計(jì)量是工業(yè)生產(chǎn)的眼睛。流量計(jì)量是計(jì)量科學(xué)技術(shù)的組成部分之一，它與國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)、科學(xué)研究有密切的關(guān)系。做好這一工作，對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都具有重要的作用，特別是在能源危機(jī)、工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度愈來愈高的當(dāng)今時(shí)代，流量計(jì)；量在國民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用更加明顯。
流量計(jì)量是以每小時(shí)升（lph）或加侖/分鐘（gpm）為單位測量液體或氣體的流量。住宅和工業(yè)環(huán)境中常用流量計(jì)來進(jìn)行流量計(jì)量。
流量計(jì)測量精度低
流量計(jì)在結(jié)構(gòu)上，流量計(jì)包括三個(gè)單元：傳感器單元、計(jì)量單元和通信單元。這些單元或功能塊中的每一個(gè)都可以是機(jī)械式或電子式。
住宅和工業(yè)應(yīng)用中的流量計(jì)示例
在大部分流量計(jì)的設(shè)計(jì)中，其活動(dòng)部件都會(huì)使用機(jī)械感測。例如，使用電感電容器（LC）、巨磁電阻（GMR）、隧道式磁阻（TMR）或霍爾效應(yīng)傳感器捕獲螺旋槳或葉輪的運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)根據(jù)流量而變化，并被轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)并傳遞給測量單元。因?yàn)橛谢顒?dòng)部件，所以可能會(huì)出現(xiàn)磨損和不準(zhǔn)確的情況。
這些儀表的壽命普遍較短（不到7年），并且不能檢測到低流量或小泄漏。同時(shí)，介質(zhì)污染、污垢積聚以及部件的結(jié)垢和老化也會(huì)影響測量精度，很可能導(dǎo)致傳感器結(jié)果不準(zhǔn)確，
因此還需要定期對流量計(jì)進(jìn)行重新校準(zhǔn)。
超聲波技術(shù)的應(yīng)用
超聲波傳感避免了上述幾個(gè)問題。該傳感技術(shù)非常精確（<±1％），具有較長使用壽命（> 10年），可以方便地檢測不同成分的液體或氣體，并調(diào)整介質(zhì)和管道腐蝕污染的影響。超聲波儀表沒有活動(dòng)部件，因此無需重新校準(zhǔn)。
用于流量測量的超聲波頻率范圍為100kHz至4MHz。使用一定頻率的電脈沖信號(hào)激發(fā)超聲波傳感器從而產(chǎn)生相應(yīng)頻率的超聲波，并使用同一聲波傳輸路徑從兩個(gè)對立的方向在不同時(shí)段發(fā)射聲波并測量聲波傳輸時(shí)間（記為上行傳輸時(shí)間和下行傳輸時(shí)間,TOF）。通過計(jì)算上下行傳輸時(shí)間的絕對時(shí)間差，進(jìn)而計(jì)算出實(shí)際流量。
安裝在流管內(nèi)部或外部的一對或多對超聲波傳感器可以用來測量TOF。下圖所示為簡易的超聲波測量原理和一些常見的超聲波傳感器布置撲。超聲波傳感器的選擇取決于待測流體的介質(zhì)類型。通常，待測流體為液體時(shí)使用頻率大于等于1MHz的超聲波傳感器，待測流體為氣體時(shí)使用頻率小于等于500kHz的超聲波傳感器。
超聲波測量原理和常見的超聲波傳感器布置拓?fù)?/span>
TOF測量的精確度將直接影響流量計(jì)量的分辨率和精度。TOF通常以皮秒（ps）或納秒（ns）計(jì)量，它的主要參數(shù)包括零流量漂移（ZFD）、標(biāo)準(zhǔn)偏差（STD）、最小和最大可檢測流量、流量、流速、體積、絕對值（Abs）TOF和Delta（Δ）TOF。流量表行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；最常見的是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）4064、國際法制計(jì)量組織（OIML）R49和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN）1434。TI的超聲波流量表方案能夠達(dá)到符合標(biāo)準(zhǔn)的高水平精度要求。
TI的 MSP430FR6047 微控制器（MCU）是一款用于液體計(jì)量的高度集成的片上系統(tǒng)（SoC），專門針對使用超聲波傳感技術(shù)測量精確TOF的需求量身定制，具有基于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）的波形捕獲技術(shù)。
MSP430FR6047和超聲波換能器連接示意圖
一對超聲波換能器可以直接與MSP430FR6047 MCU集成的超聲波外設(shè)(USS)連接。USS使用高速8MSPS的Σ-Δ ADC可以靈活的對每個(gè)傳感器進(jìn)行獨(dú)立的激勵(lì)和響應(yīng)捕獲。USS再將捕獲的波形采用多種數(shù)字信號(hào)處理算法進(jìn)行下一步處理。MSP430FR6047 MCU中采用的波形捕獲技術(shù)和處理方法能夠得到一流的分辨率（<5ps） —— 對住宅和工業(yè)應(yīng)用中的液體和氣體流量檢測是一個(gè)突破性系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
目前大多數(shù)超聲波流量計(jì)都是電池供電的，然而基于MSP430FR6047 MCU的超聲波流量表解決方案的平均耗電量僅為3 μA，從而能夠達(dá)到10多年的使用壽命。此外，此方案亦可擴(kuò)展到熱量計(jì)。
用于流量測量的超聲波傳感集成了以下優(yōu)勢：尺寸更小、成本更低、精度和穩(wěn)定性提高、延長產(chǎn)品壽命、可與智能電網(wǎng)連接等。
