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液固两相流固相浓度和沉降速度测量的研究

作　者: 梁超爱
导　师: 白秋果
学　校: 东北大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 液固两相流超声波换能器相关测量插值
分类号: TP274.53
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 2次
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内容摘要

在许多生产过程中,液固两相流体的测量是一个亟需解决、而又长期未能很好解决的难题。利用超声波测量流体是超声波在工业检测中发展较早的应用技术之一。以互相关技术为基础,采用超声波换能器构成超声波测量系统,可以实现两相流体的非接触式测量,由于超声波在液体中传播时可以载上流体流速的信息,因而我们可以通过对接收到的超声波信号进行处理,得到相应的流体噪声信号,因此利用超声波测量流体参数是一个非常值得研究的课题。超声波在水中的传播速度与水的温度、杂质等有关,超声波信号的强度是随距离变化的,同时由于超声波反射波的影响,接收信号也不稳定,所以其流动参数的测量是有一定难度的。本文以超声波理论为背景,采用相关法测量液固两相流中固相沉降速度,利用超声波的衰减机理测量液固两相流中的固相浓度,设计出了可以在线实时测量的系统。本文主要完成的工作如下：(1)对超声波换能器的工作原理做了深入研究,设计了接收电路。(2)利用插值计算寻峰的方法代替现有的直接寻峰方法。(3)编写了PGA自动增益程序。(4)详细分析了互相关算法的原理以及上、下位机软件的实现方法。(5)做了大量的实验,并对实验结果进行了分析、总结。(6)通过大量的重复性实验,分析采样频率、积分时间、发射频率等参数对相关测量的影响。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题背景及其在工业生产中的意义  10-11
  1.2 超声波简介和特性  11-12
  1.3 超声波流量计  12-13
    1.3.1 超声波流量计的发展状况  12-13
    1.3.2 超声波流量计的特点  13
  1.4 液固两相流参数测量方法  13-17
    1.4.1 液固两相流固相速度的测量方法  13-15
    1.4.2 液固两相流固相浓度的测量方法  15-17
  1.5 本文的主要工作  17-18
第2章超声波换能器工作原理与设计  18-24
  2.1 超声压电换能器  18-21
    2.1.1 压电组件  18-19
    2.1.2 超声压电换能器的技术指标  19-21
  2.2 压电传感器的等效电路  21-22
  2.3 传感器设计  22-24
第3章相关法液固两相流检测系统的硬件电路设计  24-44
  3.1 系统硬件电路总体设计  24-29
    3.1.1 发射部分电路设计  25
    3.1.2 信号放大电路  25-26
    3.1.3 微分运算电路  26-29
    3.1.4 MOSFET跟随电路  29
  3.2 超声波接收调理电路  29-37
    3.2.1 前置仪用放大电路  30-31
    3.2.2 带通滤波器  31-32
    3.2.3 解调检波电路  32-33
    3.2.4 低通滤波器  33-35
    3.2.5 电压抬升调理电路  35-36
    3.2.6 可编程放大电路  36-37
  3.3 数据采集与处理系统设计  37-44
    3.3.1 LPC2468介绍  38-40
    3.3.2 16位AD转换  40-41
    3.3.3 UART通信  41-43
    3.3.4 数码显示电路  43-44
第4章相关法液固两相流检测系统的软件设计及相关技术  44-56
  4.1 系统的软件设计  44-47
    4.1.1 PGA自动增益  44-46
    4.1.2 上位机软件介绍  46-47
  4.2 异步串行通信  47-48
  4.3 相关函数的算法研究  48-53
    4.3.1 相关函数的时域算法  48-49
    4.3.2 “凝固”流动图型模型  49-50
    4.3.3 相关定理  50-51
    4.3.4 相关函数频域内算法  51-52
    4.3.5 相关系数  52-53
    4.3.6 采样频率的确定  53
  4.4 相关函数峰值的插值计算  53-56
第5章液固两相流检测系统的实验结果分析与精度分析  56-66
  5.1 液固两相流检测系统  56-57
  5.2 改进后的实验结果  57-58
  5.3 固相沉降速度测量结果  58-59
  5.4 固相浓度测量实验  59-60
  5.5 相关测量影响因素  60-64
    5.5.1 上、下游传感器间距的影响  60-61
    5.5.2 采样时间间隔对测量结果的影响  61-62
    5.5.3 采样频率对测量结果的影响  62-63
    5.5.4 平均流速校正因子K  63-64
  5.6 相关性分析  64-66
    5.6.1 水面波动的影响  64
    5.6.2 “非凝固”流动图型的影响  64-65
    5.6.3 反射波的影响  65-66
第6章结论  66-67
参考文献  67-70
致谢  70

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