【摘 要】
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溶液浓度是表征溶液特性的主要参量之一，是工农业生产和科学研究实验中一项重要的计量参数。近年来超声波浓度计因其适用范围广、对环境要求低和非接触测量等特点逐步得到人们
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溶液浓度是表征溶液特性的主要参量之一，是工农业生产和科学研究实验中一项重要的计量参数。近年来超声波浓度计因其适用范围广、对环境要求低和非接触测量等特点逐步得到人们的认可。本文采用低功耗微控制器PSoC3和高精度时间数字转换芯片TDC-GP21，研究了一种基于声速法的超声波浓度计。 该超声波浓度计主要由核心控制模块、温度测量模块和超声波传播时间测量模块等几部分组成，可以实现液体浓度的测量和实时显示。其中，控制模块以赛普拉斯半导体公司的可编程片上系统PSoC3为核心进行设计，充分利用PSoC3丰富的外设资源和硬件运算能力，对各个功能模块进行控制和数据处理。时间测量模块选取德国ACAM公司的时间数字转换芯片TDC-GP21，利用芯片测得高精度的超声波传播时间，为浓度测量的准确性奠定了基础。温度采集模块采用DS18B20数字温度传感器，通过测量液体温度对声速法进行温度补偿。超声波的收发选取了APC公司收发一体的压电陶瓷片，中心频率为1MHz，利用陶瓷片的压电效应进行电信号与超声波的转换。 超声波浓度计基于声速法进行设计，通过测量超声波在不同浓度下所对应的传播速度来得到液体浓度，同时温度也是影响超声波传播速度的一大因素。搭建实验平台，测量不同浓度与不同温度下对应的超声波传播速度。通过对数据进行处理，利用最小二乘法拟合出不同温度区间浓度和声速的关系方程。超声波传播时间的测量精度决定着浓度计的准确度，文中采用的测时芯片精度能够达到90ps，保证了测量的准确性。 最后，通过实验测试了各个模块的功能和系统总体功能，浓度误差控制在±0.2%以内。因此本论文所设计的超声波浓度计具有准确性好、功耗低且具有温度补偿等优点，能够满足液体浓度测量的需求。
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