發(fā)布時間：2020-11-17 15:47

　　 相比于傳統(tǒng)流量計,超聲波流量計具有測量精度高、無阻流部件、適合大管徑流量測量等優(yōu)點。在我國,隨著天然氣使用的普及,氣體超聲波流量計作為法定計量工具,得到了廣泛的應用。國際上對氣體超聲波流量計研究較早,目前已經(jīng)有成熟的高精度多聲道流量計產(chǎn)品,但價格非常昂貴。我國在這方面的起步較晚,技術積累較為欠缺,只有幾家企業(yè)能提供精度不高的氣體超聲波流量計,與國外先進水平相比還有不少差距。本論文在深入研究國內(nèi)外相關參考文獻和研究成果的基礎上,設計了時差法六聲道氣體超聲波流量計,提出了將多個靜態(tài)波形求平均的參考波形選擇方法,并進行了流量測量實驗,驗證超聲波流量計樣機的測量性能。本論文的主要研究內(nèi)容和研究成果有如下幾個方面:1.設計了六聲道氣體超聲波流量計。通過研究超聲波流量計工作原理,研制了時差法六聲道氣體超聲波流量計樣機。樣機的硬件電路采用雙CPU系統(tǒng)結構,其中單片機負責聲道切換控制、超聲波換能器激發(fā)等功能,DSP由于具有更高的工作頻率和A/D轉換速度,主要負責超聲波信號的A/D轉換以及數(shù)據(jù)處理等功能,雙CPU系統(tǒng)有效地提升超聲波流量計的性能。軟件方面針對雙CPU系統(tǒng)的功能分別設計了單片機控制程序和DSP數(shù)據(jù)處理程序,同時完成了雙CPU工作時的時序同步。2.提出了 一種將多個靜態(tài)波形求平均的參考波形選擇方法。超聲波在氣體管道中傳播時信號的衰減、畸變比較嚴重,同時管道中氣體流速、超聲波換能器安裝方向會進一步影響超聲波信號傳播,造成超聲波信號的不穩(wěn)定。而采用互相關算法計算渡越時間時,參考波形對計算結果至關重要。本論文對超聲波信號影響因素進行深入研究后,提出了一種新的參考波形選擇方法,該方法通過在靜態(tài)環(huán)境下采集若干順逆流超聲波信號,對這些信號求平均,將得到的平均波形作為參考波形。與隨機選擇靜態(tài)波形作為參考波形相比,平均參考波形能有效提高流量計渡越時間計算的精度和重復性,對流量計的性能提升有很大幫助。3.搭建了流量測量實驗平臺,進行了流量測量實驗。根據(jù)仿真結果將氣體流速分為低流速區(qū)和高流速區(qū),進行了一系列流速測量實驗,采用高斯-勒讓德數(shù)值積分方法和線性擬合校正方法對實驗結果進行處理,并對樣機的零流量、低流速和高流速實驗結果進行誤差分析,實驗結果表明,流量計樣機低流速區(qū)的相對誤差在4%以內(nèi),高流速區(qū)的相對誤差在2%以內(nèi)。
【學位單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TH814.92
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 研究現(xiàn)狀
    1.3 研究內(nèi)容與意義
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 研究意義
    1.4 論文的結構
第二章 氣體超聲波流量計測量方法研究
    2.1 超聲波流量計測量原理
        2.1.1 波束偏移法
        2.1.2 相關法
        2.1.3 多普勒法
        2.1.4 傳播速度差法
    2.2 渡越時間計時技術
        2.2.1 過零檢測法
        2.2.2 互相關檢測法
    2.3 多聲道氣體超聲波流量計
        2.3.1 多聲道氣體超聲波流量計測量原理
        2.3.2 換能器安裝方式
    2.4 氣體超聲波流量計精度影響因素
    2.5 本章小結
第三章 系統(tǒng)設計與軟硬件設計
    3.1 系統(tǒng)方案設計
    3.2 超聲波換能器選型
    3.3 超聲流量計測量管段設計
    3.4 系統(tǒng)硬件設計
        3.4.1 控制模塊
        3.4.2 超聲波換能器驅動模塊
        3.4.3 聲道切換模塊
        3.4.4 信號調(diào)理模塊
        3.4.5 數(shù)據(jù)處理模塊
        3.4.6 電源模塊
    3.5 系統(tǒng)軟件設計
        3.5.1 系統(tǒng)工作流程
        3.5.2 微控制器程序設計
        3.5.3 DSP程序設計
    3.6 本章小結
第四章 基于多個靜態(tài)波形的參考波形選擇方法
    4.1 互相關算法計算時延時參考波形的重要性
    4.2 超聲波信號傳播時的影響因素
        4.2.1 超聲波換能器的影響
        4.2.2 氣體流速和超聲波換能器朝向的影響
    4.3 互相關運算時參考波形的選擇方法
        4.3.1 "echo method"方法概述
        4.3.2 選用靜態(tài)平均波形作為參考波形
        4.3.3 多聲道氣體超聲波流量計參考波形的選擇
    4.4 本章小結
第五章 時差法六聲道氣體超聲波流量計實驗研究
    5.1 實驗平臺介紹
    5.2 流量測量實驗與數(shù)據(jù)分析
        5.2.1 靜態(tài)流量測量實驗及結果分析
        5.2.2 低流速流量測量實驗及結果分析
        5.2.3 高流速區(qū)流量測量實驗及結果分析
        5.2.4 誤差分析
    5.3 聲道靈敏度分析
    5.4 本章小結
第六章 總結與展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間的主要科研成果
    一、發(fā)明專利

【參考文獻】

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本文編號：2887671