發(fā)布時(shí)間：2020-07-23 21:10

【摘要】：在我國(guó),隨著天然氣使用的普及,超聲波流量計(jì)在天然氣的管道輸送和貿(mào)易結(jié)算中得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)氣體流量計(jì)相比,超聲波氣體流量計(jì)具可雙向測(cè)量性、量程比高、重復(fù)性好、內(nèi)部無(wú)移動(dòng)部件和幾乎無(wú)管道內(nèi)壓損等優(yōu)勢(shì),成為氣體輸送和貿(mào)易計(jì)量的最佳選擇,具有廣闊的應(yīng)用前景。但是,超聲波氣體流量計(jì)也存在測(cè)量精度受到流體流動(dòng)特性影響嚴(yán)重的問(wèn)題。本論文針對(duì)低流速下六聲道氣體超聲波流量計(jì)采用傳統(tǒng)聲道融合算法測(cè)量誤差較大的問(wèn)題,分析了采樣頻率對(duì)弦聲道渡越時(shí)間測(cè)量精度的影響,提出了采用兩個(gè)過(guò)徑聲道進(jìn)行聲道融合的方法,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法可以減小低流速下超聲波流量計(jì)的測(cè)量誤差;針對(duì)中高流速下互相關(guān)法渡越時(shí)間計(jì)算出現(xiàn)的5μs分層問(wèn)題(超聲波探頭的工作頻率為200kHz),提出將超聲波信號(hào)第一和第二包絡(luò)結(jié)合處波形作為參考波形的方法,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性。論文的主要研究?jī)?nèi)容和取得的成果有如下幾個(gè)方面:1.研究了低流速情況下多聲道融合問(wèn)題。低流速狀態(tài)下弦聲道線平均流速很小,在采樣頻率的限制下,其渡越時(shí)間的測(cè)量分辨率不夠,導(dǎo)致常規(guī)多聲道融合方法測(cè)得的流量精度以及重復(fù)性較低。為此,論文提出在采樣頻率受限的情況下,在低流速狀態(tài)下氣體體積流量較為合理的計(jì)算方式為采用過(guò)徑聲道的雙聲道融合計(jì)算方法。2.提出了一種新的參考波形選取方法,采用第一包絡(luò)與第二包絡(luò)結(jié)合處波形作為參考波形。超聲波在氣體管道中傳播時(shí)信號(hào)的衰減、畸變比較嚴(yán)重,同時(shí)管道中氣體流速、超聲波換能器安裝方向會(huì)進(jìn)一步影響超聲波信號(hào)傳播,造成超聲波信號(hào)的不穩(wěn)定。超聲波探頭的工作頻率為200kHz時(shí),采用互相關(guān)算法計(jì)算得到的渡越時(shí)間存在5μs分層問(wèn)題。分析結(jié)果表明導(dǎo)致出現(xiàn)該問(wèn)題的原因是互相關(guān)結(jié)果的最大波峰值和次大波峰值非常接近,在噪聲的作用下,最大峰值點(diǎn)會(huì)在相鄰的兩個(gè)波峰間波動(dòng)。將第一包絡(luò)與第二包絡(luò)結(jié)合處波形作為參考波形的方法,可有效解決傳統(tǒng)參考波形選擇方法中在中高流速段渡越時(shí)間計(jì)算值出現(xiàn)5μs分層的問(wèn)題。3.在實(shí)驗(yàn)室的六聲道氣體超聲波流量計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)上述研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了低流速下過(guò)徑雙聲道融合算法和新型參考波形的有效性。實(shí)驗(yàn)分為低流速區(qū)和中高流速區(qū),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在低流速區(qū),排除流速異常點(diǎn)(鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不均導(dǎo)致的氣流不穩(wěn)定)外流量計(jì)相對(duì)誤差從10%減小至3%以內(nèi),重復(fù)性由7%提高至2%以內(nèi);在中高流速區(qū),流量計(jì)相對(duì)誤差從3%減小至1.5%以內(nèi),重復(fù)性由4%提高至1%以內(nèi)。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH814.92
【圖文】：

