【摘要】：超聲波流量計是一種非接觸式的智能化的新型流量計,具有應用范圍廣、制造成本低、精度高、抗環(huán)境影響能力強等優(yōu)點。但是,國內研制的超聲波流量計在成本、精度、工藝和電路設計以及穩(wěn)定性等方面都與國外水平還有較大差距。目前我國的石油開采、天然氣勘探、航空制造、生物醫(yī)療等領域應用的超聲波流量計大部分是國外超聲波流量計產品,其成本高且維護難。因此,研發(fā)一種成本低、易安裝、高精度、智能化的超聲波流量計具有重要應用價值。由于超聲波流量計涉及到的原理和算法較多,論文在已有的超聲波流量計系統的基礎上,引入新型時差法,以MSP430低功耗芯片為主控制芯片,以TDC-GP22為時間測量芯片,旨在設計一種切實可行的、滿足國家標準的超聲波流量計。首先介紹了本課題的研究意義、背景以及國內外的研究現狀和發(fā)展趨勢,以及超聲波流量計的算法原理,分析了流場對超聲波流量計帶來的影響以及補償系數的計算算法,闡述了影響超聲波流量計的誤差因素,在系統的設計過程中盡可能的避免這些因素的影響;然后根據本課題的系統總設計方案在硬件方面搭建基礎的電路圖,根據所確定硬件性能及參數,硬件電路包括超聲波電路(包括溫度檢測電路以及換能器)、電源電路、M-Bus電路、LCD顯示電路、光感應按鍵電路等;軟件部分通過IAR軟件平臺完成編程以及調試;第三采用數字濾波技術,防止數據采集時出現的隨機誤差影響系統的不穩(wěn)定;第四完成樣機設計,并對樣機進行測試,通過目前精確度較高的德魯臺進行測量,對M-Bus模塊進行測試,分析確定能實現遠程抄表的功能。最后分析測試結果,找到導致誤差因素,并給出了修正措施。結果表明,該設計不僅能盡可能降低系統的功耗,能夠解決人工抄表的問題;通過光感應模塊代替按鍵切換屏幕,降低了成本,使超聲波流量計更加功能智能化、體積越小化、功耗最低化。論文的主要貢獻為:(1)給出了流量計的硬件設計電路圖;(2)給出了流量計的軟件設計流程圖;(3)設計了一種超聲波流量計,并對樣機進行了性能測試和誤差分析。
【學位授予單位】：西京學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH814.92
【圖文】：

別安裝換能器 1 和換能器 2，在安裝過程中存在一定的角度θ，如圖 2.1 所示 1 為發(fā)送端，換能器 2 為接收端，此過程被稱為順流方向。通過電路轉換，1 為接收端，換能器 2 為發(fā)送端，此過程被稱為逆流方向。超聲波在流體傳播受到流體的影響，順流傳輸時間1t 與逆流傳輸時間2t 必定會有存在差值 Δt ，出這個差值，便可以計算待測流體的流速v，流體的瞬時流量Q也會被計算出量原理如圖 2.2 所示。

安裝換能器 1 和換能器 2，在安裝過程中存在一定的角度θ，如圖 2.1 為發(fā)送端，換能器 2 為接收端，此過程被稱為順流方向。通過電路轉接收端，換能器 2 為發(fā)送端，此過程被稱為逆流方向。超聲波在流體到流體的影響，順流傳輸時間1t 與逆流傳輸時間2t 必定會有存在差值 這個差值，便可以計算待測流體的流速v，流體的瞬時流量Q也會被計原理如圖 2.2 所示。圖 2.1 時差法測量原理

狀態(tài)[25]。來的流體流速v帶入瞬時流量中可能帶來極大的誤差，一進行修正，計算流量時便會引入修正系數k ，k 就是管道均流速的比例關系，那么瞬時流量的計算公式為：4π2DvQ = kk 與雷諾數eR 的大小緊密相關，eR 由流體的粘度、管徑和計算，當流體在管內流動時，eR 可表示為[26~27]：eevDRγ = 是流體速度，eγ 是流體運動粘度， D 是管道內徑。低時，即雷諾數 ≤2300eR ，流體在管內流速為層流狀態(tài)，很高時，即 ≥4000eR 時，管內流速為紊流狀態(tài)，其分布為000時，管內流速為過渡狀態(tài)，即為湍流狀態(tài)，其分布既有]。如圖 2.3 和圖 2.4 分別為層流狀態(tài)和紊流狀態(tài)。

【參考文獻】

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本文編號：2790211