多声道超声波气体流量计的研究

发布时间：2020-10-30 15:53

　　 目前,多声道气体流量计具有巨大的开发潜力,同时由于技术的进步,多声道超声气体流量计在测量精度上也得到大幅度提高,在大管径测量中展现出优异的性能,已广泛应用于各个领域。但是,高精度超声气体流量计的核心技术仅仅掌握在某些外国著名公司手中,现今国内还缺乏这方面的高技术,为此本文针对多声道超声波气体流量计存在的问题进行研究,旨在解决多声道超声波气体流量计的关键技术。通过研究,发现超声计量中存在的诸多问题,尤其是在大管径中气体流场复杂的情况下衍生的各类问题,力求获得到稳定性好、测量精度高的多声道超声气体流量计解决方案。首先,本文以前人的流体理论分析为依据,根据流场分布规律,从中寻找突破点。从基础理论出发,对于两种流态——层流和湍流,建立数学模型,分析其分布特点。同时,结合雷诺数这一流体特征参数,得到管径DN200下,空气流速与雷诺数的对应关系。基于圆管内普朗特流速分布经验公式,对超声流量计在整个量程范围(0.3~30m/s)内进行分析,得到流速不同时,管道内流速的大致分布情况。其次,对四声道超声气体流量计进行建模分析,分别建立了两种平行声道布置方式的模型,第一种是按均分的布置方式,四声道将管道分成等宽的五部分,还有一种按Gauss-Lengendre声道布置方法,利用数值积分法,分别得到两种方法的权值。根据流速分布经验公式,分别对两种方法仿真,得到各自的测量误差。该模型较好地体现了误差产生的过程及结果。最后针对时差法多声道超声气体流量计测流速进行设计。对主要元器件一一介绍的基础上,设计出各功能电路,实现整个电路设计目标。采用TDC-7200作为电路核心作高精度计时芯片。整个系统较为简洁,选用MSP430作为主控芯片,该单片机功耗低、稳定性好。超声换能器工作在200KHz。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH814.92
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 流量测量及流量计的分类
    1.2 超声波流量计的优势
    1.3 超声波气体流量计国内外发展历史
    1.4 本文主要研究内容
    1.5 本章小结
第二章 气体超声波流量计检测技术
    2.1 超声波简介及基本参量
        2.1.1 超声波基本概念
        2.1.2 超声波基本物理参量
    2.2 超声波垂直入射反射基本原理
        2.2.1 单一界面的情况
        2.2.2 声波从中间层通过的情况
    2.3 超声波换能器原理
    2.4 时差法测流速基本原理
    2.5 本章小结
第三章 多声道测量原理与仿真分析
    3.1 多声道超声波气体流量计的建模
        3.1.1 流量计组成结构分析
        3.1.2 多声道测量原理
        3.1.3 普通插值积分权重值计算
        3.1.4 基于GAUSS积分法权重值计算原理
    3.2 多声道建模的模型分析与仿真
        3.2.1 模型误差分析
        3.2.2 模型仿真及分析
    3.3 本章小结
第四章 多声道超声波气体流量计的设计
    4.1 系统硬件设计
        4.1.1 硬件整体结构
        4.1.2 前置放大滤波电路设计
        4.1.3 超声波模拟前端电路设计
        4.1.4 高精度计时电路设计
        4.1.5 单片机模块
        4.1.6 电源电路设计
        4.1.7 电路板布局
    4.2 软件设计
        4.2.1 软件系统结构
        4.2.2 主程序模块
        4.2.3 计时TDC模块
        4.2.4 与单片机数据传输模块的设计
    4.3 本章小结
第五章 超声波气体流量计实验研究
    5.1 超声波气体流量计试验方案
        5.1.1 试验方案设计
        5.1.2 试验流程
    5.2 试验平台
    5.3 试验步骤
    5.4 实验结果分析
    5.5 流速的修正
    5.6 插值法
    5.7 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文研究内容总结
    6.2 前景展望
致谢
参考文献
攻硕期间取得的研究成果

【参考文献】

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本文编号：2862689