【摘要】：超聲波流量計是一種非接觸式的智能化的新型流量計,具有應(yīng)用范圍廣、制造成本低、精度高、抗環(huán)境影響能力強等優(yōu)點。但是,國內(nèi)研制的超聲波流量計在成本、精度、工藝和電路設(shè)計以及穩(wěn)定性等方面都與國外水平還有較大差距。目前我國的石油開采、天然氣勘探、航空制造、生物醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用的超聲波流量計大部分是國外超聲波流量計產(chǎn)品,其成本高且維護難。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具有重要應(yīng)用價值。由于超聲波流量計涉及到的原理和算法較多,論文在已有的超聲波流量計系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,引入新型時差法,以MSP430低功耗芯片為主控制芯片,以TDC-GP22為時間測量芯片,旨在設(shè)計一種切實可行的、滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的超聲波流量計。首先介紹了本課題的研究意義、背景以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,以及超聲波流量計的算法原理,分析了流場對超聲波流量計帶來的影響以及補償系數(shù)的計算算法,闡述了影響超聲波流量計的誤差因素,在系統(tǒng)的設(shè)計過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IAR軟件平臺完成編程以及調(diào)試;第三采用數(shù)字濾波技術(shù),防止數(shù)據(jù)采集時出現(xiàn)的隨機誤差影響系統(tǒng)的不穩(wěn)定;第四完成樣機設(shè)計,并對樣機進行測試,通過目前精確度較高的德魯臺進行測量,對M-Bus模塊進行測試,分析確定能實現(xiàn)遠程抄表的功能。最后分析測試結(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)計不僅能盡可能降低系統(tǒng)的功耗,能夠解決人工抄表的問題;通過光感應(yīng)模塊代替按鍵切換屏幕,降低了成本,使超聲波流量計更加功能智能化、體積越小化、功耗最低化。論文的主要貢獻為:(1)給出了流量計的硬件設(shè)計電路圖;(2)給出了流量計的軟件設(shè)計流程圖;(3)設(shè)計了一種超聲波流量計,并對樣機進行了性能測試和誤差分析。
【學(xué)位授予單位】：西京學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH814.92
【圖文】：

別安裝換能器 1 和換能器 2，在安裝過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，此過程被稱為順流方向。通過電路轉(zhuǎn)換，1 為接收端，換能器 2 為發(fā)送端，此過程被稱為逆流方向。超聲波在流體傳播受到流體的影響，順流傳輸時間1t 與逆流傳輸時間2t 必定會有存在差值 Δt ，出這個差值，便可以計算待測流體的流速v，流體的瞬時流量Q也會被計算出量原理如圖 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，此過程被稱為順流方向。通過電路轉(zhuǎn)接收端，換能器 2 為發(fā)送端，此過程被稱為逆流方向。超聲波在流體到流體的影響，順流傳輸時間1t 與逆流傳輸時間2t 必定會有存在差值 這個差值，便可以計算待測流體的流速v，流體的瞬時流量Q也會被計原理如圖 2.2 所示。圖 2.1 時差法測量原理

狀態(tài)[25]。來的流體流速v帶入瞬時流量中可能帶來極大的誤差，一進行修正，計算流量時便會引入修正系數(shù)k ，k 就是管道均流速的比例關(guān)系，那么瞬時流量的計算公式為：4π2DvQ = kk 與雷諾數(shù)eR 的大小緊密相關(guān)，eR 由流體的粘度、管徑和計算，當(dāng)流體在管內(nèi)流動時，eR 可表示為[26~27]：eevDRγ = 是流體速度，eγ 是流體運動粘度， D 是管道內(nèi)徑。低時，即雷諾數(shù) ≤2300eR ，流體在管內(nèi)流速為層流狀態(tài)，很高時，即 ≥4000eR 時，管內(nèi)流速為紊流狀態(tài)，其分布為000時，管內(nèi)流速為過渡狀態(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】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王賢妮;;超聲波流量計的研究現(xiàn)狀[J];工業(yè)計量;2015年06期

2 楊耀權(quán);徐大偉;;基于M-bus遠程抄表管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J];廣東電力;2015年01期

3 陳潔;余詩詩;李斌;樊辰陽;;基于雙閾值比較法超聲波流量計信號處理[J];電子測量與儀器學(xué)報;2013年11期

4 羅永剛;鄒志遠;;基于MBUS的智能集中器設(shè)計[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2013年10期

5 楊打生;李泰;;基于事件機制的一種單片機程序設(shè)計方法[J];商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2013年02期

6 楊亞;王讓定;姚靈;;TDC-GP21在時差法超聲波流量計中的應(yīng)用[J];微電子學(xué)與計算機;2013年03期

7 王可;;基于嵌入式系統(tǒng)的超聲波流量計[J];可編程控制器與工廠自動化;2013年01期

8 趙文明;佟少強;李長江;郭茂林;;基于M-Bus總線的數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計[J];化工自動化及儀表;2012年11期

9 吳海峰;李德敏;鄒劍;;基于M-Bus的智能水表數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計[J];通信技術(shù);2011年10期

10 朱登科;;TDC-GP21完美適合超聲波熱量表的解決方案[J];供熱制冷;2011年08期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 郭菲;一種基于MSP430的超低功耗高精度超聲波流量計的設(shè)計[D];東華大學(xué);2017年

2 劉祥;基于時差法的超聲波流量檢測技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2016年

3 張偉;M-bus智能遠傳水表及其集中器設(shè)計與實現(xiàn)[D];山東大學(xué);2015年

4 姜文濤;時差法超聲波流量計的設(shè)計[D];大連理工大學(xué);2014年

5 張文靜;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D];東北大學(xué);2012年

6 閻明;高精度微功耗時差法超聲波流量計的設(shè)計[D];大連理工大學(xué);2007年

7 陳靜;超聲波流量計的研制[D];西安科技大學(xué);2004年

本文編號：2790211