本應(yīng)用說明討論了如何從液體和氣體流量計(jì)中使用的超聲換能器獲得更準(zhǔn)確的讀數(shù)。它描述了一種軟件補(bǔ)償技術(shù)，用于克服由于測量設(shè)備之間的特征差異而可能不準(zhǔn)確的流速讀數(shù)。

介紹

本應(yīng)用筆記介紹了一種軟件補(bǔ)償技術(shù)，該技術(shù)可減少溫度范圍內(nèi)的時(shí)間失調(diào)誤差。用于流量測量的超聲波換能器在不同設(shè)備之間可能存在很大的特性差異。在需要高精度的應(yīng)用中，如液體和氣體流量計(jì)，這些差值會(huì)在時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（如MAX3510x器件）返回的時(shí)差測量中產(chǎn)生溫度相關(guān)偏移。這導(dǎo)致計(jì)算出的流速通常與實(shí)際流速偏移。

例如，使用500kHz氣體傳感器進(jìn)行的零流量恒溫實(shí)驗(yàn)記錄了時(shí)間偏移（Δτ） 高達(dá) 50ns;從10°C到40°C的失調(diào)變化記錄高達(dá)10ns。

換能器行為假說

MAX3510x器件將激勵(lì)信號施加到發(fā)射傳感器。信號是可編程頻率和持續(xù)時(shí)間的方波。換能器通過振動(dòng)來響應(yīng)該信號，其振動(dòng)方式不僅取決于輸入頻譜（主要是奇次諧波），還取決于內(nèi)部特性。由此產(chǎn)生的聲波包含與聲源不同的頻譜。

接收傳感器也存在類似的情況。接收的聲波和接收換能器發(fā)出的電頻譜也不同。這些差異的總和在時(shí)域中表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)延遲。

如果兩個(gè)傳感器具有相同的特性，則此延遲誤差在兩個(gè)方向上是相同的。因此，它們將在確定流速所需的增量時(shí)間計(jì)算期間抵消。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)相同型號和制造批次的傳感器具有顯著不同的機(jī)電特性。此外，主要的傳感器特性對溫度敏感。對于大多數(shù)流量測量應(yīng)用，這些與理想行為的偏差需要按單位進(jìn)行補(bǔ)償。

等式 1 以數(shù)學(xué)方式表示問題，如下所示：

Δτ= (τu+τUE) - (τd+τ德)

哪里

Δτ= 從MAX3510x

τ進(jìn)行流量計(jì)算所需的時(shí)間差測量，TOF_DIFFu= 向上方向

τ 的實(shí)際飛行時(shí)間d= 向下方向

τ 的實(shí)際飛行時(shí)間UE= 向上方向

的總時(shí)間誤差 τ德= 向下方向的總時(shí)間誤差

在完美匹配的換能器中，τUE=τ德，因此它們不在等式之外。在實(shí)際換能器中，第二個(gè)方程表明預(yù)期τUE-τ德可以通過傳感器對的特定溫度函數(shù)來近似：

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