电子水表传感与信号处理技术PDF电子书下载

第1章 水的基本特性 1

1.1 水的物理性质 1

1.1.1 水的密度 1

1.1.2 水的重度 2

1.1.3 水的黏度 2

1.1.4 水的压缩性和膨胀性 4

1.1.5 水的导电性 5

1.2 水在管道内的流动特性 5

1.2.1 层流与紊流 5

1.2.2 流速分布及平均流速 6

1.2.3 流体流动的基本方程 7

1.2.4 与水流动特性有关的基本概念 9

1.2.5 研究流体运动的基本方法 13

1.3 流量测量的概念 15

1.3.1 流量 15

1.3.2 总量 15

1.3.3 常用流量单位 16

第2章 水流量测量仪表 17

2.1 叶轮式流量仪表 17

2.1.1 涡轮流量计 17

2.1.2 叶轮式水表 21

2.2 流量仪表的动静态特性 25

2.2.1 静态特性 25

2.2.2 动态特性 31

第3章 水表旋转量传感技术 35

3.1 水表产品分类 35

3.2 磁敏传感工作原理 36

3.2.1 流量与脉冲数关系 36

3.2.2 敏感元件数选择 38

3.3 电感传感工作原理 38

3.3.1 电涡流传感技术 38

3.3.2 电感传感方式在水表中的应用 40

3.4 消除外界静磁场干扰方案 43

3.4.1 棘轮传感方案 43

3.4.2 光电传感方案 43

3.4.3 电感传感方案 44

3.4.4 增加磁屏蔽装置 44

3.5 常用磁敏元件 46

3.5.1 干簧管 46

3.5.2 霍尔元件 47

3.6 表征磁特性的物理量 49

3.6.1 磁感应强度 49

3.6.2 磁通量 49

3.6.3 磁场强度 50

3.7 永磁材料的基本特性 50

3.7.1 永磁材料磁滞回线和去磁曲线 51

3.7.2 表征永磁材料特性的主要参数 51

3.7.3 几种常用永磁材料的特性 52

3.8 软磁材料的基本特性 58

3.8.1 主要性能 58

3.8.2 软磁材料的种类和选用 59

3.9 磁敏传感方式数据处理 60

3.9.1 单脉冲输出信号处理 60

3.9.2 双脉冲输出信号处理 60

3.9.3 三脉冲输出信号处理 61

3.10 脉冲输出传感技术存在问题 61

第4章 水表位置量传感技术 62

4.1 绝对位置编码器工作原理 62

4.1.1 位置编码器的构成 63

4.1.2 光电发射元件 63

4.1.3 光敏接收元件 63

4.2 常用编码方式 65

4.2.1 二进制码 65

4.2.2 格雷码（Gray code） 66

4.2.3 M系列码 67

4.3 位置编码传感器在水表中应用 68

4.3.1 编码与读码 68

4.3.2 单道编码 68

4.3.3 编码器的加工与安装 74

4.4 其他非接触读码方式 75

4.4.1 光反射读码方式 75

4.4.2 电容读码方式 75

4.4.3 电涡流读码方式 75

4.4.4 光传导对射读码方式 76

第5章 电磁流量传感技术 77

5.1 概述 77

5.2 电磁流量传感技术特点 77

5.3 传感器结构 78

5.3.1 测量管 79

5.3.2 磁路系统 81

5.4 工作原理 82

5.4.1 电磁流量传感器测量的基本条件 83

5.4.2 权重函数的物理意义 83

5.4.3 流速分布对电磁流量传感器测量结果的影响 85

5.5 励磁方式 86

5.5.1 直流励磁方式 86

5.5.2 工频正弦波励磁方式 87

5.5.3 低频矩形波励磁方式 87

5.5.4 三值低频矩形波励磁方式 88

5.5.5 双频矩形波励磁方式 89

5.5.6 尖脉冲励磁方式 89

5.6 电磁水表（流量计）产品 89

5.6.1 户用小口径电磁水表 90

5.6.2 大口径电磁水表（流量计） 92

第6章 超声流量传感技术 96

6.1 超声波基本知识 96

6.1.1 超声波传播特性 96

6.1.2 超声波衰减特性 98

6.1.3 介质的声特性阻抗 99

6.1.4 声反射与声折射 99

6.2 超声换能器 100

6.2.1 超声换能器的主要性能指标 100

6.2.2 超声换能器的结构与要求 104

6.3 超声流量传感器 110

6.3.1 测量管与声道布置 110

6.3.2 换能器收发电路 112

6.4 超声流量测量的原理与方法 114

6.4.1 时差测量法工作原理 114

6.4.2 时差测量法信号处理 115

6.5 管道流场对超声流量测量结果的影响 116

6.5.1 管道充分发展流条件下单声道超声测量的修正方法 116

6.5.2 管道非充分发展流条件下对超声测量的影响 118

6.6 多声道超声流量测量的基本方法 119

6.6.1 加权积分法 119

6.6.2 重现流速分布曲线法 119

6.7 超声流量测量方法的主要特点 120

6.8 超声水表（流量计）产品 120

6.8.1 户用小口径超声水表 120

6.8.2 大口径超声水表 122

第7章 射流流量传感技术 125

7.1 传感器结构 125

7.2 传感器工作原理 127

7.2.1 射流振荡原理 127

7.2.2 信号检测原理 127

