矿用超声波流量计系统设计

发布时间：2017-10-23 03:20

  本文关键词：矿用超声波流量计系统设计

  更多相关文章： 超声波流量计 EFM32 TDC-GP22 时差法 低功耗

【摘要】：超声波束以固定角度发射一束超声波到流动的流体中,声波束传播过程中会加载上流体流速的信息,通过简单、可靠的信号处理方法,得到速度信息进而转换成可见的流量信息,这就是超声波流量计的工作原理。相比较当前传统流量计而言,超声波流量计具有测量准确度高、适应环境能力强、量程比宽、无压损、无可动部件、安装使用费低等诸多优势。随着电子技术及传感器技术的高速发展,超声波气体流量计性能逐步提高,应用场合逐渐增多,理论研究也日趋完善,逐步走向实用化和广泛化。煤矿井下开采过程中,瓦斯抽采监测计量系统至关重要,保证充分利用能源资源的同时防范瓦斯爆炸事故的发生。本文对流量测量原理、低压驱动换能器、信号接收发送、系统功耗等方面进行了研究,提出相关硬件测量电路的具体实现方法,给出了一种以超低功耗单片机EFM32和高精度时间测量芯片TDC-GP22为核心元件的矿用超声波流量计方案。首先,本文以国内外超声波气体流量计相关文献为基础,讨论了流量计的研究背景和国内外发展现状,简要介绍了多种超声波气体测量技术,重点阐述时差法流量测量原理,分析影响测量精度的因素并给出优化方案。在此理论的基础上,本文以EFM32为核心元件,分别从换能器选择、基于时差法的测量电路以及功能模块电路三部分进行了硬件设计,详细阐述了设计思路以及给出相关硬件电路原理图。软件设计方面,项目采用模块化结构设计,包括流量测量模块、系统初始化模块、数据采集和处理模块、人机交互模块以及数据远程传输模块等。每个模块详细阐明了思路和给出相关流程图,以及关键的协议或程序。考虑到工业应用中对流量计的高精确度和低功耗要求,因此本文从机械安装方面和软、硬件方面着手,分析了影响超声波流量计测量精度和功耗的因素,并提出了相关优化方案。最后样机通过音速喷嘴气体流量标定系统进行实验标定。结果表明,该系统运行稳定,测量精度高,功耗极低,达到了预期的设计要求,市场前景广阔,有望于推广使用。
【关键词】：超声波流量计 EFM32 TDC-GP22 时差法 低功耗
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH814.92
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 流量计的研究背景12-13
• 1.2 流量计分类及特点13-15
• 1.3 超声波流量计的发展过程以及国内外现状15-17
• 1.4 论文研究目的和意义17
• 1.5 论文研究内容17-19
• 第二章 超声波流量计测量技术研究19-26
• 2.1 超声波流量测量方法19-21
• 2.1.1 传播速度差法工作原理19-20
• 2.1.2 多普勒法工作原理20
• 2.1.3 波束偏移法工作原理20-21
• 2.1.4 噪声法工作原理21
• 2.1.5 相关法工作原理21
• 2.2 基于时差法的测量算法研究21-23
• 2.3 影响时差法流量测量的因素分析23-26
• 2.3.1 管段几何参数及安装方式的影响24
• 2.3.2 管道流场状态的影响24-25
• 2.3.3 信号处理方式的影响25-26
• 第三章 超声波流量计系统硬件设计26-41
• 3.1 系统总体方案26-27
• 3.2 超声波换能器选择27-28
• 3.3 基于时差法的测量电路设计28-32
• 3.3.1 前端信号驱动电路29-31
• 3.3.2 后端信号处理电路31-32
• 3.4 功能模块电路设计32-41
• 3.4.1 温度测量模块电路32-33
• 3.4.2 压力测量模块电路33-35
• 3.4.3 人机交互模块电路35
• 3.4.4 RS485总线接口电路35-36
• 3.4.5 信息持久化存储电路36-37
• 3.4.6 系统电源电路设计37-39
• 3.4.7 GPRS DTU硬件电路设计39-41
• 第四章 超声波流量计系统软件设计41-55
• 4.1 软件总体设计41-43
• 4.1.1 模块化设计41-42
• 4.1.2 主程序控制流程图42-43
• 4.2 流量测量模块软件设计43-45
• 4.3 功能模块软件设计45-55
• 4.3.1 初始化模块45
• 4.3.2 数据采集和处理模块45-47
• 4.3.3 人机交互实现47-49
• 4.3.4 串口通讯设计49-51
• 4.3.5 数据远程传输51-55
• 第五章 流量计性能优化及现场测试分析55-64
• 5.1 超声波流量计性能优化55-58
• 5.1.1 低功耗优化措施55-56
• 5.1.2 高精度测量优化措施56-58
• 5.2 超声波流量计的计量要求58
• 5.3 超声波流量计性能测试58-63
• 5.3.1 仪表性能参数及指标58-60
• 5.3.2 试验装置简介60-62
• 5.3.3 系统调试及测试62-63
• 5.4 功耗测试试验63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 6.1 总结64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-69
• 攻读学位期间的研究成果69-70
• 致谢70

