基于时差法的超声波气体流量测量系统的设计与实现

论文摘要

超声波气体流量计以其高精度、无压损、量程比大等优良的特性,在气体流量测量领域优势明显,随着我国天然气、沼气、煤层气等清洁型能源应用市场的不断发展扩大,具有高性能气体流量计量装置的需求也变得越发迫切。目前,市场上性能优良的超声波气体流量计几乎全部需要进口,而国外对于其核心技术依旧保持封锁的态度,因此早日实现超声波气体流量计的生产自主化意义重大。为此,本文以超声波气体流量测量系统为研究目标,通过对气体流量测量技术的相关理论展开深入研究,根据超声波信号特点,并结合实际应需求,研制了一款基于时差法的超声波气体流量测量系统,该系统具有流量、温度、压力三参数的数据采集、数据实时显示、数据存储及数据远程通讯等功能。主要研究内容如下:首先,通过大量文献资料的查阅与气体流量测量产品的市场调研,论述了超声波气体流量测量技术的研究背景及发展现状。从原理出发,对超声波气体流量测量技术的相关理论展开对比研究,确定了本系统设计的测量原理和时间计量方法。其次,针对超声波传播时间的准确计量问题,本文提出利用高精度时间计量芯片TDC-GP22的性能优势,保证时间计量的精度;设计高效的激励信号驱动电路,提高发射信号的输出功率;设计合理的接收电路,有效的实现回波信号的提取与噪声干扰的抑制;同时,接收信号中采用自动增益控制电路,保证接收信号不易受测量环境变化的影响,为时间计量的准确性提供有力的保障;此外,还设计了温压补偿电路、数据显示、数据存储、数据上传及电源管理等功能性模块。最终完成了一套完整的超声波气体流量测量硬件系统的设计。再次,根据硬件电路的相关要求,本文完成了超声波气体流量采集电路与控制电路的运行软件程序,并利用LCD段码屏与红外遥控器配合开发了友好的人机交互模块。系统研制完成后,对研制完成的测量系统进行了功能调试与性能验证。并通过临界流喷嘴、数字压力计,恒温水槽三个标准装置分别对流量、压力、温度三个参数进行了实验验证,验证结果表明流量参数符合1.5级的准确度标准、压力参数符合准确度0.5级标准、温度参数符合准确度B级标准,系统性能优良,达到了单声道超声波气体流量计的较高水平。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张锐

导师: 刘英,王琳

关键词: 超声气体波流量计,时差法,激励信号放大,接收信号调理,自动增益控制,实验验证

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术,自动化技术

单位: 西安电子科技大学

分类号: O426.9;TP872;TN873.93

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.002444

总页数: 94

文件大小: 3358K

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