【摘 要】
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随着管道天然气的不断普及,对管道天然气流速进行实时,高精度测量的需求越来越迫切。超声波测量凭借其对气流影响最小的优点避免了传统测量手段的不足,并随着传感器,芯片性能的提高使其应用范围得到进一步推广。本文利用时差法原理设计制作超声波气体流量检测系统,采用MAX35104芯片提高流量测量中时数转换的精度。本文先分析了近年来出现的超声波气体流量计的原理、研究方法和相关进展,测量原理重点分析了时差法,介绍
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随着管道天然气的不断普及,对管道天然气流速进行实时,高精度测量的需求越来越迫切。超声波测量凭借其对气流影响最小的优点避免了传统测量手段的不足,并随着传感器,芯片性能的提高使其应用范围得到进一步推广。本文利用时差法原理设计制作超声波气体流量检测系统,采用MAX35104芯片提高流量测量中时数转换的精度。本文先分析了近年来出现的超声波气体流量计的原理、研究方法和相关进展,测量原理重点分析了时差法,介绍了在时差法公式推导中解决声速和电路延迟的方法,目的是将电路和声速的影响降到最低。介绍超声换能器的原理、安装并在此基础上完成选型工作。考虑到现实中的管道流场并非理想流场,利用solidworks以及ansys软件对三维T型管,U型管建模网格划分,仿真分析其对管道天然气流场的影响,并利用流体仿真得到的数据在matlab上拟合出误差补偿函数进行校正。确定了气体流量测量系统硬件设计。选择STM32F103作为控制核心,可以提供测定流速,存储数据等功能。以MAX35104为时间测量核心,提供收发超声波脉冲,传播时间测量等功能。设计编写气体流量测量系统软件选择在MDK平台上进行,并通过流程图介绍软件（主程序和中断程序）。针对获得的管道燃气泄漏数据集,在matlab平台上使用GA-ELM算法分析实时泄漏流量,通过与不同优化算法的对比证实了GA-ELM算法的分析预测精度是可靠的。最后制作出超声波管道天然气流量计的原型机,设计通过实验验证来流量计的测量功能,确定了原型机的测量精度,验证了方案的正确性,并根据实验中的不足提出了流量计的完善方向。
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