發(fā)布時間：2020-05-13 13:53

【摘要】：超聲波流量計是近些年發(fā)展較快的流量計,以其壓損小,計量精度高,非接觸,量程比大,幾乎不受氣體溫度壓力等因素影響的特點,而受到企業(yè)和研究者的青睞。但氣體超聲波流量計的技術難度大,影響測量精度的因素多。受換能器特性、流道結構等因素影響,在測量范圍0.025-4 m~3/h兩端點流量測量中,呈現(xiàn)出超聲波接收信號異常明顯,使其難以達到所需測量精度和穩(wěn)定性要求。本文基于大量的文獻閱讀,進行理論分析與方法論證,重點解決了大流量點與小流量點測量精度不高問題,設計了G2.5氣體超聲波流量計,并進行大量標定試驗,以驗證流量計性能。受換能器性能及電子器件本身噪聲的影響,超聲波接收信號會疊加幅值小且無規(guī)律的噪聲,影響流量計測量精度,尤其是小流量點的測量精度。本文采用了有利于提高信噪比的集濾波器、放大器與比較器于一體的模擬信號處理芯片,并提出了“多STOP信號測量方法”,采用軟硬件相結合的方式提高氣體超聲波流量計小流量點測量精度。氣體超聲波流量計在大流量點測量過程中,超聲波信號隨氣體流速變化而幅值波動嚴重導致信號特征波選取不準確而影響測量精度。為解決超聲波信號幅值波動影響測量精度的問題,采用了“可變閾值+可變增益+峰值檢測”的硬件設計實現(xiàn)超聲波信號幅值的自適應調(diào)整,且基于對超聲波幅值波動對傳播時間影響規(guī)律的研究,提出了超聲波傳播時間修正算法。采用了一種可兼顧平滑效果和響應速率的改進型卡爾曼濾波算法;基于多流量點的大量原始誤差數(shù)據(jù)分析,對流量計進行誤差修正。兩者結合,進一步提高流量計測量精度。為了驗證系統(tǒng)硬件設計、軟件算法的合理性和有效性,在江西省計量測試研究院進行了儀表校準實驗,并對系統(tǒng)的測量范圍、測量相對誤差、測量重復性和穩(wěn)定性做標定實驗研究,試驗結果表明:流量計的測量范圍為0.025-5m~3/h,滿足系統(tǒng)設計目標0.025-4 m~3/h;系統(tǒng)測量相對誤差最大值為0.72%;在大于分界流量點0.4m~3/h重復性低于0.5%,小于滿足0.4m~3/h流量點重復性低于0.9%,滿足國家標準對1.5級精度儀表對相對誤差與重復性要求。
【學位授予單位】：東華理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH814.92

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