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智能气体流量检测系统设计与应用

作　者: 王鹏聪
导　师: 余明杨
学　校: 中南大学
专　业: 电气工程
关键词: 风量检测匀速管数学模型变送器
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着我国铁路机车逐步趋于高速化,机车运行速度越来越快,机车在高速运行时,气流对机车通风口、运行阻力等的影响会发生很大的变化,准确实时地检测机车运行通风量对高速列车的发展有极高的研究意义。对于我国自行研制的运营速度超过200km／h的高速列车,作为机车动力核心的牵引电机,其性能与运行可靠与否直接决定了整车性能。其中冷却通风是影响牵引电机使用性能的因素之一,其温升试验是一个很重要的内容。牵引电机温升试验不仅可以检查电机制造和装配的工艺质量,而且对核定牵引电机的小时定额和连续定额是否合乎设计要求是一个不可缺少的关键环节。目前我国机车上仍广泛地采用具有强迫通风的牵引电机,其连续定额功率在很大程度上依赖于通风冷却的效果。所以说,精确有效地量取通风量显得尤为重要。传统的风量检测方法存在一些不足的地方,当前国内牵引电机通风试验风量测定装置是用L型毕托管根据等面积环多点测量流速的原理进行测量的。这样做不但耗时,而且由于人工读数精度不高。受安装位置及管道布局形状、尺寸的限制,原有一些测试方法不能满足风机流量测量标准的要求,因此,此本文提出了一种适合牵引电机风量检测的智能匀速管流量检测系统。本文首先深入研究了匀速管流量检测的工作原理,本文理论分析的重点在于匀速管的检测杆截面选形及其数学模型。在综合分析国内外流量检测的现状和类似先进产品的基础上,通过对经典和现代各种检测方式的系统研究,分析总结各种方法的利弊。提出新型匀速管检测系统的总体设计方案。本文针对变送器系统进行了软硬件设计。硬件部分设计了传感器,ADC模块,微处理器数字信号处理部分的核心芯片采用TI公司的MSP430。完成了系统软件设计,文中给出了系统的程序框图。最后进行了系统测试,对实验结果进行分析。实验证明本文设计的新型匀速管流量检测系统性能良好,达到了设计要求。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-18
  1.1 引言  9-11
    1.1.1 课题的来源  9
    1.1.2 设计的背景  9-11
  1.2 流量检测  11-15
    1.2.1 气体流量检测  11-13
    1.2.2 各种方法的比较  13-15
  1.3 匀速管流量检测的研究现状、关键技术原理及研究意义  15-16
    1.3.1 国内外研究现状和关键技术原理  15-16
    1.3.2 研究意义  16
  1.4 本文的主要工作  16-18
第二章匀速管流量检测的原理及结构  18-29
  2.1 引言  18-19
  2.2 工作特点  19-20
  2.3 工作原理  20-28
    2.3.1 充分发展管流的速度方程  20-21
    2.3.2 管道中的平均流速点  21-23
    2.3.3 速度面积法  23
    2.3.4 匀速管检测的测量原理  23-24
    2.3.5 检测杆截面形状  24-25
    2.3.6 总压检测孔的位置及数目  25-26
    2.3.7 总压检测孔的孔径及形状  26-27
    2.3.8 匀速管内部的流动  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章新型匀速管流量检测系统的研究设计  29-37
  3.1 引言  29
  3.2 新型匀速管结构的研究设计  29-32
    3.2.1 检测杆截面形状的选取  29-30
    3.2.2 防淤槽的位置选择  30
    3.2.3 新型匀速管的全压孔开孔位置的计算  30-31
    3.2.4 新型匀速管的全压检测孔的孔径  31-32
  3.3 新型匀速管的数学模型  32-35
    3.3.1 伯努利方程  32-34
    3.3.2 匀速管的基本计算公式  34-35
  3.4 新型匀速管流量检测工作原理  35-36
  3.5 本章小结  36-37
第四章智能变送器的设计  37-50
  4.1 系统概述  37
  4.2 压力传感器的选型  37-40
    4.2.1 压电式压力传感器  38
    4.2.2 金属应变片式压阻传感器  38-39
    4.2.3 半导体压阻式传感器  39
    4.2.4 电感式压力传感器  39
    4.2.5 电容式压力传感器  39-40
  4.3 变送器硬件设计  40-44
    4.3.1 信号调理电路  40-43
    4.3.2 微控制器芯片的选型及性能  43-44
    4.3.3 微控制器在变送器中的应用与连接  44
  4.4 微控制器软件设计  44-49
    4.4.1 软件设计思路  45-46
    4.4.2 系统初始化  46
    4.4.3 非线性自校正  46-47
    4.4.4 校零、调满与校准  47-48
    4.4.5 数字滤波  48-49
  4.5 本章小结  49-50
第五章电磁兼容设计  50-63
  5.1 电磁干扰及特性  50-52
    5.1.1 电磁干扰源  50
    5.1.2 干扰的耦合途径  50-51
    5.1.3 敏感设备  51-52
  5.2 屏蔽设计  52-53
    5.2.1 屏蔽技术  52-53
  5.3 滤波电路设计  53-62
    5.3.1 EMI共模与差模信号干扰  53-54
    5.3.2 基本原理及特性指标  54-56
    5.3.3 滤波器与滤波效率问题  56-57
    5.3.4 输入输出EMI滤波器设计  57-60
    5.3.5 信号隔离器  60-62
  5.4 本章小结  62-63
第六章实验结果  63-66
  6.1 测试结果  63-64
  6.2 风速测试系统  64-66
第七章总结与展望  66-68
  7.1 本文工作总结  66
  7.2 展望  66-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
攻读硕士期间发表的论文及科研情况  72

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