多声道超声气体流量计的建模与仿真

基于时差式超声流量计测量原理和Gauss-Legendre数值积分方法，建立了多声道超声气体流量计的数学模型．在建模过程中，根据瞬时流速以流速分布函数按面积积分的公式，推导出在弦向声道处的平均流速按声线积分的表达式，然后推导出在弦向声道处的平均流速加权求和的瞬时流速公式；应用Legendre多项式求解出高斯节点值和加权系数，即确定了各个声道的分布位置．以四声道交叉布置方式的超声气体流量计为例，通过Matlab仿真与误差分析，结果表明：在考虑流速分布的影响下，模型的测量误差不大于0．1％，验证了模型的正确性，因而多声道超声气体流量计完全能满足油气、天然气等气体在输送和分配计量中的精度要求．     

多声道超声波气体流量计声平面安装角度对测量影响的模型仿真和实验研究

采用计算流体力学(CFD)方法,建立90°单弯管道内气体流动的仿真模型,获得管道内流场分布情况,通过对声路上每个网格内声波传播时间逐个累计的方式模拟超声波流量计原理计算渡越时间。搭建超声波气体流量计量实验系统,通过实验验证仿真结果。研究结果表明:在90°单弯管道下游,随直管段距离增加,多声道超声波气体流量计的计量偏差逐渐减小。以90°单弯管下游10D位置安装的六声道超声波流量计为例,声平面角度变化使计量相对误差发生变化。相对于与弯管平面平行或者垂直安装的方式,与弯管平面倾斜安装能有效避开流速分布的低速区,降低计量误差。在实际应用中,当管道内流场分布非对称时,多声道流量计声平面安装角度的变化会影响流量计量效果。在阻流件下游安装多声道超声波流量计,需根据流场分布特点选择适当的声平面安装角度,降低非对称流速分布对精度带来的影响。     

气体对于超声波流量计影响及其修正的实验研究

超声波流量计在测量液体流量时,往往要求管内是充满状态,但在实际应用中,常常出现液体中含有气体,从而造成测量偏差。为了能够修正该偏差,提出了多传感器组合使用,进行修正的方法。对管道中充满液体时,使用FDT—21超声波手持流量计进行流量标定;在含有气体状态下,使用38 k Hz的超声波发射及接收装置,测量不同含气量研究不同安装方式对于含气流量的测量影响,从而实现含气状态下水平管道中流量的修正。结果表明:水平管道液体流动时,含气会对超声波流量计测量结果造成误差,通过适当的修正方法可实现超声波流量计流量的测量,偏差大约在2%左右。     

超声多普勒流量计实现分区流速测量的方法研究

为了扩展超声波多普勒测量方法的功能并提高超声多普勒流量计的测量精度,提出了可以实现流通区域内流体速度分布测量的分区流速测量方法。采用超声波交叉域法,对声束的发射与接收进行汇聚,使汉速信息集中在流场中十几毫米到数毫米的区域范围内;采用了发射、接收换能器,让声束的交叉域分布在描述流场特性的地方,实现了流场的分区流速测量。扩展了超声波多普勒方法的功能,若对分区流速进行积分处理就可获得流量,为提高超声多普     

超声波气体流量测量系统的实现

超声波气体流量计因为其具有许多优点,在工业上获得越来越广泛的应用。超声波气体流量测量需应用一种新的流量测量技术,因为超声气体流量计工作在噪声较强的场合,且信号微弱。超声波气体流量计信号不能用传统的方法检测,在此,数字平均技术及相关技术得到应用,数字平均技术可使信号得到加强,相关技术可使渡越时间测量更精确,流量测量精度可达±2%。     

二相编码信号发射的超声液位测量误差分析

二相编码信号发射的超声波液位测量不仅可以改善测量的准确性,而且能够增强测量系统的抗干扰性能.研究表明优化测量系统的发射信号波形可以明显提高测量精度和改善系统稳定性.采用Barker二相编码信号作为发射信号、压缩回波信号能量、优化信号处理、引入测量误差补偿,形成一种新的超声液位测量方法,并进行仿真验证.仿真结果表明:使用自适应白化滤波器、相关处理技术和最小二乘法曲线拟合,对测量结果进行修正,可以减小Barker码激励的超声液位测量误差,提高测量准确性.     

