超声波气体流量计

发布时间：2017-03-23 13:02

  本文关键词：超声波气体流量计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着国民经济的迅速发展,冶金、化工等各部门对气体大流量的精确测量要求日益迫切,以达到进一步实现节能、安全生产及控制污染等目的。为了满足气体流量测量不断提高的要求,超声波技术被应用于气体流量检测,于是国际上就出现了一种新兴的气体流量仪表——超声波气体流量计。超声波气体流量计是通过测量超声波脉冲沿顺、逆流两个方向上声传播时间不同来测量气体的流速和流量的新技术。由于它对流体无阻力,无压力损失,受流体物理性质限制少,以及使用简单等特点,备受业界关注,具有很大的前景。 根据本课题的特点,文中提出了适用于超声波气体流量计的高精度数字计时电路设计,计时精度可以达到0.25%,通过FPGA设计实现;系统硬件电路为微控制器+FPGA结构,微控制器是整个系统的控制核心,FPGA内部集成了系统中的大部分数字电路,这种结构设计思想大大简化了系统硬件电路的复杂性,增强了系统的稳定性与可靠性;本系统的数字电路采用柔性化设计,具有良好的硬件可升级性,改变FPGA配置电路中存储器中的程序即可改变系统中的部分硬件电路。 本系统使用的传感器为发射/接收型超声波传感器,发射超声波的中心频率为125KHz。超声波传感器采用单声道方式,Z型安装于DN150管道上,声道与气体流动方向之间的夹角为45o。系统通过频差法方式对管道内气体平均流速进行测量,基本上消除了温度变化对系统流速测量带来的影响。 模拟电路主要用于超声波发射、接收与处理,是硬件电路设计的重要组成部分。模拟电路整体上采用模块化设计,每个模块需要实现各自的功能,有很强的抗干扰能力。其次,每个模块与相邻模块之间有可靠的接口设计,保证模拟信号的可靠传输。 系统调试成功后,为了检测其测量精度,在天津大学过程检测与控制实验室的气体流量实验装置上进行试验测试。测试结果为低流速时系统检测精度较低,随着流速的增加,检测精度不断提高。综合测试结果满足系统设计要求,且运行稳定可靠。
【关键词】：超声波 流量计 FPGA 气体 频差法 试验
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH814
【目录】：

• 第一章 绪论7-13
• 1.1 课题的研究背景及意义7-8
• 1.2 国内、外研究历史及现状8-10
• 1.3 本课题的工作及主要创新点10-12
• 1.4 本文的内容安排12-13
• 第二章 流量信号检测原理13-25
• 2.1 超声波传感器13-19
• 2.2 超声波测量气体流量原理19-25
• 第三章 系统硬件电路设计与实现25-46
• 3.1 系统硬件电路总体设计25-27
• 3.2 系统电路模块设计27-46
• 第四章 FPGA数字系统设计46-61
• 4.1 FPGA芯片介绍46-50
• 4.2 FPGA内部元件例化设计50-58
• 4.3 FPGA外部接口电路设计58-61
• 第五章 系统软件设计61-67
• 5.1 系统软件功能介绍61
• 5.2 系统软件整体结构61-63
• 5.3 中断服务程序结构63-64
• 5.4 流速及流量计算程结构64-65
• 5.5 数据存储程序结构65-66
• 5.6 小结66-67
• 第六章 系统试验及数据分析67-72
• 6.1 气体流量实验装置及试验方法67-68
• 6.2 超声波气体流量计试验结果及数据分析68-72
• 第七章 总结与建议72-74
• 参考文献74-77
• 发表论文和参加科研情况77-78
• 致谢78

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 周爱国;阮杰阳;刘凯;陆敏恂;;超声波流量计影响因素的分析及对策[J];中国工程机械学报;2009年04期

2 蔡忠兴;赵辉;徐南;;四声道超声波流量计收发电路设计[J];自动化与仪表;2009年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李跃忠;多声道超声波气体流量测量关键技术研究[D];华中科技大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王文涛;多声道气体超声流量计流场适应性[D];东北石油大学;2011年

2 李新;气浮净水旋喷加压最佳溶气量控制系统研制[D];青岛理工大学;2010年

3 蒲诚;超声波气体流量计伪码相关测量技术的研究[D];天津大学;2005年

4 金晶;基于ARM的超声波风速测量系统设计[D];南京信息工程大学;2008年

5 颜丽娜;基于声速法的乳化液浓度检测系统研究[D];西安科技大学;2008年

6 杜海明;伪码相关时差法超声波气体流量计的研究[D];天津大学;2007年

7 肖海;基于FPGA的时差法超声波气体流量计的研究与实验验证[D];电子科技大学;2009年

8 顾中林;移动式起重机姿态安全传感器的设计与实现[D];南京理工大学;2009年

9 葛志鑫;移动式超声波风速风向测量系统[D];南京信息工程大学;2012年

10 周敏岚;基于WinCE6.0的超声波气体流量计设计[D];南昌大学;2012年

  本文关键词：超声波气体流量计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：263758