換能器２逡逑圖２．１時(shí)差法測(cè)量原理圖逡逑時(shí)差法超聲波流量計(jì)的工作原理如圖２．１：上游換能器１發(fā)射超聲波信號(hào)，逡逑下游換能器２接收超聲波信號(hào)，測(cè)出超聲波信號(hào)從換能器１到換能器２的傳播時(shí)逡逑間為順流傳播時(shí)間下游游換能器２發(fā)射超聲波信號(hào)，上游換能器］接收超逡逑聲波信號(hào)，測(cè)出超聲波信號(hào)從換能器２到換能器１的傳播時(shí)間為逆流傳播時(shí)間逡逑通過(guò)測(cè)量超聲波順、逆流傳播的渡越時(shí)間計(jì)算流體流速［２Ｗ２］。逡逑超聲波在流體中傳播的順流渡越時(shí)間為：逡逑（２＿１）逡逑逆流渡越時(shí)間為：逡逑＝邋（２＇２）逡逑９逡逑

２．２．１過(guò)零檢測(cè)法逡逑過(guò)零檢測(cè)技術(shù)經(jīng)常和閾值檢測(cè)技術(shù)結(jié)合使用，當(dāng)信號(hào)的幅值超過(guò)預(yù)先設(shè)定的逡逑閾值時(shí)，啟動(dòng)過(guò)零檢測(cè)電路對(duì)信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。其工作原理可以用圖２．２逡逑來(lái)說(shuō)明。圖中的虛線為事先設(shè)定的閾值，當(dāng)超聲波接收信號(hào)幅值達(dá)到閾值時(shí)，開(kāi)逡逑啟過(guò)零檢測(cè)，圖中所標(biāo)示的黑點(diǎn)即為所檢測(cè)的過(guò)零點(diǎn)，將該點(diǎn)作為超聲波接收信逡逑號(hào)的到達(dá)時(shí)刻。從超聲波激發(fā)到該時(shí)刻的時(shí)間成為超吉波的渡越時(shí)間。在氣體中逡逑１０逡逑

以ｋ＝＇逡逑Ｊ？ＳｉＳ：（0為互相關(guān)計(jì)算結(jié)果。當(dāng)ｉ？Ｖ２（ｒ）取最大值時(shí)，最大值對(duì)應(yīng)的ｔ為信號(hào)逡逑Ｓ１＊Ｓ２之間的時(shí)延。圖２．３為互相關(guān)計(jì)算渡越時(shí)間的原理圖：逡逑傘逡逑痛＞邐ｈ－ｉ逡逑＾，．邋（ｉ；ｈ邐＾邋４邋Ｉｆｃ邋．逡逑圖２．３互相關(guān)算法原理逡逑在進(jìn)行渡越時(shí)間計(jì)算時(shí)，首先在靜態(tài)環(huán)境下采集超聲波信號(hào)作為參考波形，逡逑然后將超聲波接收信號(hào)與參考波形進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，計(jì)算它們的時(shí)延。圖２．３中，逡逑（１）為參考波形。當(dāng)流量計(jì)工作時(shí)，首先延時(shí)一段時(shí)間Ｔ，然后采集到接收波逡逑形如（２），將參考波形和接收波形做互相關(guān)運(yùn)算得到互相關(guān)函數(shù)的波形如（３）。逡逑互相關(guān)計(jì)算結(jié)果中最大值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)＆就是時(shí)延。由于信號(hào)在接收之前延時(shí)了時(shí)逡逑間Ｔ，因此，實(shí)際渡越時(shí)間為（Ｔ＋ＡＯ。．逡逑在高流速下，管道中氣體流動(dòng)對(duì)超聲波的調(diào)制作用非常強(qiáng)，噪聲千擾非逡逑常嚴(yán)重。在不同的流速下

