相关法超声波流量计二次仪表的研究

发布时间：2017-05-23 13:13

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【摘要】：相关法流量测量技术是利用随机信号相关函数确定信号通过某个系统的传递时间来实现流体流动速度的测量。它测量可靠性高、无可动部件、不扰乱流场、无压力损失。其突出优点表现在解决两相流体、三相流体以及困难流体(腐蚀性、高粘度)的流量测量。还可用于小管径、低流量、干扰大的流量测量。 把相关测量技术应用到流量测量方面来，所涉及的研究问题包括：(1)为了获取流动信号，应对所用的换能器进行研究，并且相应的开发研制发射和接收电路；(2)对流体流动机理的研究；(3)在线实时相关器的研究；(4)实验标定装置的研究；(5)全测量系统综合技术指标及性能的研究。 本课题研究的重点是提取流动信号的电子线路和流动信号相关算法的研究。 本文首先概述了流量计的发展历史、现状和发展趋势以及各种流量计的特点。接着介绍了超声波流量计的工作原理及特点，重点阐述了相关法超声波流量计国内外研究状况，并确定了本文的主要研究任务——相关法超声波流量计二次仪表的研究，并用于气体流量的测量。 在相关法超声波流量计一次仪表的设计部分，首先详细的阐述了相关法流量测量的原理及其特点。通过对超声波性能的研究，选用合适的超声波换能器，使其满足流量测量的要求。 在相关法超声波流量计二次仪表硬件的研究工作中，首先对超声波换能器的发射和接收电路进行研究。接收换能器接收到经过流动信号调制后的超声波信号后，如何准确提取流动信号是保证二次仪表性能的关键。本文采用包络检波电路，解调出流动信号，并送至A／D转换器，完成流动信号的采集和转换。数字化后的流动信号被送至快速数字信号处理器(DSP)进行判别和处理。 在二次仪表软件的研究工作中，对相关函数的算法进行研究，阐述了三种算法的原理及其优缺点。本课题结合高速发展的数字信号处理技术，采用频域内计算相关函数的算法，避免越零点算法丢失流场信息的缺陷和极性重合法计算量大的不足。同时，为了提高相关函数峰值时间的测量精度，对相关函数的峰值进行抛物线插值计算。 在实验部分，首先对研究的电子线路进行检测，确保换能器和电子线路的正常工作，软件程序的正常运行。接着实验在不同流速的条件下进行实流测量，并分析和处理不同流速下的实验结果。接着本文从基本流场出发，从理论上分析了影响相关法流量测量精度的因素，进一步探讨了相关法流量测量更为复杂的数学模型。 最后，本文提出了课题研究中出现的问题及其解决方案，同时，对有待改进的地方提出了个人的见解。
【关键词】：超声波换能器 相关法流量计解调 A心转换器 数字信号处理 快速傅立叶变换
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH814
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-5
• 目录5-8
• 第一章 概述8-20
• 第一节 流量计的发展历史和现状8-9
• 第二节 流量计的分类及现状9-10
• 第三节 流量计的发展趋势及其应用10-12
• 第四节 超声波流量计概述12-16
• 4.1 超声波流量计的发展与国内外现状12-13
• 4.2 超声波流量计的特点13-14
• 4.3 超声波流量计的测量原理14-16
• 第五节 相关法超声波流量计概述16-18
• 第六节 课题研究内容和意义18-20
• 6.1 课题的研究意义18-19
• 6.2 课题的重点和难点19-20
• 第二章 相关法超声波流量计一次仪表设计20-30
• 第一节 相关法流量测量的特点和应用场合20-21
• 1.1 相关法超声波流量计的特点20
• 1.2 相关法超声流量计的应用场合20-21
• 第二节 流场的基本知识21-24
• 2.1 流动的两种状态21-22
• 2.2 流体在管道中的速度分布22-24
• 第三节 超声波技术概述24-27
• 3.1 超声波的衰减特性24-25
• 3.2 超声波驻波现象及其对测量的影响25-26
• 3.3 超声波换能器的技术指标26-27
• 第四节 超声波换能器参数的选择27-28
• 4.1 超声波信号波形的选择27-28
• 4.2 超声波换能器的工作频率28
• 第五节 相关法超声流量计壳体的设计28-30
• 第三章 相关法超声波流量计二次仪表硬件系统的设计30-44
• 第一节 超声波发射换能器驱动电路设计31-32
• 1.1 超声波换能器的阻抗匹配31
• 1.2 超声波换能器驱动电路设计31-32
