【摘要】：超聲波流量計(jì)是一種非接觸式的智能化的新型流量計(jì),具有應(yīng)用范圍廣、制造成本低、精度高、抗環(huán)境影響能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但是,國(guó)內(nèi)研制的超聲波流量計(jì)在成本、精度、工藝和電路設(shè)計(jì)以及穩(wěn)定性等方面都與國(guó)外水平還有較大差距。目前我國(guó)的石油開(kāi)采、天然氣勘探、航空制造、生物醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用的超聲波流量計(jì)大部分是國(guó)外超聲波流量計(jì)產(chǎn)品,其成本高且維護(hù)難。因此,研發(fā)一種成本低、易安裝、高精度、智能化的超聲波流量計(jì)具有重要應(yīng)用價(jià)值。由于超聲波流量計(jì)涉及到的原理和算法較多,論文在已有的超聲波流量計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,引入新型時(shí)差法,以MSP430低功耗芯片為主控制芯片,以TDC-GP22為時(shí)間測(cè)量芯片,旨在設(shè)計(jì)一種切實(shí)可行的、滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的超聲波流量計(jì)。首先介紹了本課題的研究意義、背景以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),以及超聲波流量計(jì)的算法原理,分析了流場(chǎng)對(duì)超聲波流量計(jì)帶來(lái)的影響以及補(bǔ)償系數(shù)的計(jì)算算法,闡述了影響超聲波流量計(jì)的誤差因素,在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能的避免這些因素的影響;然后根據(jù)本課題的系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案在硬件方面搭建基礎(chǔ)的電路圖,根據(jù)所確定硬件性能及參數(shù),硬件電路包括超聲波電路(包括溫度檢測(cè)電路以及換能器)、電源電路、M-Bus電路、LCD顯示電路、光感應(yīng)按鍵電路等;軟件部分通過(guò)IAR軟件平臺(tái)完成編程以及調(diào)試;第三采用數(shù)字濾波技術(shù),防止數(shù)據(jù)采集時(shí)出現(xiàn)的隨機(jī)誤差影響系統(tǒng)的不穩(wěn)定;第四完成樣機(jī)設(shè)計(jì),并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試,通過(guò)目前精確度較高的德魯臺(tái)進(jìn)行測(cè)量,對(duì)M-Bus模塊進(jìn)行測(cè)試,分析確定能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表的功能。最后分析測(cè)試結(jié)果,找到導(dǎo)致誤差因素,并給出了修正措施。結(jié)果表明,該設(shè)計(jì)不僅能盡可能降低系統(tǒng)的功耗,能夠解決人工抄表的問(wèn)題;通過(guò)光感應(yīng)模塊代替按鍵切換屏幕,降低了成本,使超聲波流量計(jì)更加功能智能化、體積越小化、功耗最低化。論文的主要貢獻(xiàn)為:(1)給出了流量計(jì)的硬件設(shè)計(jì)電路圖;(2)給出了流量計(jì)的軟件設(shè)計(jì)流程圖;(3)設(shè)計(jì)了一種超聲波流量計(jì),并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了性能測(cè)試和誤差分析。
【學(xué)位授予單位】：西京學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH814.92
【圖文】：

別安裝換能器 1 和換能器 2，在安裝過(guò)程中存在一定的角度θ，如圖 2.1 所示 1 為發(fā)送端，換能器 2 為接收端，此過(guò)程被稱為順流方向。通過(guò)電路轉(zhuǎn)換，1 為接收端，換能器 2 為發(fā)送端，此過(guò)程被稱為逆流方向。超聲波在流體傳播受到流體的影響，順流傳輸時(shí)間1t 與逆流傳輸時(shí)間2t 必定會(huì)有存在差值 Δt ，出這個(gè)差值，便可以計(jì)算待測(cè)流體的流速v，流體的瞬時(shí)流量Q也會(huì)被計(jì)算出量原理如圖 2.2 所示。

安裝換能器 1 和換能器 2，在安裝過(guò)程中存在一定的角度θ，如圖 2.1 為發(fā)送端，換能器 2 為接收端，此過(guò)程被稱為順流方向。通過(guò)電路轉(zhuǎn)接收端，換能器 2 為發(fā)送端，此過(guò)程被稱為逆流方向。超聲波在流體到流體的影響，順流傳輸時(shí)間1t 與逆流傳輸時(shí)間2t 必定會(huì)有存在差值 這個(gè)差值，便可以計(jì)算待測(cè)流體的流速v，流體的瞬時(shí)流量Q也會(huì)被計(jì)原理如圖 2.2 所示。圖 2.1 時(shí)差法測(cè)量原理

狀態(tài)[25]。來(lái)的流體流速v帶入瞬時(shí)流量中可能帶來(lái)極大的誤差，一進(jìn)行修正，計(jì)算流量時(shí)便會(huì)引入修正系數(shù)k ，k 就是管道均流速的比例關(guān)系，那么瞬時(shí)流量的計(jì)算公式為：4π2DvQ = kk 與雷諾數(shù)eR 的大小緊密相關(guān)，eR 由流體的粘度、管徑和計(jì)算，當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，eR 可表示為[26~27]：eevDRγ = 是流體速度，eγ 是流體運(yùn)動(dòng)粘度， D 是管道內(nèi)徑。低時(shí)，即雷諾數(shù) ≤2300eR ，流體在管內(nèi)流速為層流狀態(tài)，很高時(shí)，即 ≥4000eR 時(shí)，管內(nèi)流速為紊流狀態(tài)，其分布為000時(shí)，管內(nèi)流速為過(guò)渡狀態(tài)，即為湍流狀態(tài)，其分布既有]。如圖 2.3 和圖 2.4 分別為層流狀態(tài)和紊流狀態(tài)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2790211