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 龍鳳;龍賀;劉冀雄;;淺談超聲波流量計(jì)的安裝及標(biāo)定方法[J];北方釩鈦;2012年04期

2 馮桂紅;;采用便攜式超聲波流量計(jì)對(duì)在線流量計(jì)的檢測(cè)[J];梅山科技;2009年03期

3 周亮文;;水監(jiān)測(cè)用超聲波流量計(jì)的應(yīng)用及問(wèn)題探討[J];萊鋼科技;2005年01期

4 羅暉,;;超聲波流量計(jì)在實(shí)踐中的應(yīng)用探討[J];城市建設(shè)理論研究(電子版);2018年23期

5 孫冠男;;超聲波流量計(jì)在油田測(cè)試中的應(yīng)用分析[J];石化技術(shù);2018年12期

6 張楠;;超聲波流量計(jì)的原理與應(yīng)用[J];工業(yè)計(jì)量;2019年03期

7 王銀鎖;梁引珠;;超聲波流量計(jì)的使用與維護(hù)[J];工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置;2017年06期

8 孫曉麗;;論工藝參數(shù)對(duì)超聲波流量計(jì)的影響及簡(jiǎn)單應(yīng)對(duì)措施[J];化學(xué)工程與裝備;2018年04期

9 司長(zhǎng)城;;氣體超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用技術(shù)分析[J];科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊;2018年14期

10 郭建光;;超聲波流量計(jì)在測(cè)量火炬氣中的應(yīng)用[J];化工自動(dòng)化及儀表;2018年11期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 江通;王麗萍;李銳;丁振華;彭才芳;雷迪澍;王煒;張寧;;超聲波流量計(jì)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用[A];第十二屆寧夏青年科學(xué)家論壇石化專(zhuān)題論壇論文集[C];2016年

2 張亞先;李長(zhǎng)奇;孫麗梅;劉守寧;;基于時(shí)差法的氣體超聲波流量計(jì)算法研究[A];天津市電視技術(shù)研究會(huì)2009年年會(huì)論文集（1）[C];2009年

3 李瑾;;氣體超聲波流量計(jì)遠(yuǎn)程診斷介紹[A];山東省石油學(xué)會(huì)油田電力、通信及自動(dòng)化技術(shù)研討會(huì)優(yōu)秀工程技術(shù)論文集[C];2009年

4 黃雪蓮;;便攜式雙聲道超聲波流量計(jì)在線檢測(cè)的常見(jiàn)問(wèn)題[A];江蘇計(jì)量測(cè)試學(xué)術(shù)論文集（2009）[C];2009年

5 王小波;李艾華;崔宏亮;黃華;;基于FPGA的便攜式超聲波流量計(jì)設(shè)計(jì)[A];第七屆全國(guó)信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

6 容顯政;解禾;黃宇飛;;用于環(huán)保的超聲波流量計(jì)[A];2000電子產(chǎn)品防護(hù)技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2004年

7 張永剛;;萬(wàn)家寨引黃入晉頭馬營(yíng)超聲波流量計(jì)精度現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)[A];中國(guó)水利學(xué)會(huì)2013學(xué)術(shù)年會(huì)論文集——S4水利信息化建設(shè)與管理[C];2013年

8 陸春;;淺談便攜式超聲波流量計(jì)在線測(cè)試的應(yīng)用[A];江蘇省計(jì)量測(cè)試學(xué)術(shù)論文集（2014）[C];2014年

9 葛俊杰;王英民;;多點(diǎn)測(cè)量的時(shí)差式超聲波流量計(jì)[A];中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)1999年青年學(xué)術(shù)會(huì)議[CYCA'99]論文集[C];1999年