• 第二节 前向通道电路的设计32-44
• 2.1 滤波电路的设计32-33
• 2.2 放大电路的设计33
• 2.3 解调电路的设计33-36
• 2.3.1 幅度调制与解调的频谱分析33-35
• 2.3.2 包络检波的电路设计35-36
• 2.4 信号采集36-37
• 2.5 TMS320VC5402数字信号处理器(digital signal processing)37-43
• 2.5.1 TMS320VC5402体系结构38-39
• 2.5.2 TMS320VC5402的存储器空间39
• 2.5.3 TMS320VC5402定时器工作原理39-40
• 2.5.4 MAX1295与TMS320VC5402接口电路设计40-43
• 2.6 保护电路43
• 2.7 流量显示接口电路与串行通信接口电路43
• 2.8 仿真器接口电路43-44
• 第四章 相关法超声波流量计二次仪表软件系统的设计44-52
• 第一节 系统的软件设计44-46
• 第二节 相关函数的算法研究46-50
• 2.1 相关函数的物理意义46
• 2.2 相关定理46-47
• 2.3 相关法函数的算法47-49
• 2.4 相关函数频域内算法49-50
• 第三节 相关函数峰值的插值计算50-52
• 第五章 相关法超声波流量计的实验52-72
• 第一节 试验装置简介52
• 第二节 零流量的试验研究52-56
• 2.1 超声波换能器的驱动信号52-53
• 2.2 调理后的超声波信号53-54
• 2.3 离散化后的流动信号54
• 2.4 验证相关函数算法54-56
• 2.4.1 对时间序列x(n)与y(n)分别尾部补零55
• 2.4.2 对时间序列x(n)尾部补零，对y(n)头部补零55-56
• 第三节 实流时试验研究56-65
• 3.1 v=3.412m／s时的试验结果56-57
• 3.2 v=4.261m／s时的试验结果57
• 3.3 v=5.321m／s时的试验结果57-58
• 3.4 v=6.095m／s时的试验结果58-60
• 3.5 v=8.127m／s时的试验结果60
• 3.6 v=9.422m／s时的试验结果60-61
• 3.7 v=10.091m／s时的试验结果61-62
• 3.8 v=11.433m／s时的试验结果62
• 3.9 v=12.136m／s时的试验结果62-63
• 3.10 v=15.597m／s时的试验结果63-64
• 3.11 v=19.239m／s时的试验结果64
• 3.12 v=21.374m／s时的试验结果64-65
• 第四节 相关速度的物理解释65-70
• 4.1 叠加原理66
• 4.2 流动噪音信号的频率结构对相关函数的影响66
• 4.3 换能器敏感场的影响66-67
• 4.4 流体截面浓度分布的影响67
• 4.5 相关速度的物理解释67-69
• 4.6 实验结果的修正69-70
• 第五节 相关流量测量的精度分析70-72
• 5.1 相关函数峰值位置测量误差70-71
• 5.2 传感器间距对测量精度的影响71
• 5.3 流速修正系数K对测量精度的影响71-72
• 第六章 结论及展望72-75
• 第一节 相关流量测量系统存在的问题及其解决方案72-74
• 第二节 论文总结74-75
• 硕士期间发表的论文75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 刘会勇;混凝土泵排量实时测量方法研究[D];浙江大学;2008年

2 薛国民;油田地面油气水三相流测量方法及应用研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 李文;基于DSP的超声波流量计的设计[D];山东科技大学;2011年

2 闫增添;基于相关法的内置超声波流量测量技术研究[D];沈阳工业大学;2012年

3 李宾;耐高压双向椭圆齿轮流量计的研究[D];浙江大学;2006年

4 莫莉;机车制动系统流量计研究[D];西南交通大学;2007年

5 刘鹏;基于相关法的径流流速虚拟仪器测量系统[D];华中农业大学;2007年

6 陈奕坚;耐高压双向椭圆齿轮流量计二次仪表的研究[D];浙江大学;2007年

7 何鹏;基于TMS320F2812的相关法超声波流量计研究[D];长安大学;2010年

  本文关键词：相关法超声波流量计二次仪表的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：388042