G2.5型气体超声波流量计研制

发布时间：2020-05-13 13:53

【摘要】：超声波流量计是近些年发展较快的流量计,以其压损小,计量精度高,非接触,量程比大,几乎不受气体温度压力等因素影响的特点,而受到企业和研究者的青睐。但气体超声波流量计的技术难度大,影响测量精度的因素多。受换能器特性、流道结构等因素影响,在测量范围0.025-4 m~3/h两端点流量测量中,呈现出超声波接收信号异常明显,使其难以达到所需测量精度和稳定性要求。本文基于大量的文献阅读,进行理论分析与方法论证,重点解决了大流量点与小流量点测量精度不高问题,设计了G2.5气体超声波流量计,并进行大量标定试验,以验证流量计性能。受换能器性能及电子器件本身噪声的影响,超声波接收信号会叠加幅值小且无规律的噪声,影响流量计测量精度,尤其是小流量点的测量精度。本文采用了有利于提高信噪比的集滤波器、放大器与比较器于一体的模拟信号处理芯片,并提出了“多STOP信号测量方法”,采用软硬件相结合的方式提高气体超声波流量计小流量点测量精度。气体超声波流量计在大流量点测量过程中,超声波信号随气体流速变化而幅值波动严重导致信号特征波选取不准确而影响测量精度。为解决超声波信号幅值波动影响测量精度的问题,采用了“可变阈值+可变增益+峰值检测”的硬件设计实现超声波信号幅值的自适应调整,且基于对超声波幅值波动对传播时间影响规律的研究,提出了超声波传播时间修正算法。采用了一种可兼顾平滑效果和响应速率的改进型卡尔曼滤波算法;基于多流量点的大量原始误差数据分析,对流量计进行误差修正。两者结合,进一步提高流量计测量精度。为了验证系统硬件设计、软件算法的合理性和有效性,在江西省计量测试研究院进行了仪表校准实验,并对系统的测量范围、测量相对误差、测量重复性和稳定性做标定实验研究,试验结果表明:流量计的测量范围为0.025-5m~3/h,满足系统设计目标0.025-4 m~3/h;系统测量相对误差最大值为0.72%;在大于分界流量点0.4m~3/h重复性低于0.5%,小于满足0.4m~3/h流量点重复性低于0.9%,满足国家标准对1.5级精度仪表对相对误差与重复性要求。
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH814.92

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本文编号：2662056