离子迁移型新型气体流量计的研究

发布时间：2017-08-03 03:13

  本文关键词：离子迁移型新型气体流量计的研究

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【摘要】：随着当今世界科技的飞速发展,流量计量在各行各业的生产中有着越来越重要的应用,气体流量测量更是在各类流量计量中占有较大的比重。目前工业常用的气体流量计多为传统流量计,虽然也有新技术流量计的诞生,但是由于昂贵的价格以及严格的使用条件,新技术流量计始终无法得到广泛应用。因此研究新型气体流量计是十分迫切且有意义的。针对流量计的发展现状,本文对离子迁移应用于气体流量测量进行了研究,提出了一种离子迁移型新型气体流量计,构建了离子迁移型新型气体流量计系统,包括离子源模块、离子门模块、TDC时差测量模块,无线WIFI通信模块等。并对新型气体流量计进行流量标定测试与气体种类鉴别探索,取得了一些初探性的成果,证明了离子迁移型新型气体流量计的可行性。本文创新性地提出了离子迁移型气体流量计,该气体流量计原理不同于任何一种现存的流量计,为未来气体流量计提供了一种新的原理与发展方向。本论文的主要工作和创新点如下：1.研究了离子迁移型新型气体流量计的原理,并运用SIMION软件对离子迁移现象进行了仿真,结果表明气体对离子的运动产生影响使得离子运动产生时间差,说明了离子迁移型新型气体流量计的可行性,同时,对新型流量计的机械设计进行了阐述,并具体说明了安装、绝缘等问题。2.概述了离子迁移型新型气体流量计的总体硬件结构,设计真空紫外灯作为离子源实现有机物的电离；使用离子网结构来实现离子门功能；运用高精度运算放大器来检测放大法拉第盘引出的微小电流信号；TDC芯片完成测量两路信号时差的功能；使用无线WIFI转换模块使流量计与安卓客户端软件进行远程通信,实现远程监控功能。3.对离子迁移型新型气体流量计的系统软件框架及开发流程进行了设计,并详细阐述了高压电源控制软件的实现；基于状态机的串口通信的实现和TDC测时流程；并首次提出开发安卓客户端软件实现与流量计的远程通信。4.成功研制了离子迁移型新型气体流量计的研究型样机,并对其进行了性能测试实验,获得了时间差与气体流量的关系,并对气体种类鉴别功能进行探索分析。实验结果表面,离子迁移型新型气体流量计可以较好的测量气体流量,并对不同气体种类有一定的鉴别功能。
【关键词】：离子迁移 流量计 TDC 时差测量 远程监控
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH814
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究背景11
• 1.2 流量计的发展与现状11-13
• 1.3 流量计的分类与特点13-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第2章 离子迁移型新型气体流量计(IMGF)理论研究与结构设计17-27
• 2.1 IMGF理论分析17-18
• 2.2 IMGF原理仿真18-23
• 2.2.1 新型流量计仿真模型建立18-19
• 2.2.2 新型流量计初始状态设定19-20
• 2.2.3 新型流量计仿真结果讨论20-23
• 2.3 IMGF的结构设计23-26
• 2.3.1 IMGF结构设计24-25
• 2.3.2 绝缘与封装25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 IMGF硬件设计与实现27-53
• 3.0 系统总体结构27-28
• 3.1 离子源设计28-32
• 3.1.1 离子源选型28-29
• 3.1.2 真空紫外灯的几何尺寸和性能参数29-30
• 3.1.3 真空紫外灯的电离机理30-31
• 3.1.4 VUV灯离子源的设计31-32
• 3.2 离子门设计32-37
• 3.2.1 离子门结构设计32-34
• 3.2.2 离子门驱动电路34-37
• 3.3 电流信号检测与放大模块37-44
• 3.3.1 微弱电流信号放大检测方案的选择37-39
• 3.3.2 前级I-V转换电路设计39-42
• 3.3.3 后级放大电路设计42-44
• 3.4 TDC-GP21时间差测量模块44-48
• 3.4.1 TDC-GP21芯片45-46
• 3.4.2 测量模式146-47
• 3.4.3 测量模式247-48
• 3.4.4 TDC-GP21 硬件连接48
• 3.5 串口WIFI模块48-50
• 3.6 系统硬件控制核心50-51
• 3.6.1 STC12C5A60S2单片机50-51
• 3.6.2 串口通信电路设计51
• 3.7 本章小结51-53
• 第4章 IMGF系统软件设计53-73
• 4.1 系统软件总体流程图53-55
• 4.2 高压电源控制软件55-60
• 4.3 基于状态机方法的串口通信设计60-62
• 4.4 TDC-GP21时差测量软件设计62-63
• 4.5 安卓远程监控软件的开发63-71
• 4.5.1 远程监控平台选择63-65
• 4.5.2 安卓平台的新型流量计远程监控软件的设计65-71
• 4.6 本章小结71-73
• 第5章 IMGF的测试与分析73-85
• 5.1 IMGF流量标定测试实验73-80
• 5.1.1 实验装置与材料73
• 5.1.2 实验条件与方法73-75
• 5.1.3 实验结果与讨论75-80
• 5.1.3.1 重复性误差76-77
• 5.1.3.2 数据拟合与相对误差77-78
• 5.1.3.3 改进工作条件的数据拟合与相对误差78-80
• 5.2 气体种类鉴别探索80-83
• 5.2.1 实验条件与方法80-81
• 5.2.2 结果分析与讨论81-83
• 5.3 本章小结83-85
• 第6章 总结与展望85-87
• 6.1 工作总结85
• 6.2 工作展望85-87
• 参考文献87-91
• 作者简介91
• 作者在攻读硕士学位期间的研究成果91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 梁黎黎;;超声波流量计测量原理及实际应用修正研究[J];长江大学学报(自然科学版)理工卷;2010年02期

2 赵亮;张维;;基于Android技术的界面设计与研究[J];电脑知识与技术;2009年29期

3 刘宏斌;采用状态机和消息机制的串口接收程序[J];单片机与嵌入式系统应用;2004年10期

4 张梦;张辉;;高精度超声波流量计的设计[J];工业计量;2010年03期

5 叶朋;陶朝建;潘友艺;董文润;王荣晓;孙治鹏;;城市天然气计量仪表选型及技术现状[J];城市燃气;2012年12期

6 任翠平;时差式超声波流量计的应用[J];中国计量;2002年11期

7 宋小倩;周东升;;基于Android平台的应用开发研究[J];软件导刊;2011年02期

8 孙爱;多声路超声波流量计精度的试验[J];水电站机电技术;1994年02期

9 袁德庆,肖圣,彭吴生,马晓燕;多通道超声波液体流量测控系统[J];石油仪器;2005年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 刘杰;基于时差法的超声波流量计设计[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 翁根春;LWG炉自动控制系统及智能控制策略的研究[D];西安建筑科技大学;2003年

3 时迎国;VUV电离离子迁移谱技术在VOCs测量中的应用[D];中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）;2006年

4 姜勇;时差法超声波流量计设计与研发[D];浙江大学;2006年

5 王卫勋;微电流检测方法的研究[D];西安理工大学;2007年

6 杨俊;基于TDC与FPGA精密时间测量技术的研究与应用[D];中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所);2012年

7 田丹;基于低功耗蓝牙的移动微网系统研究[D];浙江大学;2014年

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本文编号：612393