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相位差法超声流量计技术的研究

作　者: 吕云飞
导　师: 田坦
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 流量计 相位差 现场可编程逻辑阵列 软件工程
分类号: TH814
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 424次
引　用: 7次
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内容摘要


超声波流量计以其非接触、易于安装维护的优点在工业测量领域获得了广泛的应用。然而超声波流量计本身也存在许多不足之处,因此有必要对其加以改进和提高,以使其工作性能更加稳定可靠。本论文的研究对象是相位差法超声波流量计。相位法超声波流量计是向盛有流动液体的管道中顺流方向和逆流方向交替的发射超声波宽脉冲。流速就是总的传播液体传播时间和顺逆流方向传播时间差的函数。在本论文中,对能提高整个系统性能的几项关键技术进行了深入的理论研究,并给出了具体电路实现方法。主要工作如下: 1.研究了时差式超声波流量计的测量原理,对理论公式进行了推导并给出了时差法超声波流量的测量原理图。然后根据流体力学的有关知识,对管道流体流速分布规律特别是流速分布修正系数进行了讨论。最后从理论上对超声波在流体中的传播特性进行分析,为具体的电路实现打下了坚实的理论基础。 2.讨论整个系统硬件电路的几个关键技术及其实现方法,包括换能器的结构和参数选择、接收电路和信号检测电路以及采用现场可编程逻辑阵列(FPGA)设计高精度计数电路和对传播时间差的精确测量。 3.在本论文中,结合软件工程给出了流量计流量计算软件和控制软件的流程框图,并对软件的设计进行了详细的说明。 4.对影响流体流量测量的各种因素进行了仔细的分析、研究,采用突出主要误差的分配原则,对各种可能误差进行了误差合成。最终给出了实验方案和结果。

全文目录


第1章 绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 流量计的分类  9-11
  1.3 超声波流量计  11-14
    1.3.1 超声波流量计的特点及应用  11-12
    1.3.2 超声流量计的分类  12-14
  1.4 论文的主要工作  14-17
    1.4.1 系统的总体结构  14-15
    1.4.2 主要研究内容  15-17
第2章 相位差法超声流量计原理  17-26
  2.1 引言  17
  2.2 流量计量基础  17-21
    2.2.1 流量与总量  17-18
    2.2.2 层流与湍流  18
    2.2.3 速度分布与平均流速  18-20
    2.2.4 速度分布的影响及修正  20-21
  2.3 传播时间差法基本原理  21-22
  2.4 利用相位差法测量传播时差  22-24
    2.4.1 相位差的测量  22-24
    2.4.2 相位差法的优势  24
  2.5 本章小结  24-26
第3章 系统硬件设计  26-49
  3.1 引言  26
  3.2 控制电路的设计  26-32
    3.2.1 C8051F120型单片机  26-29
    3.2.2 控制电路的设计  29-32
  3.3 计数器电路的设计  32-38
    3.3.1 可编程逻辑器件FPGA和硬件描述语言VHDL  33-35
    3.3.2 利用FPGA设计计数器电路  35-38
  3.4 接收发射电路的设计  38-42
    3.4.1 发射电路的设计  38-39
    3.4.2 接收电路的设计  39-42
  3.5 输入输出电路的设计  42-44
    3.5.1 显示模块的设计  42-44
    3.5.2 键盘的设计  44
  3.6 超声波换能器的选择  44-48
    3.6.1 超声波换能器的结构  45
    3.6.2 超声波换能器入射角度的选择  45-46
    3.6.3 超声波换能器工作频率的选择  46-48
  3.7 本章小结  48-49
第4章 系统软件设计  49-55
  4.1 引言  49-50
  4.2 软件系统开发方法  50-51
    4.2.1 结构化开发方法  50
    4.2.2 面向对象开发方法  50-51
  4.3 流量计计算软件的设计  51-53
  4.4 流量计控制软件的设计  53-54
  4.5 本章小结  54-55
第5章 实验结果分析  55-62
  5.1 引言  55
  5.2 流量计测试系统  55-56
  5.3 系统的误差研究  56-58
    5.3.1 误差理论  56-57
    5.3.2 相位差法测量误差分析  57-58
  5.4 数据分析  58-60
  5.5 本章小结  60-62
结论  62-64
参考文献  64-66
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  66-67
致谢  67-68
附录  68

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 热工量的测量仪表 > 流量测量仪表
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