影響氣體超聲波流量計計量精度的主要因素研究.pdf

1、超聲波流量測量本身是一個涉及眾多學(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的原理出發(fā),對引起計量誤差的其中兩個方面:流場適應(yīng)性(安裝效應(yīng))與渡越時間測量(時延估計)進(jìn)行了一些研究.在一次儀表的流場適應(yīng)性方面,通過應(yīng)用CFD流場仿真技術(shù),系統(tǒng)地研究了彎曲管道以及粗糙壁面條件下的流動速度場包絡(luò)分布情況,給出了不同的聲道布置方式對這些典型流動流場的適應(yīng)能力,并給出了一次儀表的設(shè)計與優(yōu)化思路.在二次儀表信號處理算法方面,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)合儀表在實時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時性.有關(guān)各章的內(nèi)容分述如下:論文的第一章以大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)為基礎(chǔ),全面論述了流量計的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀,確定以最有發(fā)展前途的流量計之一——?dú)怏w超聲波流量計為研究內(nèi)容.隨后對該流量計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、立項依據(jù),并說明了論文的主要研究內(nèi)容.論文第二章從超聲波流量計的計量原理出發(fā),根據(jù)對儀表數(shù)學(xué)模型的分析,提出了以導(dǎo)致流量計量不確定度的流場以及信號等關(guān)鍵因素為中心內(nèi)容的研究對象.論文第三章首先對理想流動下的流場流動情況進(jìn)行了分析,然后從流體力學(xué)原理出發(fā),對彎管流動流場特性以及粗糙管道流動特性方面進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究,從而為超聲波流量計的安裝效應(yīng)研究提供準(zhǔn)確的流動速度場信息.論文第四章的重點(diǎn)是流量計的安裝效應(yīng)及其

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

5、速度信息,因此時延估計的精度也就決定了流量計能達(dá)到的計量精度與性能.在超聲信號的時延估計問題中,信道的隨機(jī)時變、頻變對接收信號的影響是導(dǎo)致估計精度難以提高的主要原因.高精度時延估計通常以信道平穩(wěn)、接收信號歸一化波形基本不變?yōu)榍疤?當(dāng)信道起伏嚴(yán)重、信號波形畸變嚴(yán)重時,時延估計的精度將迅速下降.本章對影響最大的聲學(xué)噪聲信號問題進(jìn)行了針對性的研究,并提出使用Laguerre自適應(yīng)濾波基本消除因為流量、壓力等測量環(huán)境參數(shù)變動帶來的幅值變化差異,

6、獲得整齊劃一的波形.論文第六章對超聲波流量計樣機(jī)進(jìn)行了試驗研究,檢驗了上述技術(shù)的應(yīng)用可行性.美國氣體工業(yè)聯(lián)合會(American Gas Association,A.G.A.)9號報告中已經(jīng)給出了氣體超聲波流量計的詳細(xì)檢驗流程,并被認(rèn)為是超聲氣體流量計量領(lǐng)域的操作標(biāo)準(zhǔn).本章依據(jù)9號報告中建議的操作流程,對樣機(jī)進(jìn)行了零流量檢定、實流標(biāo)定,并對標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行了FWME修正.從試驗結(jié)果來看,超聲波流量計一次儀表殼體制造上的誤差會導(dǎo)致流量計示值輸