基于光电传感技术的弯管流量测试系统研究

摘要

当前工业生产中，无论工业用水、石油与燃气的管道运输等都面临流量测试问题。尤其在易燃易爆环境下，传统流量测试方法难以满足防燃防爆的要求。因此，易燃易爆环境下如何实现流量的本质安全性检测，成为当前急需解决的一大工程难题。鉴于此，本文结合光学传感器的非接触检测与良好的防燃防爆特性，研究了一种基于弯管结构的光电传感流量测试系统。 论文主要工作如下： 1．仿真研究了不同弯角下弯管结构内的流体流场分布特性，包括60°、90°、120°、150°等弯角。得出如下结论：当弯管弯角小于60°时，弯管内压力分布较均匀，但管内高压和低压差值不明显；当弯管角度大于120°时，弯管内高压和低压集中性虽然显著，但是明显偏离了中心观测点位置；综合对比分析发现，当弯曲角度为90°时，管道内流场稳定性最好，并且高压和低压集中分布在中心观测点位置上，因此，确定本文弯管结构弯径比为1.44时的弯曲角度为90°；最后对比分析了90°弯管、弯径比为1.44下不同测点位置对压力差、流量之间关系的影响，发现测点位置在45°角上时，压力差和流量之间的拟合关系系数值最高——达到了0.9978,并且高压和低压观测点数值稳定度高。因此，确定了90°弯角下最佳压力观测点为45°角位置。 2.针对光电传感技术研究了其信号处理技术，本文确定了一种基于相位的小波解调光学信号处理方法，基于理论分析结果，结合光电传感技术搭建了一套弯管流量测试系统。实验验证了本文所设计的弯管流量测试系统的合理性，在弯管内流体为水的情况下，测试流量范围为1m3/h~7m3/h时，本测试系统的流量平均测试误差小于0.5m3/h。 3．本文分析了测试误差来源及结构改进方法。测试精度影响因素包括：弯管绝对水平性、光学传感测试精度、传感安装位置精度等。

目录

第1章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 研究现状

1.3 课题研究的主要内容

1.4 本章小结

第2章 流体力学理论研究

2.1 弯管流量测试原理

2.2 流体力学特性分析

2.3 Fluent流体仿真基础

2.4 本章小结

第3章 弯管结构仿真与设计

3.1 Fluent仿真计算前处理

3.2 不同弯管结构的仿真研究

3.3 不同压力测点位置的仿真研究

3.4 弯管结构的三维设计

3.5 本章小结

第4章 弯管流量测试系统实验平台搭建

4.1 压力探测用光电传感原理

4.2 硬件系统

4.3 软件系统

4.4 本章小结

第5章 流量测试实验与结果分析

5.1 流量测试实验

5.2 结果分析

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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