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科的綜合技術,論文在前人研究基礎上,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:流場適應性(安裝效應)與渡越時間測量(時延估計)進行了一些研究.在一次儀表的流場適應性方面,通過應用CFD流場仿真技術,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能力,并給出了一次儀表的設計與優(yōu)化思路.在二次儀表信號處理算法方面,研究重點放

2、在背景噪聲下的超聲脈沖定位以及自適應降噪處理上,結合儀表在實時性與處理性能上的要求,采用以Laguerre濾波為基礎的自適應算法,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,從而在運算量上滿足儀表處理的實時性.有關各章的內容分述如下:論文的第一章以大量的國內外文獻為基礎,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——氣體超聲波流量計為研究內容.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,并說明了論文的主要研究內容.論文第二章從超聲波流量計的計量原理出發(fā),根據對儀表數學模型的分析,提出了以導致流量計量不確定度的流場以及信號等關鍵因素為中心內容的研究對象.論文第三章首先對理想流動下的流場流動情況進行了分析,然后從流體力學原理出發(fā),對彎管流動流場特性以及粗糙管道流動特性方面進行了深入系統(tǒng)的研究,從而為超聲波流量計的安裝效應研究提供準確的流動速度場信息.論文第四章的重點是流量計的安裝效應及其

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能力.流量修正系數是超聲波流量計的重要儀表參數,通過對該參數的獲取以及多聲道積分模型的建立,本章對修正系數及其在安裝效應研究中的作用進行了分析.另外還對安裝效應導致的聲時測量誤差進行了細化分析,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行深入研究.論文第五章主要集中在二次儀表數字信號處理研究上.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,信道的隨機時變、頻變對接收信號的影響是導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?當信道起伏嚴重、信號波形畸變嚴重時,時延估計的精度將迅速下降.本章對影響最大的聲學噪聲信號問題進行了針對性的研究,并提出使用Laguerre自適應濾波基本消除因為流量、壓力等測量環(huán)境參數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進行了試驗研究,檢驗了上述技術的應用可行性.美國氣體工業(yè)聯(lián)合會(American Gas Association,A.G.A.)9號報告中已經給出了氣體超聲波流量計的詳細檢驗流程,并被認為是超聲氣體流量計量領域的操作標準.本章依據9號報告中建議的操作流程,對樣機進行了零流量檢定、實流標定,并對標定結果進行了FWME修正.從試驗結果來看,超聲波流量計一次儀表殼體制造上的誤差會導致流量計示值輸