影響氣體超聲波流量計(jì)計(jì)量精度的主要因素研究.pdf

1、超聲波流量測(cè)量本身是一個(gè)涉及眾多學(xué)科的綜合技術(shù),論文在前人研究基礎(chǔ)上,從氣體超聲波流量計(jì)的原理出發(fā),對(duì)引起計(jì)量誤差的其中兩個(gè)方面:流場(chǎng)適應(yīng)性(安裝效應(yīng))與渡越時(shí)間測(cè)量(時(shí)延估計(jì))進(jìn)行了一些研究.在一次儀表的流場(chǎng)適應(yīng)性方面,通過(guò)應(yīng)用CFD流場(chǎng)仿真技術(shù),系統(tǒng)地研究了彎曲管道以及粗糙壁面條件下的流動(dòng)速度場(chǎng)包絡(luò)分布情況,給出了不同的聲道布置方式對(duì)這些典型流動(dòng)流場(chǎng)的適應(yīng)能力,并給出了一次儀表的設(shè)計(jì)與優(yōu)化思路.在二次儀表信號(hào)處理算法方面,研究重點(diǎn)放

2、在背景噪聲下的超聲脈沖定位以及自適應(yīng)降噪處理上,結(jié)合儀表在實(shí)時(shí)性與處理性能上的要求,采用以Laguerre濾波為基礎(chǔ)的自適應(yīng)算法,在滿足脈沖信號(hào)處理精度的前提下最大限度地降低了濾波器階數(shù),從而在運(yùn)算量上滿足儀表處理的實(shí)時(shí)性.有關(guān)各章的內(nèi)容分述如下:論文的第一章以大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)為基礎(chǔ),全面論述了流量計(jì)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀,確定以最有發(fā)展前途的流量計(jì)之一——?dú)怏w超聲波流量計(jì)為研究?jī)?nèi)容.隨后對(duì)該流量計(jì)一次儀表和二次儀表方面的研究做了全面介紹.提

3、出了本博士課題的選題意義、立項(xiàng)依據(jù),并說(shuō)明了論文的主要研究?jī)?nèi)容.論文第二章從超聲波流量計(jì)的計(jì)量原理出發(fā),根據(jù)對(duì)儀表數(shù)學(xué)模型的分析,提出了以導(dǎo)致流量計(jì)量不確定度的流場(chǎng)以及信號(hào)等關(guān)鍵因素為中心內(nèi)容的研究對(duì)象.論文第三章首先對(duì)理想流動(dòng)下的流場(chǎng)流動(dòng)情況進(jìn)行了分析,然后從流體力學(xué)原理出發(fā),對(duì)彎管流動(dòng)流場(chǎng)特性以及粗糙管道流動(dòng)特性方面進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究,從而為超聲波流量計(jì)的安裝效應(yīng)研究提供準(zhǔn)確的流動(dòng)速度場(chǎng)信息.論文第四章的重點(diǎn)是流量計(jì)的安裝效應(yīng)及其

4、評(píng)估研究,并計(jì)算了若干種典型聲道布置在特定流場(chǎng)中的流場(chǎng)適應(yīng)能力.流量修正系數(shù)是超聲波流量計(jì)的重要儀表參數(shù),通過(guò)對(duì)該參數(shù)的獲取以及多聲道積分模型的建立,本章對(duì)修正系數(shù)及其在安裝效應(yīng)研究中的作用進(jìn)行了分析.另外還對(duì)安裝效應(yīng)導(dǎo)致的聲時(shí)測(cè)量誤差進(jìn)行了細(xì)化分析,將之分解為徑向速度影響與速度場(chǎng)非對(duì)稱分布影響兩個(gè)大類進(jìn)行深入研究.論文第五章主要集中在二次儀表數(shù)字信號(hào)處理研究上.由于流量計(jì)主要依靠超聲脈沖在順流和逆流情況下的信號(hào)時(shí)延差分來(lái)獲取流體的流動(dòng)

5、速度信息,因此時(shí)延估計(jì)的精度也就決定了流量計(jì)能達(dá)到的計(jì)量精度與性能.在超聲信號(hào)的時(shí)延估計(jì)問(wèn)題中,信道的隨機(jī)時(shí)變、頻變對(duì)接收信號(hào)的影響是導(dǎo)致估計(jì)精度難以提高的主要原因.高精度時(shí)延估計(jì)通常以信道平穩(wěn)、接收信號(hào)歸一化波形基本不變?yōu)榍疤?當(dāng)信道起伏嚴(yán)重、信號(hào)波形畸變嚴(yán)重時(shí),時(shí)延估計(jì)的精度將迅速下降.本章對(duì)影響最大的聲學(xué)噪聲信號(hào)問(wèn)題進(jìn)行了針對(duì)性的研究,并提出使用Laguerre自適應(yīng)濾波基本消除因?yàn)榱髁俊毫Φ葴y(cè)量環(huán)境參數(shù)變動(dòng)帶來(lái)的幅值變化差異,

6、獲得整齊劃一的波形.論文第六章對(duì)超聲波流量計(jì)樣機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)研究,檢驗(yàn)了上述技術(shù)的應(yīng)用可行性.美國(guó)氣體工業(yè)聯(lián)合會(huì)(American Gas Association,A.G.A.)9號(hào)報(bào)告中已經(jīng)給出了氣體超聲波流量計(jì)的詳細(xì)檢驗(yàn)流程,并被認(rèn)為是超聲氣體流量計(jì)量領(lǐng)域的操作標(biāo)準(zhǔn).本章依據(jù)9號(hào)報(bào)告中建議的操作流程,對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了零流量檢定、實(shí)流標(biāo)定,并對(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行了FWME修正.從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,超聲波流量計(jì)一次儀表殼體制造上的誤差會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)示值輸