干式气体流量计ds-10a

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基于时差法的气体超声波流量计算法研究_图文 ．应用研究．量垦垦垦垦呈雹 基于时差法的气体超声波流量计算法研究 Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｒｌ Ａｒｉ廿ｌｍｅ七ｉＣｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉＣＧａｓＦｌｏｗｍｅｔｅｒＢ＆ｓｅｄ ｏｎ Ｔｉｍｅ１３ｉｆｆｅｒｅｎｃｅＭｅｔｈｏｄ 张亚先李长奇孙丽梅刘守宁３００３８４） （中环天仪股份有限公司 【摘要】本文主要介绍了基于时差法的气体超声波流量计的几种流量算法公式的推导，以及对各种算法进行深入的讨论研究，最终指出其中最优流量表达式的应用。 ［关键词】气体超声波流量计［中图分类号】ＴＥＢ 算法 时差法 温压补偿 ［文章编号】１００７－９４１６（２００９）０８－００６１－０２ ［文献标识码】Ａ １引言 与以往传统的各种气体流量计相比，气体超声波流量计具有安装简单、维护费用低、不改变气体流动状态、不产生附加阻力以及适合大管径大流量铡量等优点，是一种理想的节能型气体流量计。气体超声波流量计被广泛应用于冶金、电力、化工、石油、食品、医药、农业以及环保等国民经济的各个领域，可以作为能源（如煤气、天燃气）和其它气体（如氧、氮、氢、空气等）的经济核算和能源管理工具。同时，随着大气环境保护被列为二十一世纪十大课题之一，我国有上千万个烟口排放出的烟气需要进行流量监控和烟气成分检测，气体超声波流量计更是成为了工业监铡的必备仪器。 本文主要对气体超声波流量计的时差法测量原理进行了深入研究，推导了时差法测量的各种算法，并通过对各种不同算法的分析，进一步讨论去除温度、压力对气体测量影响的可能性，从而有益于解决 换能器安装角度等作为已知条件，通过监测超声波信号在气体中沿顺流方向和逆流方向的两个传播时间，分别计算出气体的流速和流量。 图２．１为气体超声波流量计的简化结构示意图。如图所示，在管道中有固定流向的气体介质。圆形管道的内径为Ｄ，在管道两侧的Ａ、Ｂ两点相对各放置一个超声波换能器。两个换能器之间的连线与管道轴线方向的安装角度为０，并与管道中轴相交（在实际安装情况中，换能器的位置也允许不在管道直径上，视声道数目的不同而有所差异）。 两换能器分时测量两次：首先超声波换能器在Ａ点处顺管道气体流动的方向发射超声波脉冲串，用换能器在Ｂ点处接收，测得超声波顺程时间ｔ。。。然后改用超声波换能器在Ｂ点处沿气体流向的逆向再发射超声波脉冲串，用换能器在Ａ点处接收，测得逆程时间ｔ。。。用二者之差（ｔ。。－－ｔ。。）计算被测流体的流量，这就是超声波时差法的基本铡量原理。 可见，利用时差法测气体流速的基本原理是：超声波在气体中的传播速度等于超声波在静止气体中的传播速度与气体的平均流速的矢量和，依此计算出气体的平均速度之后再推算出管道气体流量的大小。 ３ 度，ｍ／ｓ Ｔ 一一超声波仪表附加延迟时间，Ｓ ２Ｄ ｃ 流速ｖ的表达式可由式（３．１）直接推得 （３．３） 在式（３．３）中，气体流速ｖ与测量时间ｔＡＢ呈非线性关系，该表达式不是仪表设计所希望得到的理想表达式，因此应利用ｔＡＢ、ｔＢＡ两个量来推导流速ｖ的更佳表达式。 以下将列举具有代表性的三种气体超声波流量计时差法的不同算法模型。 ３．１算法公式一 推导第一种算法表达式时，首先定义 超声波逆程、顺程传播时间差为Ａｔ＝ｔ。。一ｔ。。。联立式（３．１）和式（３．２）推得 ２ＤＸ ｃＯｔ０Ｘｖ 出２了二≮丽（３?４） 一般来说在摄氏零度时海平面的气体声速约３３１．５ｍ／ｓ，而管道中流体流速通常小于５０ｍ／ｓ，即ｃ２＞＞ｖ２。这样式（３．２）可以简化为 气体测量中的一大难题一一温压补偿问题。 ２时差法的基本测量原理 常用气体超声波流量计的测量原理大致可分为四种：频差法、相关法、多普勒法和时差法１１ｔ。由于频差法和相关法的分辨力较低，实现起来较困难。由于多普勒法测量精度受到温度变化和散射体的影响，需要进行修正，而且修正过程比较复杂，因此实际应用较少。因此基于难度和可实现性两方面因素的考虑，目前生产最多、应用范围最广的气体超声波流量计主要采用时差法来实现。 自从１９２８年德国人吕特根（Ｒｕｔｔｇｅｎ）提出了超声波流量测量原理【２】以来，直到二十世纪三十年代才研制出应用时差法的超声波流量计［”，但为了使超声波流量计具有一定的精度，时差法超声波流量计要求对时间的测量精度至少达到ｌＯ－－９Ｓ，这在当时是很难做到的。直到上世纪八十年代，超声波流量仪表取用单片机作为中央处理单元以提高其数学运算与数据处理能力，才使得超声波流量计真正进入了工业测量领域。 采用时差法测量的气体超声波流量计属于间接测量仪表，它对气体流量的测量是将被测气
