時差法多聲道氣體超聲波流量計的研究.pdf

1、相比于傳統(tǒng)流量計，超聲波流量計具有測量精度高、無阻流部件、適合大管徑流量測量等優(yōu)點。在我國，隨著天然氣使用的普及，氣體超聲波流量計作為法定計量工具，得到了廣泛的應(yīng)用。國際上對氣體超聲波流量計研究較早，目前已經(jīng)有成熟的高精度多聲道流量計產(chǎn)品，但價格非常昂貴。我國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，與國外先進水平相比還有不少差距。本論文在深入研究國內(nèi)外相關(guān)參考文獻和研究成果的基礎(chǔ)上，設(shè)計了時差

2、法六聲道氣體超聲波流量計，提出了將多個靜態(tài)波形求平均的參考波形選擇方法，并進行了流量測量實驗，驗證超聲波流量計樣機的測量性能。本論文的主要研究內(nèi)容和研究成果有如下幾個方面:
　　1.設(shè)計了六聲道氣體超聲波流量計。通過研究超聲波流量計工作原理，研制了時差法六聲道氣體超聲波流量計樣機。樣機的硬件電路采用雙CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中單片機負責聲道切換控制、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，主要負責超聲波信號

3、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的性能。軟件方面針對雙CPU系統(tǒng)的功能分別設(shè)計了單片機控制程序和DSP數(shù)據(jù)處理程序，同時完成了雙CPU工作時的時序同步。
　　2.提出了一種將多個靜態(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信號的衰減、畸變比較嚴重，同時管道中氣體流速、超聲波換能器安裝方向會進一步影響超聲波信號傳播，造成超聲波信號的不穩(wěn)定。而采用互相關(guān)算法計算渡越時間時，參考波形對計算

4、結(jié)果至關(guān)重要。本論文對超聲波信號影響因素進行深入研究后，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，對這些信號求平均，將得到的平均波形作為參考波形。與隨機選擇靜態(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渡越時間計算的精度和重復性，對流量計的性能提升有很大幫助。
　　3.搭建了流量測量實驗平臺，進行了流量測量實驗。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)，進行了一系列流速測量實驗，采