均速管在两相流测量中总压孔开孔位置的确定方法

本文根据均速管流量计在气(汽)液两相流测量中存在的问题,提出了利用两相流速分布规律重新确定总压孔开孔位置的改进方法。针对垂直上升圆管中气液两相流的速度分布式,具体给出了开孔位置的计算方法及结果,由此得到的均速管如被用于两相流测量,在测量精度、测量范围上都有所改善。     

利用超声波检测流量的高精度系统

讨论了超声波在流体内传播过程中流速补偿问题，建立了流量测量的数学模型，并给出测量系统的结构框图。针对超声检测流量中的流场分布情况，采用高电压窄脉冲信号触发超声波发射电路、高频振荡计数与相敏检波相结合的高精度在线检测方法提高测量的精度，并利用系统内存储的测量环境数据和实际测量时的温度对测量结果进行补偿，保证测量的稳定性；分析了测量误差来源以及消除误差的方法。     

页岩各向异性的全光学检测

本文利用全光学方法对不同地区的页岩样本进行各向异性检测.利用激光在页岩等岩石中激发产生超声波,基于激光干涉原理对超声波速进行检测,从而获得页岩层理结构的各向异性分布特点.检测结果表明超声纵波波速与页岩层理结构吻合得很好.超声纵波沿页岩层理面传播时速度最大,垂直页岩层理面传播时速度最小,超声波速关于页岩层理方向以正弦规律对称分布.不同地区的页岩超声波速也不同.全光学检测方法可以实现对页岩层理结构的快速判断,根据在页岩中传播的超声波速可了解页岩的致密度及各向异性强度,对页岩储层的开发具有一定指导意义.     

多电极电磁流量计肢体血液流速分布测量研究

为实现人体血液流速分布的非侵入式测量,对重大心血管疾病进行预判,将多电极电磁流量计应用于人体肢体血液速度剖面测量,将传统Shercliff权函数改进为区域权函数,模仿人体肢体结构建立COMSOL仿真模型,将测量截面划分为不同区域,通过多对电极获取不同位置的弦端电压,确定肢体截面上不同测量区域的权函数,进而计算各测量区域的局部轴向平均速度。针对动脉、静脉所在位置范围内进行不同区域划分并进行血液流速分布测量,仿真验证了多电极电磁测量系统对动脉、静脉血管中互为逆向流动的速度信息测量的可行性。三维有限元仿真和计算结果表明,所提出的测量方法能够实现肢体测量截面处不同方向的流速测量,并且具有较高的速度分布重构精度,对于人体血液流速测量和血流变异常监测具有参考价值。     

单声道超声流量计不同声道布置形式的流场适应性

流量计安装条件对其测量性能的影响是流量测量领域的一个重要问题.基于实流实验与数值仿真相结合方法,对单声道超声流量计的5种声道布置形式进行研究,对其在3种典型的阻流件(单弯头、双弯头、渐缩管与单弯头组合)下游的测量性能进行数值仿真,提出了流场敏感误差和流场敏感因子2个评价指标来表征超声流量计的流场适应性.结果表明:三角形声道布置方式对这3种非理想流场均有较好的适应性;超声流量计对流场的敏感程度与其声道反射次数没有必然联系,关键是合理布置声道位置.     