10 呂清華;唐慧強(qiáng);;氣體超聲波流量計(jì)的設(shè)計(jì)[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)2005年學(xué)術(shù)年會(huì)測(cè)控技術(shù)與節(jié)能環(huán)保學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 大同市熱力有限公司 梁文;超聲波流量計(jì)在熱力行業(yè)的應(yīng)用[N];山西科技報(bào);2003年

2 記者 羅建東　通訊員 王擁軍;新型超聲波流量計(jì)落戶鄯善油田[N];中國(guó)石油報(bào);2009年

3 劉久光;華中輸氣攻克超聲波流量計(jì)溫度死機(jī)[N];中國(guó)石油報(bào);2008年

4 郭志杰;美國(guó)通用公司氣體超聲波流量計(jì)進(jìn)入中國(guó)[N];中國(guó)石油報(bào);2006年

5 霍殿中;超聲波流量計(jì)測(cè)量技術(shù)[N];中國(guó)水利報(bào);2003年

6 記者 吳正懿;科遠(yuǎn)股份終止收購(gòu)南京申瑞[N];上海證券報(bào);2011年

7 特約記者 南潔　通訊員 馬瑾;蘇里格氣田首次應(yīng)用氣體超聲波流量計(jì)[N];中國(guó)石油報(bào);2011年

8 本報(bào)記者 郭丹 王海洋;用高新技術(shù)引領(lǐng)企業(yè)闖難關(guān)[N];本溪日?qǐng)?bào);2009年

9 郭喜鋒 任紹雷;自主攻關(guān)維修洋設(shè)備[N];中國(guó)石化報(bào);2015年

10 ;一流的技術(shù)、一流的產(chǎn)品、一流的質(zhì)量、一流的服務(wù)[N];本溪日?qǐng)?bào);2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 李冬;基于流場(chǎng)和聲場(chǎng)耦合的超聲流量測(cè)量技術(shù)研究[D];山東大學(xué);2018年

2 方敏;數(shù)字式氣體超聲波流量計(jì)信號(hào)激勵(lì)、處理與系統(tǒng)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

3 鮑敏;影響氣體超聲波流量計(jì)計(jì)量精度的主要因素研究[D];浙江大學(xué);2004年

4 王雪峰;基于時(shí)差法氣體超聲波流量計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2011年

5 秦龍輝;多聲道超聲波流量計(jì)算與流場(chǎng)剖面識(shí)別智能算法[D];浙江大學(xué);2016年

6 劉永輝;圓管過(guò)渡區(qū)流速特性的研究[D];山東大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 湯士楨;時(shí)差法互相關(guān)氣體超聲波流量計(jì)低流速計(jì)算及參考波形研究[D];浙江大學(xué);2018年

2 王藝林;氣體超聲波流量計(jì)高壓驅(qū)動(dòng)與信號(hào)處理技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2019年

3 田雷;氣體超聲波流量計(jì)激勵(lì)和信號(hào)處理方法研究與實(shí)現(xiàn)[D];合肥工業(yè)大學(xué);2018年

4 董雅琳;管道傳輸氣體超聲波流量計(jì)的研制[D];大連理工大學(xué);2018年

5 秦凡;高精度超聲波流量計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];西京學(xué)院;2019年

6 馬超超;基于時(shí)差法的雙聲道氣體超聲波流量計(jì)的研制[D];中國(guó)計(jì)量大學(xué);2017年

7 高巖;基于匹配電路的低功耗氣體超聲波流量計(jì)激發(fā)接收電路研究[D];浙江大學(xué);2019年

8 原佳豪;基于編碼激發(fā)的氣體超聲波流量計(jì)信號(hào)處理方法研究[D];浙江大學(xué);2019年

9 張嘉辰;基于FPGA的超聲波流量計(jì)的設(shè)計(jì)與研究[D];電子科技大學(xué);2018年

10 馬志壘;基于ZigBee的超聲波流量計(jì)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];天津工業(yè)大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2767844