7.2.3 分流式大口径射流流量传感器 132

7.3 射流流量传感器的主要技术特性 133

7.3.1 流量测量特性分析 134

7.3.2 流量测量特性改进 134

7.4 射流水表（流量计）产品 136

7.4.1 LXP-15/20射流电子水表 136

7.4.2 Model 141/140MX射流流量计 137

第8章 涡街流量传感技术 138

8.1 传感器工作原理 138

8.2 旋涡发生体 139

8.3 传感器信号检测形式 140

8.3.1 应力传感信号检测方法 140

8.3.2 恒磁励磁电磁检测方法 141

8.4 涡街流量传感器特点 141

8.4.1 主要优点 141

8.4.2 不利因素 142

第9章 信号处理电路 143

9.1 信号变换电路 143

9.1.1 测量电桥变换电路 143

9.1.2 Ω-V变换电路 145

9.1.3 I-V变换电路 146

9.1.4 V-F与F-V变换电路 147

9.1.5 绝对值变换电路 147

9.2 信号放大电路 148

9.2.1 基本比例放大器 148

9.2.2 仪用数据放大器 150

9.2.3 可编程增益放大器 151

9.2.4 电荷放大器 153

9.2.5 电桥放大器 153

9.2.6 电压比较器 154

9.3 信号滤波电路 156

9.3.1 低通滤波器（LPF） 156

9.3.2 高通滤波器（HPF） 158

9.3.3 带通滤波器（BPF） 160

9.4 超声时差法时间测量电路 161

9.4.1 主要特性描述 162

9.4.2 工作原理框图 164

9.4.3 时间测量原理 165

9.4.4 时测芯片“模拟输入部分”特性 166

9.4.5 TDC-GP21超声时差测量过程 167

第10章 信号处理技术 169

10.1 微弱信号处理技术 169

10.1.1 噪声与干扰的基本特征 169

10.1.2 有源滤波器的应用 170

10.1.3 高性能运放的应用 170

10.1.4 微弱信号的处理 170

10.1.5 小波分析 174

10.2 嵌入式微系统技术 179

10.2.1 嵌入式系统简介 179

10.2.2 嵌入式系统的硬件 180

10.2.3 嵌入式系统的软件 181

10.3 信号处理的常用方法 182

10.3.1 数据处理方法 182

10.3.2 函数拟合方法 185

10.3.3 数据插值方法 188

10.3.4 温度修正方法 191

10.3.5 相关分析方法 192

10.3.6 频谱分析方法 195

第11章 水表性能特性 200

11.1 水表产品标准 200

11.1.1 标准的适用范围 200

11.1.2 产品性能特性及结构的名词术语与要求 201

11.1.3 标准的基本内容 206

1 1.2 电子水表相关技术指标 207

11.2.1 电子封印 207

11.2.2 一般要求 207

11.2.3 检验装置 207

11.2.4 电子指示装置 208

11.2.5 电源 208

11.2.6 带电子装置水表的性能试验项目 208

11.3 电子水表的检验装置 211

11.3.1 检验装置的作用 211

11.3.2 测量传感器的检验装置 212

11.3.3 计算器的检验装置 212

11.3.4 指示装置的检验装置 213

11.3.5 辅助装置的检验装置 213

11.4 水表的结构特点和实际流量 213

11.4.1 水表的结构特点 213

11.4.2 水表的实际流量 213

11.5 水表新老标准部分流量参数对照表 214

第12章 水表性能特性试验 217

12.1 通用试验要求 217

12.2 确定示值误差试验 217

12.2.1 原则 217

12.2.2 试验装置描述 217

12.2.3 管道系统 218

12.2.4 经校准的参比装置 219

12.2.5 影响示值误差确定的主要因素 220

12.2.6 基本示值误差 221

12.2.7 水温影响试验 222

12.2.8 内压影响试验 222

12.2.9 逆流试验 222

12.2.10 流速场不规则性试验 222

12.2.11 试验结果的判断 224

12.3 静压试验 224

12.4 压力损失试验 225

12.5 耐久性试验 227

12.5.1 连续流量试验 227

12.5.2 断续流量试验 228

12.6 电子水表和带电子装置的机械水表的性能试验 230

12.6.1 一般要求 230

12.6.2 气候环境和机械环境 232

12.6.3 电磁环境 236

12.6.4 电源 240

12.7 水表通用试验项目 245

12.8 水表施加影响量试验项目 246

12.9 水表出厂检定项目 247

12.9.1 外观和功能检查 247

12.9.2 密封性检查 247

12.9.3 示值误差检定 248

附录A 水表相对示值误差的计算 249

附录B 产品可靠性与电磁兼容性概念 253

附录C 计算流体动力学及现代设计技术简介 257

附录D 水表产品标准学习与理解 262

附录E 水表技术及发展趋势 274

参考文献 293