TDC GP21系列应用之二：浅析超声波水表采样频率和重复性的关系

GP21系列应用之二

摘要：

超声波水表以其高准确度、低始动流量、压损小、量程比宽等特点迅速在供水行业中得到广泛使用，随着超声测流技术的不断进步，超声波水表的技术也在不断发展。尤其在2013年超声波水表国家标准制定完成后，各个公司更是掀起了超声波水表研发热潮。超声波水表研发入门容易，但是一个公司从研发到量产高质量符合国家标准的超声波水表需要较长的研发周期。

本文主要介绍深圳市世强先进科技有限公司技术中心超声波水表研发团队根据试验得出的超声波水表采样频率和重复性的关系。

世强超声波水表方案框图

EFM32G840F64+GP22超声波水表方案功耗低，外围元器件少，友好的软件开发环境等优势使该方案逐渐成为国内超声波水表研发的主流方案。目前国内已经有十几家水表公司采用这个方案。结构框图见图1。

图1 超声波水表结构框图

超声波水表采样频率和重复性关系

超声波水表重复性：超声波水表的重复性是指多次连续测量误差的抖动情况，即最大误差与最小误差差值的绝对值。这个绝对值越小说明超声波水表越稳定，超声波水表的性能越好。例如，允许误差是2%，第一次测量误差2%，第二次测量0%，第三次测量-2%。虽然三次测量的误差都没有超出误差允许范围，但是这是一块稳定性很差的表，没有办法校准。

超声波水表采样频率：超声波水表实质上是模拟量（水流速度）到数字量（飞行时间差）的转变，理论上采样频率越高越能反映真实的流速。

表1 采样频率10赫兹

表2 采样频率40赫兹

表1和表2的数据是7块表在温度保持不变的情况下，分别在10赫兹和40赫兹频率下连续10次测量的重复性。10赫兹7块表重复性的平均值为1.504，40赫兹7块表重复性的平均值为1.370。频率提高四倍，重复性平均值提高了0.134。

深圳市世强先进科技有限公司技术中心超声波水表研发团队在充分利用EFM32G840F64和GP22芯片性能优势的基础上，经过近5年的实验，成功开发出低功耗超声波滴水表。

从试验数据可以看出，频率的提高没有显著提高重复性，但是要付出功耗大幅提高的代价。所以，超声波水表研发过程中，不建议过分提高采样频率。