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HVAC空气平衡/节约能源/室内清洁/风道流量/烟罩/层流床
实验室和科研开发流量研究/大学科研/能源研究/职业安全/生物医学研究/毒物学研究/工业卫生/实验
石油天然气工业燃烧气体测量/气体质量研究/废气回收/气体混合/泄露测试/计量/修补
过程控制气体干燥/入口气体/通风系统/助燃气体/压缩机管道/燃烧控制/封闭容器
原料工业造纸和纸浆/半导体制造/铁矿/采矿/化工处理/塑料合成/钢铁精炼/钢铁退火
纺织工业天然气消耗/天然气计量/压缩空气监视/燃烧控制
公用工程电厂、天然气厂、水厂、污水处理厂监控以下部位：烟气/通风系统/气体流量/助燃空气/
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指导教师签字 教研室主任签字 年月日 （此任务书装订时放在毕业设计报告第一页） 目录 1绪论 1 1.1引言 1 1.2涡轮流量计的特点 1 1.3气体涡轮流量计的应用场合 3 1.4发展前景 6 2涡轮流量计的工作及结构原理 7 2.1TWLQ型气体涡轮流量计的工作原理 7 2.2气体涡轮流量计的结构原理 8 2.2.1涡轮流量计的结构原理 8 2.2.2涡轮流量传感器的结构 9 3气体涡轮流量计叶轮的改进 21 3.1叶轮的叶型对加工的影响 21 3.2叶轮叶型结构参数的确定 22 4导流器与传感器的改进 26 4.1导流器的改进 26 4.2传感器的改进 29 4.2.1传感器的分类 29 4.2.2流体密度对传感器的影响 30 5TWLQ气体涡轮流量计中轴与轴承的改进 34 5.1涡轮轴的改进 34 5.2TWLQ气体涡轮流量计中轴承的结构改进 35 6气体涡轮流量计的安装使用和维护 38 6.1流量计的安装 38 6.1.1传感器的安装 38 6.1.2连接管道的安装 39 6.2选用 40 6.2.1传感器的选用 40 6.2.2流量指示积算仪 41 6.3使用注意事项 41 6.4维护和故障处理 42 结论 44 参考文献 45 附录1：中英文翻译 46 致谢 65 1绪论 1.1引言 数千年前，人们为适应农业灌溉和水利的需要，就已开始关注着流量测量问题，古埃及出现了堰的雏形，而我国都江堰在那时也已经知道利用宝瓶口岩壁上所刻的“水则”，来观察水位，以进行控制[1]。 到19世纪中叶，从节流式流量计开始，逐渐建立了近代流量计的理论基础。现代各类流量仪表也相继出现，如商用的水表，煤气表和文丘里管差压式流量计等。20世纪20-30年代，又出现了孔板和喷嘴差压式流量计，浮子流量计，融及时流量计以及宗法和稀释法等流量测量方法。20世纪50年代以后，随着电子技术,材料和加工技术的飞跃发展，以流程工业为先导的各工业部门和公用事业大量使用流量仪表，促使各种使用新颖的流量
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5采用电池或DC24V电源供电，能耗低（工作电流为20mA）；
6传感器的零点恒定性高；
7可采用快速接口进行连接，使用方便。
精度±（1.5+0.5FS）%
工作温度-20～+60℃
最大工作压力：1.0MPa
湿度：≤95%RH（无结冰，无凝露）
显示：瞬时流量，累积流量
通讯方式RS485(MODBUS协议)
电源：12～24VDC
连接：NPT内螺纹
校准空气：20℃，101.325KPa
本体材料：铝合金
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基于上述标定系统,实验时气流温度约20℃,并基本保持不变。试验获得66个样本,其中60个用于表达式系数的回归分析,其余用作检验回归效果。用于非线性回归的样本数据列于表1中。
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