熱式氣體質(zhì)量流量測量及補(bǔ)償算法研究.pdf

1、混合氣體流量測量是工業(yè)過程中經(jīng)常遇到的問題，在測控領(lǐng)域處于非常重要的地位?；旌蠚怏w，例如煤氣、天然氣等一般都具有臟污嚴(yán)重、組分變化、溫度和壓力變化以及流量變化大等不利于流量檢測的特點。本文比較了幾種氣體流量測量方法在混合氣體中應(yīng)用的優(yōu)勢和缺點，最終選取熱式氣體流量測量方法為本文的研究對象，用于混合氣體的流量測量研究。根據(jù)熱式氣體流量計的基本原理，混合氣體的組分以及溫度改變都會導(dǎo)致流量計輸出信號的變化，造成較大的測量誤差。因此，本文研究如

2、何對熱式氣體流量計的輸出信號進(jìn)行溫度補(bǔ)償和組分補(bǔ)償，消除溫度和組分變化的影響，提高熱式氣體流量計的計量性能，有理論和實際意義。
　　 熱式氣體流量計源于“熱線風(fēng)速儀”，故本文先分別以反饋控制理論和傳遞函數(shù)分析兩種方法對定溫?zé)峋€風(fēng)速儀進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步研究了熱式氣體流量計的測量原理，建立了它的數(shù)學(xué)模型，并用數(shù)字仿真的方法對熱式流量計進(jìn)行了深入研究，具有一定的創(chuàng)新性，提高了熱式氣體流量計的理論水平。本文還對熱式氣體流

3、量計的測量探頭進(jìn)行了深入研究，分析了探頭的多種結(jié)構(gòu)、探頭的制作與安裝誤差對輸出信號的影響，并分析了旋渦對探頭的影響。
　　 針對氣體溫度對熱式氣體流量計輸出信號的影響，本文研究了幾種溫度補(bǔ)償算法，包括分析補(bǔ)償算法、雙敏感元件溫度補(bǔ)償算法、采用單一傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償以及使用電橋進(jìn)行自動溫度補(bǔ)償。在對常規(guī)補(bǔ)償算法研究的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新的自動溫度補(bǔ)償電路，該電路突破了熱式氣體流量計常規(guī)溫度補(bǔ)償電路設(shè)計上的某些限制，具有一定的創(chuàng)

4、新性和實用性。
　　 本文基于熱式氣體流量計的基本方程和實驗結(jié)果分析了混合氣體組分變化對熱式氣體流量計的影響，分析了組分補(bǔ)償?shù)谋匾?。在研究了基于換熱方程分析以及基于實驗研究和經(jīng)驗公式這兩種現(xiàn)存組分補(bǔ)償方法的基礎(chǔ)上，本文提出了采用物性參數(shù)分析與經(jīng)驗公式相結(jié)合的熱式氣體流量計組分補(bǔ)償算法，具有一定的創(chuàng)新性。還對補(bǔ)償算法實現(xiàn)中的幾個關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　 為了驗證本文提出的溫度補(bǔ)償以及組分補(bǔ)償算法的正確性和有效性，本文設(shè)

5、計了熱式氣體流量計樣機(jī)。設(shè)計了新的溫度補(bǔ)償電路，分析了組分補(bǔ)償算法的功能劃分以及在流量計算機(jī)中如何實現(xiàn)等技術(shù)。本文設(shè)計的樣機(jī)首先在吹風(fēng)實驗臺上進(jìn)行了實驗研究，得出了樣機(jī)在空氣中使用時的基本特性數(shù)據(jù)。樣機(jī)的溫度補(bǔ)償電路也在該實驗臺上進(jìn)行了實驗研究，實驗結(jié)果表明了該補(bǔ)償電路可以取得較好的溫度補(bǔ)償效果。然后將熱式氣體流量計樣機(jī)應(yīng)用于某煤氣公司測量煤氣流量，以驗證本文提出的組分補(bǔ)償算法，實驗結(jié)果表明該組分補(bǔ)償算法能有效補(bǔ)償混合氣體組分變化對流量