时差法超声波流量计的研制及流场适应性研究

发布时间：2017-12-25 11:28

本文关键词：时差法超声波流量计的研制及流场适应性研究　出处：《浙江理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：超声波流量计是一种高精度、非接触式、无压损、高量程比、高适用性的流量检测仪表，在工业检测领域得到了广泛的应用，市场前景广阔。目前使用的大中型超声波流量计，工作环境良好，包括弯管前后直管段长度都有较大的设计馀量，基本能满足流场充分发展的测量要求。而中小口径流量计的流场条件相对较差，因此要求对流场有较好的适应性，超声波流量计向小口径发展时，将受到非理想流场问题的较大影响，国内对超声波流量计的研究集中在硬件电路和信号处理方面，少有涉及流场适应性问题。本文对超声声波流量计在非理想流场中的适应性展开深入研究，以提高现有的测量技术。首先，针对流场温度、压力等状态因素对测量的影响问题，提出了一种具有补偿功能的时差算法，通过对算法中声速和电路延时的排除，提高了测量精度。其次，运用流体力学知识，论证了弯管流场导致的流场速度分布改变对检测精度的影响，通过对弯管二次流影响声道线方式的研究，分析了弯管二次流垂直误差与水平误差产生的原因并推导出了计算公式。结合实际的流量计使用情况，设定雷诺数的变化范围和流量计安装位置，定量分析了安装在弯管下游不同位置的流量计在不同雷诺数下的误差规律。借鉴流体惯性规律，提出用压力差来表现二次流强度，结合误差仿真结果通过测量压力差来对弯管二次流误差进行修正的方法，压力差的测量位置分别为弯管出口处的管道顶端和底端。接着，对时差法超声波流量计进行了研制。设计了以TI公司的TMS320F2812DSP为核心的硬件电路系统，采用电压调幅使特征点明显的方法激励换能器，使接收信号过零点的判断更加稳定，过零点的判断通过特定的检测电路完成，采用抗干扰措施，以提高系统的稳定性。根据超声波发射的要求，设计了合理的管段结构。通过对接收波形的对比，，筛选出一对性能较好的压电换能器探头。最后，利用实验测量系统测试了电路延时完成补偿算法，对多个标定流量点进行了样机的实流检测，验证了流场适应性仿真结果和补偿方法的有效性。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH814.92

【参考文献】