多聲道超聲波氣體流量測量關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、多聲道超聲波流量計(jì)是解決大管徑氣體流量測量的一種很好的方式，在工業(yè)氣體流量測量與貿(mào)易計(jì)量領(lǐng)域中處于非常重要的地位，因此急需解決多聲道超聲波氣體流量測量的一些關(guān)鍵問題和關(guān)鍵技術(shù)。對于大管徑氣體傳輸來說，氣體流場分布情況會影響流量測量的性能，并造成較大的測量誤差。本文重點(diǎn)研究多聲道超聲波氣體流量計(jì)的機(jī)理建模，力圖克服不同氣體流態(tài)下流場分布對流速測量的校正，并對輸出信號進(jìn)行溫度和壓力補(bǔ)償，提高多聲道超聲波氣體流量計(jì)的性能，因此研究有理論和實(shí)際

2、意義。
　　 首先，為完成多聲道超聲波氣體流量計(jì)的機(jī)理建模，分析了時(shí)差法超聲波氣體流量計(jì)測量原理，分析了影響流量測量的諸多因素。在分析了傳統(tǒng)時(shí)差法中以Prandtl的流速分布和系數(shù)修正的經(jīng)驗(yàn)公式基礎(chǔ)上，本文研究了與雷諾數(shù)和管壁粗糙度有關(guān)的流速分布修正系數(shù)的計(jì)算方法，仿真了流場分布曲線與雷諾數(shù)之間的關(guān)系，探討了提高流速與流量測量精度的措施。
　　 其次，本文完成了多聲道超聲波氣體流量計(jì)的機(jī)理建模。在基于弦向聲道的超聲波流量

3、計(jì)測量原理的基礎(chǔ)上，利用流速分布修正系數(shù)的計(jì)算方法，以及數(shù)值積分計(jì)算方法，研究了多聲道超聲波氣體流量計(jì)聲道分布位置的確定方法，數(shù)字積分加權(quán)系數(shù)的計(jì)算方法，建立了完整的數(shù)學(xué)模型。在建模過程中，利用了Gauss-Legendre、Gauss-Yacobi和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)值積分方法，確定了聲道分布位置參數(shù)和加權(quán)系數(shù)，建立了不同特性的三種數(shù)學(xué)模型。通過仿真與計(jì)算得知，三種數(shù)學(xué)模型均在理論計(jì)算誤差上能夠滿足流量測量精度的要求。Gauss-Legend

4、re建模方法適合奇數(shù)聲道的多聲道超聲波流量計(jì)；Gauss-Yacobi建模方法適合流態(tài)復(fù)雜的偶數(shù)聲道的多聲道超聲波氣體流量計(jì)，它避開了管道軸線上流態(tài)復(fù)雜的問題。這兩種高斯數(shù)值積分建立的數(shù)學(xué)模型，雖已完整和系統(tǒng)，但需要在實(shí)際應(yīng)用前現(xiàn)場測試修正加權(quán)系數(shù)。
　　 然后，研究了多聲道超聲波氣體流量計(jì)中聲信號的識別技術(shù)。在研究了超聲波信號的產(chǎn)生、接收電路的基礎(chǔ)上，分析了提高測量精度的關(guān)鍵在于如何精確地尋找到超聲波回波信號的起點(diǎn)時(shí)刻。因此本

5、文研究了適合單片機(jī)或DSP微處理器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)型數(shù)字極性相關(guān)算法，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試，其識別時(shí)間能夠達(dá)到≤0.1秒，聲時(shí)測量精度也能夠滿足系統(tǒng)要求。
　　 最后，分析和討論了多聲道超聲波氣體流量測量的數(shù)據(jù)處理方法，包括各個(gè)聲道的流速測量值和多個(gè)聲道的流速測量值的數(shù)據(jù)融合算法；根據(jù)工況下的流量測量值，通過溫度、壓力和氣體壓縮系數(shù)補(bǔ)償和修正，完成標(biāo)況下的流量修正；還進(jìn)行了多聲道超聲波氣體流量計(jì)測量不確定度分析，并結(jié)合現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)的不確定