相比于傳統(tǒng)流量計(jì),超聲波流量計(jì)具有測(cè)量精度高、無阻流部件、適合大管徑流量測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。在我國(guó),隨著天然氣使用的普及,氣體超聲波流量計(jì)作為法定計(jì)量工具,得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)際上對(duì)氣體超聲波流量計(jì)研究較早,目前已經(jīng)有成熟的高精度多聲道流量計(jì)產(chǎn)品,但價(jià)格非常昂貴。我國(guó)在這方面的起步較晚,技術(shù)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(jì),與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有不少差距。本論文在深入研究國(guó)內(nèi)外相關(guān)參考文獻(xiàn)和研究成果的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了時(shí)差法六聲道氣體超聲波流量計(jì),提出了將多個(gè)靜態(tài)波形求平均的參考波形選擇方法,并進(jìn)行了流量測(cè)量實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證超聲波流量計(jì)樣機(jī)的測(cè)量性能。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和研究成果有如下幾個(gè)方面:1.設(shè)計(jì)了六聲道氣體超聲波流量計(jì)。通過研究超聲波流量計(jì)工作原理,研制了時(shí)差法六聲道氣體超聲波流量計(jì)樣機(jī)。樣機(jī)的硬件電路采用雙CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu),其中單片機(jī)負(fù)責(zé)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(zhuǎn)換速度,主要負(fù)責(zé)超聲波信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)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(jì)的性能。軟件方面針對(duì)雙CPU系統(tǒng)的功能分別設(shè)計(jì)了單片機(jī)控制程序和DSP數(shù)據(jù)處理程序,同時(shí)完成了雙CPU工作時(shí)的時(shí)序同步。2.提出了 一種將多個(gè)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(shí)信號(hào)的衰減、畸變比較嚴(yán)重,同時(shí)管道中氣體流速、超聲波換能器安裝方向會(huì)進(jìn)一步影響超聲波信號(hào)傳播,造成超聲波信號(hào)的不穩(wěn)定。而采用互相關(guān)算法計(jì)算渡越時(shí)間時(shí),參考波形對(duì)計(jì)算結(jié)果至關(guān)重要。本論文對(duì)超聲波信號(hào)影響因素進(jìn)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(hào),對(duì)這些信號(hào)求平均,將得到的平均波形作為參考波形。與隨機(jī)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(jì)渡越時(shí)間計(jì)算的精度和重復(fù)性,對(duì)流量計(jì)的性能提升有很大幫助。3.搭建了流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行了流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)。根據(jù)仿真結(jié)果將氣體流速分為低流速區(qū)和高流速區(qū),進(jìn)行了一系列流速測(cè)量實(shí)驗(yàn),采用高斯-勒讓德數(shù)值積分方法和線性擬合校正方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理,并對(duì)樣機(jī)的零流量、低流速和高流速實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行誤差分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,流量計(jì)樣機(jī)低流速區(qū)的相對(duì)誤差在4%以內(nèi),高流速區(qū)的相對(duì)誤差在2%以內(nèi)。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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?jī)?nèi)容與意義
        1.3.1 研究?jī)?nèi)容
        1.3.2 研究意義
    1.4 論文的結(jié)構(gòu)
第二章 氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量方法研究
    2.1 超聲波流量計(jì)測(cè)量原理
        2.1.1 波束偏移法
        2.1.2 相關(guān)法
        2.1.3 多普勒法
        2.1.4 傳播速度差法
    2.2 渡越時(shí)間計(jì)時(shí)技術(shù)
        2.2.1 過零檢測(cè)法
        2.2.2 互相關(guān)檢測(cè)法
    2.3 多聲道氣體超聲波流量計(jì)
        2.3.1 多聲道氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量原理
        2.3.2 換能器安裝方式
    2.4 氣體超聲波流量計(jì)精度影響因素
    2.5 本章小結(jié)
第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與軟硬件設(shè)計(jì)
    3.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
    3.2 超聲波換能器選型
    3.3 超聲流量計(jì)測(cè)量管段設(shè)計(jì)
    3.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
        3.4.1 控制模塊
        3.4.2 超聲波換能器驅(qū)動(dòng)模塊
        3.4.3 聲道切換模塊
        3.4.4 信號(hào)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(shè)計(jì)
        3.5.1 系統(tǒng)工作流程
        3.5.2 微控制器程序設(shè)計(jì)
        3.5.3 DSP程序設(shè)計(jì)
    3.6 本章小結(jié)
第四章 基于多個(gè)靜態(tài)波形的參考波形選擇方法
    4.1 互相關(guān)算法計(jì)算時(shí)延時(shí)參考波形的重要性
    4.2 超聲波信號(hào)傳播時(shí)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(guān)運(yùn)算時(shí)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(jì)參考波形的選擇
    4.4 本章小結(jié)
第五章 時(shí)差法六聲道氣體超聲波流量計(jì)實(shí)驗(yàn)研究
    5.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹
    5.2 流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析
        5.2.1 靜態(tài)流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
        5.2.2 低流速流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
        5.2.3 高流速區(qū)流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)及結(jié)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(jié)
第六章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間的主要科研成果
    一、發(fā)明專利

【參考文獻(xiàn)】

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