目前,多聲道氣體流量計具有巨大的開發(fā)潛力,同時由于技術(shù)的進(jìn)步,多聲道超聲氣體流量計在測量精度上也得到大幅度提高,在大管徑測量中展現(xiàn)出優(yōu)異的性能,已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。但是,高精度超聲氣體流量計的核心技術(shù)僅僅掌握在某些外國著名公司手中,現(xiàn)今國內(nèi)還缺乏這方面的高技術(shù),為此本文針對多聲道超聲波氣體流量計存在的問題進(jìn)行研究,旨在解決多聲道超聲波氣體流量計的關(guān)鍵技術(shù)。通過研究,發(fā)現(xiàn)超聲計量中存在的諸多問題,尤其是在大管徑中氣體流場復(fù)雜的情況下衍生的各類問題,力求獲得到穩(wěn)定性好、測量精度高的多聲道超聲氣體流量計解決方案。首先,本文以前人的流體理論分析為依據(jù),根據(jù)流場分布規(guī)律,從中尋找突破點。從基礎(chǔ)理論出發(fā),對于兩種流態(tài)——層流和湍流,建立數(shù)學(xué)模型,分析其分布特點。同時,結(jié)合雷諾數(shù)這一流體特征參數(shù),得到管徑DN200下,空氣流速與雷諾數(shù)的對應(yīng)關(guān)系�；趫A管內(nèi)普朗特流速分布經(jīng)驗公式,對超聲流量計在整個量程范圍(0.3~30m/s)內(nèi)進(jìn)行分析,得到流速不同時,管道內(nèi)流速的大致分布情況。其次,對四聲道超聲氣體流量計進(jìn)行建模分析,分別建立了兩種平行聲道布置方式的模型,第一種是按均分的布置方式,四聲道將管道分成等寬的五部分,還有一種按Gauss-Lengendre聲道布置方法,利用數(shù)值積分法,分別得到兩種方法的權(quán)值。根據(jù)流速分布經(jīng)驗公式,分別對兩種方法仿真,得到各自的測量誤差。該模型較好地體現(xiàn)了誤差產(chǎn)生的過程及結(jié)果。最后針對時差法多聲道超聲氣體流量計測流速進(jìn)行設(shè)計。對主要元器件一一介紹的基礎(chǔ)上,設(shè)計出各功能電路,實現(xiàn)整個電路設(shè)計目標(biāo)。采用TDC-7200作為電路核心作高精度計時芯片。整個系統(tǒng)較為簡潔,選用MSP430作為主控芯片,該單片機(jī)功耗低、穩(wěn)定性好。超聲換能器工作在200KHz。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH814.92
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 流量測量及流量計的分類
    1.2 超聲波流量計的優(yōu)勢
    1.3 超聲波氣體流量計國內(nèi)外發(fā)展歷史
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
    1.5 本章小結(jié)
第二章 氣體超聲波流量計檢測技術(shù)
    2.1 超聲波簡介及基本參量
        2.1.1 超聲波基本概念
        2.1.2 超聲波基本物理參量
    2.2 超聲波垂直入射反射基本原理
        2.2.1 單一界面的情況
        2.2.2 聲波從中間層通過的情況
    2.3 超聲波換能器原理
    2.4 時差法測流速基本原理
    2.5 本章小結(jié)
第三章 多聲道測量原理與仿真分析
    3.1 多聲道超聲波氣體流量計的建模
        3.1.1 流量計組成結(jié)構(gòu)分析
        3.1.2 多聲道測量原理
        3.1.3 普通插值積分權(quán)重值計算
        3.1.4 基于GAUSS積分法權(quán)重值計算原理
    3.2 多聲道建模的模型分析與仿真
        3.2.1 模型誤差分析
        3.2.2 模型仿真及分析
    3.3 本章小結(jié)
第四章 多聲道超聲波氣體流量計的設(shè)計
    4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
        4.1.1 硬件整體結(jié)構(gòu)
        4.1.2 前置放大濾波電路設(shè)計
        4.1.3 超聲波模擬前端電路設(shè)計
        4.1.4 高精度計時電路設(shè)計
        4.1.5 單片機(jī)模塊
        4.1.6 電源電路設(shè)計
        4.1.7 電路板布局
    4.2 軟件設(shè)計
        4.2.1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
        4.2.2 主程序模塊
        4.2.3 計時TDC模塊
        4.2.4 與單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計
    4.3 本章小結(jié)
第五章 超聲波氣體流量計實驗研究
    5.1 超聲波氣體流量計試驗方案
        5.1.1 試驗方案設(shè)計
        5.1.2 試驗流程
    5.2 試驗平臺
    5.3 試驗步驟
    5.4 實驗結(jié)果分析
    5.5 流速的修正
    5.6 插值法
    5.7 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 本文研究內(nèi)容總結(jié)
    6.2 前景展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻碩期間取得的研究成果

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王賢妮;;超聲波流量計的研究現(xiàn)狀[J];工業(yè)計量;2015年06期

2 黃艷芝;賈偉;范思航;艾治余;;超聲波測流量的收發(fā)電路研究[J];電子測試;2013年Z1期

3 孫軼卿;朱小花;;超聲波流量計及其在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用[J];上海計量測試;2009年01期

4 王宏偉;戚翠紅;;超聲波流量計在油田污水計量中的應(yīng)用探討[J];科技信息(科學(xué)教研);2008年15期

5 戴麗萍;何濤;;超聲波換能器的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J];江蘇電器;2008年04期

6 王明吉;周圍;;單聲道超聲流量計在單彎管流場中的適應(yīng)性研究[J];工業(yè)計量;2007年06期

7 吳斌;趙剛;夏冰;;淺談超聲波流量計的分類和實際應(yīng)用[J];中國計量;2006年11期

8 王秉仁;張雷;姜小麗;;超聲波測速技術(shù)在流量測量中的應(yīng)用[J];礦山機(jī)械;2006年02期

9 王華青;;氣體超聲流量計測量原理、標(biāo)定及維護(hù)[J];計量技術(shù);2006年01期

10 賈寶賢,邊文鳳,趙萬生,王振龍;壓電超聲換能器的應(yīng)用與發(fā)展[J];壓電與聲光;2005年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

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

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

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 陳煒剛;氣體超聲波流量計非理想流場分析與補(bǔ)償方法[D];浙江大學(xué);2015年

2 楊志輝;高速氣體超聲波流量計的研究[D];東華理工大學(xué);2014年

3 歐陽詩慧;基于時差法多聲道超聲波氣體流速測量的研究[D];燕山大學(xué);2014年

4 李紅娟;基于TDC-GP21芯片的超聲波流量計設(shè)計及實現(xiàn)[D];寧夏大學(xué);2014年

5 鄧凱;基于時差法超聲波流量計的設(shè)計與研究[D];華南理工大學(xué);2013年

6 馬春浩;破片速度測量系統(tǒng)校準(zhǔn)方法研究[D];南京理工大學(xué);2013年

7 梅海舟;基于TDC-GP21型超聲波流量計的開發(fā)與研究[D];華南理工大學(xué);2012年

8 程文杰;超聲波流量計在輸氣管道現(xiàn)場運用的研究[D];西南石油大學(xué);2011年

9 王文濤;多聲道氣體超聲流量計流場適應(yīng)性[D];東北石油大學(xué);2011年

10 肖海;基于FPGA的時差法超聲波氣體流量計的研究與實驗驗證[D];電子科技大學(xué);2009年

本文編號：2862689