熱式質(zhì)量流量計(jì)可以直接測量出被測氣體的質(zhì)量流量,可測流量范圍比較大,廣泛應(yīng)用于化工和發(fā)電等領(lǐng)域。針對核電站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)等的通風(fēng)流量測量問題,由于其工作條件較為惡劣且設(shè)計(jì)流量范圍較大,因而對熱式質(zhì)量流量計(jì)的設(shè)計(jì)提出了較高的要求。設(shè)計(jì)了基于恒溫差原理的熱式質(zhì)量流量計(jì)的硬件電路,包括電源電路、信號(hào)調(diào)理電路和信號(hào)處理與輸出電路,其中,信號(hào)調(diào)理電路通過惠斯通電橋和負(fù)反饋控制電路維持傳感器探頭之間的恒定溫差。針對引線電阻對測量結(jié)果的影響,通過理論分析得到引線電阻補(bǔ)償電路的原理,并設(shè)計(jì)了引線電阻補(bǔ)償電路。針對儀表的測量范圍較小的問題,基于LT1510恒流驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)控制電壓到輸出電流的轉(zhuǎn)換,替換了傳統(tǒng)電路中的三極管,有效地提高了儀表的量程比。對加熱電流原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了幅值域和頻域分析,結(jié)果表明:加熱電流值近似符合高斯分布,且噪聲信號(hào)頻域分布較廣。因此,使用4階巴特沃斯低通濾波器對加熱電流進(jìn)行濾波,提高了測量結(jié)果的重復(fù)性。針對加熱電流和被測流速的非線性關(guān)系,基于最小二乘法準(zhǔn)則進(jìn)行分段6階多項(xiàng)式擬合,以獲得最小誤差平方和下的儀表特性曲線,提高了儀表的測量精度。利用二維回歸方程構(gòu)建出擬合流速、氣體溫度和實(shí)際... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

管壁溫度場分布曲線

合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文31.2.2熱擴(kuò)散式質(zhì)量流量計(jì)熱擴(kuò)散式質(zhì)量流量計(jì)基于金氏定律，其傳感器被不銹鋼鋼套包裹并插入到管道中間，一個(gè)傳感器測量流體的溫度，稱為測溫探頭，另一個(gè)傳感器被用來加熱，稱為測速探頭。在流體流速穩(wěn)定時(shí)，流體流動(dòng)帶走的熱量與電路提供的加熱熱量相等實(shí)現(xiàn)熱平衡，根據(jù)加熱功率或探頭之間的溫差與質(zhì)量流量之間的關(guān)系便可計(jì)算出質(zhì)量流量，熱擴(kuò)散式質(zhì)量流量計(jì)的使用與測量方法如圖1.3所示。圖1.3熱擴(kuò)散式質(zhì)量流量計(jì)的使用與測量方法Fig1.3Theusingandmeasurementmethodofthermaldiffusiontypemassflowmeter熱擴(kuò)散式質(zhì)量流量計(jì)傳感器無可動(dòng)部件，被測流體壓力損失較小，可測流速范圍較大，可以實(shí)現(xiàn)100：1甚至是1000：1的量程比，因而在化工、發(fā)電和通風(fēng)測量等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)測量方法的不同，熱擴(kuò)散式流量計(jì)又可以分為恒功率和恒溫差型兩種，兩者在傳感器設(shè)計(jì)、信號(hào)調(diào)理電路和信號(hào)處理方法等方面具有較大的差異。1.3熱擴(kuò)散式質(zhì)量流量計(jì)測量原理基于自加熱探頭與氣體之間的對流傳熱，得到熱擴(kuò)散式質(zhì)量流量計(jì)的基本測量原理。將熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于自加熱的圓柱狀傳感器，分析加熱傳感器的熱擴(kuò)散效應(yīng)，并根據(jù)熱平衡原理推導(dǎo)加熱傳感器的熱平衡公式，最終建立加熱功率與氣體流速、物性參數(shù)的具體函數(shù)關(guān)系。1.3.1熱擴(kuò)散原理當(dāng)有源探頭被放置于管道中，在流速穩(wěn)定時(shí)，氣體流動(dòng)帶走探頭上的熱量與加熱功率提供的熱量形成平衡，此時(shí)探頭的溫度不再發(fā)生改變。將加熱元件、管壁和流體看作是一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)熱力學(xué)原理可知，此時(shí)熱傳遞主要包括對流換熱、傳導(dǎo)散熱和輻射傳熱三種形式[6]，即：ckfHQQQ(1.1)

合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文24樣，減少了信號(hào)調(diào)理電路引入的誤差。內(nèi)部數(shù)字濾波器實(shí)際上是一個(gè)低通SINC3濾波器，用于減少信號(hào)采樣帶來的量化噪聲，從而實(shí)現(xiàn)更高的測量精度。AD7718通過外部32.768kHz晶振時(shí)鐘輸入和內(nèi)部PLL的模塊倍/分頻產(chǎn)生工作時(shí)鐘。圖2.13AD7718的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖Fig2.13TheinternalblockdiagramofAD7718根據(jù)引腳的性質(zhì)將全部引腳分為模擬引腳和數(shù)字引腳，模擬引腳包括了信號(hào)輸入通道和參考電壓輸入，數(shù)字引腳包括SPI串行接口和時(shí)鐘輸入等。在采用偽差分輸入時(shí)，輸入通道最多可以被配置為10通道，輸入信號(hào)的公共參考端為AINCOM引腳，RT1的電壓電流信號(hào)、RT2的電壓電流信號(hào)分別連接到AIN1~AIN4。圖4.13為AD7718的信號(hào)采集電路。由于參考電壓的溫度漂移和初始精度等都會(huì)對測量結(jié)果的精度造成影響，為此，需要一個(gè)低溫漂高精度的參考電源，利用REF192芯片可以提供2.5V的高精度參考電源。VDD_3V3VDD_3V3VREF2.5AD_AIN2AD_AIN3AD_AIN1VDD_3V3AD_RSTAD_SCLKAD_AIN7AD_CSAD_RDYAD_OUTAD_DINAGNDAGNDAGNDAGNDAGNDAGNDC9C10C14C15C11R19R18R17C13C16AGNDTP21432Y1R20C19R21AIN71AIN82AVDD3AGND4REFIN1(-)5REFIN1(+)6AIN17AIN28AIN39AIN410AIN511AINCOM12REFIN2(+)/AIN913REFIN2(-)/AIN1014AIN615P216AGND17P118RESET19SCLK20CS21RDY22DOUT23DIN24DGND25DVDD26XTAL227XTAL128U4AD7718C20圖2.14AD7718數(shù)據(jù)采集電路Fig2.14ThedataacquisitioncircuitofAD7718

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]熱式氣體質(zhì)量流量測量及補(bǔ)償算法研究[D]. 張世榮.華中科技大學(xué) 2007

碩士論文
[1]熱式流量計(jì)的誤差分析及精度提升方法研究[D]. 袁琨翔.浙江大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3311118