和软件设计。在硬件电路设计中,通过对微弱回波信号进行放大滤波、比较整形等电路,有效地减少噪声信号对回波信号的影响。软件设计中采用窗口开启时间自动调节算法,防止回波信号衰变对飞越时间测量的影响,提高了超声水表的准确性和稳定性。最后对整机进行测试,经浙江省技术监督检测院检测,该样机符合精度等级2级,量程比为315,始动流量小于6L/h,压损小于0.063MPa,整机功耗小于50uW。 通过项目的研究,课题组获得发明专利2项（公开）,实用新型专利5项（授权）,外观专利1项（授权）,软件著作权1项,发表了相关学术论文1篇。 项目过程中,自主研发一套超声水表PCB电路板检测工装及上位机软件。可直接对量产超声水表的PCB进行核心模块的检测,保证超声水表PCB的稳定性,并申请了发明专利1项。