【摘要】：氣體流量檢測在化工、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)和日常生活中起著重要作用,超聲氣體流量計具有非接觸性、穩(wěn)定可靠、測量精度高和安裝簡便等優(yōu)勢,在氣體流量測量領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于氣體的特殊性和測量條件的多變性,超聲氣體流量計的性能還不夠完善,有待進(jìn)一步研究與分析。尤其是對小流量測量而言,依然處于研制和小范圍使用階段。因此,對基于超聲檢測的氣體小流量測量的研究與測量系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計具有理論和實際意義。本文提出一種基于時差法超聲檢測的氣體流量計設(shè)計方案,首先對其流量測量機(jī)理進(jìn)行研究,設(shè)計一種針對小管徑內(nèi)氣體流量的高精度檢測方法。從超聲氣體流量計的測量不確定度出發(fā),指出系統(tǒng)測量精度的關(guān)鍵因素并進(jìn)行具體分析;采用增加超聲傳播聲程和減小超聲衰減系數(shù)的平行單聲道安裝法;在理論計算公式的研究前提下增加系統(tǒng)的溫壓補償,提高檢測精度;結(jié)合理論分析,建立了從PIC單片機(jī)、超聲換能器、開關(guān)切換電路、放大濾波、比較模塊再回到單片機(jī)系統(tǒng)的超聲信號調(diào)理系統(tǒng);設(shè)計了NTC熱敏電阻測溫電路和XGZP氣體壓力傳感器模塊,進(jìn)行氣體介質(zhì)的溫度和壓力測量;軟件設(shè)計部分詳細(xì)介紹了超聲氣體流量計的氣體流量測量流程,重點介紹了基于電平比較法的超聲傳播時長檢測方法。通過串口通信將測量到的超聲傳播時長數(shù)據(jù)、溫度和壓力數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)氣體流量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,采用MATLAB進(jìn)行最小二乘曲面擬合,從而得到經(jīng)驗公式相關(guān)系數(shù),發(fā)送到下位機(jī)系統(tǒng),將系數(shù)備份到EEPROM內(nèi);在實際測試過程中取出系數(shù)進(jìn)行計算,將計算結(jié)果再通過上位機(jī)驗證,驗證通過之后進(jìn)行數(shù)字濾波從而得到氣體實時流量值。本文給出了詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計方案和具體的實驗測試方案,對氧氣和氮氣的二元混合氣體進(jìn)行了實驗測試,將系統(tǒng)測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)氣體流量計測量結(jié)果進(jìn)行比較,對流量測量結(jié)果進(jìn)行了檢驗和誤差分析,并提出修正方案。實驗結(jié)果表明本文設(shè)計的超聲氣體流量計系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行并符合預(yù)期目標(biāo),能夠?qū)崿F(xiàn)針對小管徑內(nèi)氣體流量的高精度測量,流量最大誤差小于0.1L/min。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH814.92

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2701749