基于ZYNQ的科氏流量计转换器新技术研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:liuji19840718
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科氏流量计具有较高的质量流量测量精度,同时可提供多参数的测量,如密度、温度、体积流量等,被应用于各行各业。科氏流量计面临的主要难题是复杂流相的工况,例如气液两相流。在两相流环境中,若转换器系统不能及时跟踪测量管频率变化就会造成测量误差,因此转换器的快速响应性能是影响两相流工况下科氏流量计测量性能的一个重要因素。为了在两相流下实现较高的测量精度,需要采集更多的随工况变化的物理量对测量结果进行修正,包括温度、压力、测量管的阻尼等。本文从快速响应性能和多参数测量两个方面入手,进行了以下研究工作(1)针对快速响应的需求,提出了一种科氏流量计转换器系统的设计方案。硬件方面选取了高速的信号处理平台ZYNQ,基于此平台实现信号处理和数字驱动功能;软件方面分析对比了正交解调、希尔伯特、SDTFT三种算法,并从计算量方面进行优化,对三种算法跟踪信号相位差变化的快速性和准确性进行仿真评估,选取兼具快速响应性能和测量准确性的信号处理算法实现转换器设计。(2)针对温度测量的需求,设计了转换器的温度测量系统。温度测量系统包括电源模块、信号产生模块和信号采集模块。选取24位模数转换器实现测量管温度信息的高精度采集。(3)针对阻尼测量的需求,提出了一种阻尼测量的新方法。转换器系统中除了用于测量质量流量的一组振动信号外,首次加入额外的振动信号采集系统,用于解算测量管振动时的阻尼参数。气液两相流工况下,通过改变含气率使测量管阻尼随之变化,探究阻尼参数的变化趋势,得出阻尼参数与含气率变化的规律;同时采集上下游差压和阻尼参数,探究阻尼参数与差压的变化关系。(4)以ZYNQ作为硬件平台,编写科氏流量计转换器系统的正交解调算法、数字驱动算法、以太网通信、温度测量、阻尼参数测量的程序代码;基于以太网通信,设计上位机,实现对测量结果的实时监测和参数调整功能。对系统的快速响应性能进行测试,结果表明转换器系统响应时间在10毫秒以内;在气液两相流工况下,本文设计的转换器系统相比DSP平台的转换器系统测量准确度有显著提升,同时可以实现阻尼参数测量的功能。
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