多聲道超聲波氣體流量測量關鍵技術研究.pdf

1、多聲道超聲波流量計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)易計量領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鍵問題和關鍵技術。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。本文重點研究多聲道超聲波氣體流量計的機理建模，力圖克服不同氣體流態(tài)下流場分布對流速測量的校正，并對輸出信號進行溫度和壓力補償，提高多聲道超聲波氣體流量計的性能，因此研究有理論和實際

2、意義。
　　 首先，為完成多聲道超聲波氣體流量計的機理建模，分析了時差法超聲波氣體流量計測量原理，分析了影響流量測量的諸多因素。在分析了傳統(tǒng)時差法中以Prandtl的流速分布和系數(shù)修正的經(jīng)驗公式基礎上，本文研究了與雷諾數(shù)和管壁粗糙度有關的流速分布修正系數(shù)的計算方法，仿真了流場分布曲線與雷諾數(shù)之間的關系，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的機理建模。在基于弦向聲道的超聲波流量

3、計測量原理的基礎上，利用流速分布修正系數(shù)的計算方法，以及數(shù)值積分計算方法，研究了多聲道超聲波氣體流量計聲道分布位置的確定方法，數(shù)字積分加權系數(shù)的計算方法，建立了完整的數(shù)學模型。在建模過程中，利用了Gauss-Legendre、Gauss-Yacobi和神經(jīng)網(wǎng)絡數(shù)值積分方法，確定了聲道分布位置參數(shù)和加權系數(shù)，建立了不同特性的三種數(shù)學模型。通過仿真與計算得知，三種數(shù)學模型均在理論計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；Gauss-Yacobi建模方法適合流態(tài)復雜的偶數(shù)聲道的多聲道超聲波氣體流量計，它避開了管道軸線上流態(tài)復雜的問題。這兩種高斯數(shù)值積分建立的數(shù)學模型，雖已完整和系統(tǒng)，但需要在實際應用前現(xiàn)場測試修正加權系數(shù)。
　　 然后，研究了多聲道超聲波氣體流量計中聲信號的識別技術。在研究了超聲波信號的產(chǎn)生、接收電路的基礎上，分析了提高測量精度的關鍵在于如何精確地尋找到超聲波回波信號的起點時刻。因此本

5、文研究了適合單片機或DSP微處理器系統(tǒng)實現(xiàn)的改進型數(shù)字極性相關算法，經(jīng)過實驗測試，其識別時間能夠達到≤0.1秒，聲時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，包括各個聲道的流速測量值和多個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)補償和修正，完成標況下的流量修正；還進行了多聲道超聲波氣體流量計測量不確定度分析，并結(jié)合現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)的不確定