超声流量计探头安装入侵长度对测量影响的估算

侵入式探头对超声流量计流场产生扰动．探头扰动造成测量误差,制约非实流标定的发展．针对探头扰动提出简化模型,根据简化模型给出探头扰动误差估算方法．与DN500和DN100两种口径的多声路超声流量计实流实验结果进行对比,估算结果与实验结果相差最大不超过0．4％．实验结果表明,随超声流量计直径减小,探头扰动造成的测量负误差迅速增大．DN100多声路超声流量计中探头扰动造成的测量误差达到-5％,且误差随雷诺数的变化率比DN500多声路超声流量计大．     

一种高精度超声波测距方法的研究

介绍了超声波在空气中的传播原理,分析了超声波测距产生测量误差的主要原因,即环境温度变化引起速度的变化,回波前沿的确定偏差引起测量时间的误差是引起测距误差的主要原因.提出通过温度测量修正传播速度,应用双比较器整形结合软件查找回波前沿以提高空气中测量精度的方法.在此基础上,设计了相应的超声波测距系统并与单比较器测量系统进行了对比实验,研究表明,双比较器整形方法能够有效的提高测量精度,而且相对其他高精度超声波测距方法,该方法电路简单.图4,表2,参8.     

多电极电磁流量计用于非轴对称流的测量

为解决两电极电磁流量计对于速度非轴对称分布的敏感问题,基于Shercliff权函数提出区域权函数概念,研究其计算方法并设计出多电极电磁流量计．通过多电极传感器测量不同位置的弦端电压,计算管道截面各区域的局部轴向平均速度,并实现体积流量的测量．介绍了多电极电磁流量计传感器设计,通过测量偏流发生器下游的非轴对称单相流及倾斜管固一液两相流,证明该设计对于非轴对称流具有较高的流量测量精度及可靠的速度分布测量结果．     

天然气管中超声波气体流量计的应用研究

超声波气体流量计是一种速度式流量计,由于其性能的优异性,在各个领域得到广泛应用。因此,在文章中,对超声波气体流量计的工作原理、超声波气体流量计在天然气管中的应用进行探讨,分析应用过程中需要注意的问题,以保证获得更多经验。     

弯径变化对超声波燃气表特性影响的研究

研究提高超声波燃气表线性度问题。由于要使超声波燃气表检测信号与超声波传播路径所在截面的平均速度呈线性关系,才能准确测出流量,但实际上超声波燃气表流道有弯道,弯道会引起二次流,从而影响超声波燃气表的测量精度与线性度。采用FLUENT软件对七种不同弯径的U型流道进行了三维仿真,通过比较入口速度与超声波传播路径所在截面的平均速度之间的线性关系,从中选择相对好的弯径。仿真结果显示,通过优化弯径来提高超声波燃气表的精度是一种可行的方法。     

水平旋流泄洪洞的综合水力特性

通过模型试验,研究了水平旋流泄洪洞的基本流态、基本水力特性、流速分布与压强分布特性。水平旋流泄洪洞的流态可分为自由流、吸吮流和淹没流三种基本流态,各种水力特性的变化均与流态有关,也具有明显的分区特性。水平旋流洞切向流速沿径向的分布可以看成组合涡分布,轴向流速为最大值靠近壁面一侧的二次曲线分布。流速和壁面压强分布随上下游水位的变化趋势在各种流态下是相同的,但在具体规律上因流态不同而有较大的差异。     

小波分析在超声波流量计中的应用

在时差法超声波流量计中,准确测量超声波的传播时间是确保流量计计量精度的关键.为此,提出了用小波变换的方法以提高信号的检测精度,从而有效地提高流量计的精度.     

浅谈利用超声波测量流体流量

本文叙述了超声波流量测量的原理、基本方法,介绍了多普勒效应法超声波流量计的测量技术和方法,并分析了测量误差。     

一种用于时差法超声波流量计的高精度测时方法的实现

针对时差法超声波流量计高测时精度的要求,在分析传统测时方法误差的基础上,提出一种新的测时方法.这种新方法利用传统锁相环路测时原理,结合边沿检测技术,保证了超声波信号传播时间测量值为整数个计时脉冲;同时利用逻辑编程实现对超声波信号多次、循环传播的时间测量,减小了边沿检测误差和系统误差.实验表明,应用该方法提高了测时分辨率,使测时精度达到纳秒及亚纳秒量级,满足了超声波流量计对中小管径测量的精度要求.本设计的核心功能已经在Xilinx XC2S100e FPGA芯片上得到了实现.