超声波水流量计与传统的水流量计相比,存在很多优点,如结构简单、测量管径范围大等;目前,国内超声波水流量计也存在一些缺点,如测量精度不高、计时时间误差大、功耗高等。该论文为了克服上面叙述的问题,设计了一种新的超声波水流量计的设计方法,该方法不仅能够使超声波水流量计的测量精确度提高,还能消除常见的噪声问题,实现系统的低功耗。论文首先简单叙述了超声波流量计的工作过程及特点,重点介绍了超声波水流量计的研究意义与国内外发展现状。其次在分析了超声波流量计各种测量方法的测量原理和特点的基础上,选择了时差法并采用了单声道的Z型换能器布置方式;选择了中心频率为1MHz的超声波换能器;系统采用单片机MSP430F147控制时间芯片TDC-GP2发出两组幅度为+2.85V的初级脉冲,经过场效应管的功率放大和变压器实现了超声波换能器驱动电路的设计;发射换能器发出的超声波信号被接收换能器接收后,输出的枣核型超声波信号幅值在几十毫伏至几百毫伏之间,信号首先经过差动放大电路对信号进行初级放大,选用单电源运放放大电路实现信噪比的提高和功耗的降低,其运放型号为MAX4132,并选用中点电压完成负信号的放大。设计了中心频率为1MHz的二阶带通滤波器,消除了电路中产生的噪声;由于流体两种状态(湍流和紊流)下,流速不同造成换能器输出信号幅值的波动,设计了基于数字电位器的可变增益反相放大电路,可以实现任何状态下,信号输出的峰峰值为+2.3V。为了生成精确的计时方波,设计了以双比较电路(即过零比较电路和非过零比较电路)为核心的方波产生电路,使用MSP430F147单片机控制时间芯片TDC-GP2实现了时间差的精确测量并保证了时间分辨力。最后简单说明了水流量计标定系统原理及设备,研究分析了流量标定中的标定数据,实验数据表明研制的样机符合设计要求。