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘波,李宏运;能源计量及超声波流量计的应用[J];区域供热;2001年04期

2 余立川,孙江;超声波流量计在污水处理工艺中的应用[J];自动化与仪器仪表;2001年05期

3 董浩然;超声波流量计的选型及应用[J];工业计量;2002年02期

4 石利琴;超声波流量计的应用[J];计量技术;2002年04期

5 王秀瑛;超声波流量计的原理及应用[J];山西建筑;2002年04期

6 乐勇;超声波流量计在制盐生产中的应用[J];石油化工自动化;2002年06期

7 马文安;影响便携式超声波流量计测量精度的因素分析[J];太原科技;2002年01期

8 陈启兵;蒋日明;陈幸粟;;超声波流量计的安装和使用[J];工业计量;2002年S1期

9 郑宝昌,李培清,齐畅;超声波流量计双向流计量研究[J];工业用水与废水;2003年02期

10 陈晓燕,韩君,孔昭文,张沈彬;超声波流量计测量精度的修正与探讨[J];内蒙古电力技术;2003年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 何明武;张民理;;超声波流量计测量误差分析与校验[A];企业计量测试与质量管理——中国科协2005年学术年会论文集[C];2005年

2 白建华;刘福泉;;多普勒超声波流量计在宣钢红泥测量中的应用[A];河北冶金学会炼铁技术暨学术年会论文集[C];2006年

3 魏洁;;超声波流量计在流量计现场检测中的的应用[A];江苏省计量测试学会2006年论文集[C];2006年

4 邵起超;;浅谈超声波流量计在铁路给水中的运用[A];第十届中国科协年会中部地区物流产业体系建设论坛专辑[C];2008年

5 容显政;解禾;黄宇飞;;用于环保的超声波流量计[A];2000电子产品防护技术研讨会论文集[C];2004年

6 黄雪莲;;便携式双声道超声波流量计在线检测的常见问题[A];江苏计量测试学术论文集（2009）[C];2009年

7 刘连伟;黄艳;匡美珍;;三峡电厂超声波流量计介绍[A];中国水力发电工程学会电力系统自动化专委会2009年年会暨学术交流会论文集[C];2009年

8 周济人;杨华;成立;汤方平;;超声波流量计测试大型低扬程泵流量的模型试验[A];2009全国大型泵站更新改造研讨暨新技术、新产品交流大会论文集[C];2009年

9 刘季霖;胡亮;傅新;;基于使能窗技术的时差式超声波流量计[A];中国仪器仪表学会第十一届青年学术会议论文集[C];2009年

10 谢海;陈尚松;;超声波流量计中高精度时间测量技术研究[A];2009中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前9条

1 刘久光;华中输气攻克超声波流量计温度死机[N];中国石油报;2008年

2 郭志杰;美国通用公司气体超声波流量计进入中国[N];中国石油报;2006年

3 记者 罗建东　通讯员 王拥军;新型超声波流量计落户鄯善油田[N];中国石油报;2009年

4 大同市热力有限公司 梁文;超声波流量计在热力行业的应用[N];山西科技报;2003年

5 特约记者 南洁　通讯员 马瑾;苏里格气田首次应用气体超声波流量计[N];中国石油报;2011年

6 霍殿中;超声波流量计测量技术[N];中国水利报;2003年

7 ;十年磨一剑　建恒一飞冲天[N];民营经济报;2006年

8 刘红艳;石焦集团大井水实现远程监测[N];中国冶金报;2004年

9 记者 孙世超　通讯员 王金鹏;干部争相联系企业送服务[N];威海日报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 鲍敏;影响气体超声波流量计计量精度的主要因素研究[D];浙江大学;2004年

2 王雪峰;基于时差法气体超声波流量计的关键技术研究[D];大连理工大学;2011年

3 刘永辉;圆管过渡区流速特性的研究[D];山东大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 何青;基于嵌入式系统的超声波流量计设计[D];武汉理工大学;2005年

2 陈静;超声波流量计的研制[D];西安科技大学;2004年

3 杨泽;非满管超声波流量计的研究[D];浙江大学;2015年

4 饶俊华;用于气体超声波流量计的积算仪研发[D];浙江大学;2015年

5 陈炜刚;气体超声波流量计非理想流场分析与补偿方法[D];浙江大学;2015年

6 黎裕熙;基于结构与流场分析的超声波流量计结构设计[D];浙江大学;2015年

7 曹译恒;多声道超声波流量计的设计与实验研究[D];河南工业大学;2015年

8 杨志辉;高速气体超声波流量计的研究[D];东华理工大学;2014年

9 汪伟;基于可变阈值过零检测的气体超声波流量计信号处理方法与实现[D];合肥工业大学;2015年

10 夏子青;低功耗气超声流量计的换能器激发接收电路研究[D];浙江大学;2016年

，

本文编号：1081366