多电极插入式电磁流量计的研究

摘要

传统的单电极插入式电磁流量计由于自身传感器会对流体流速分布产生影响，因此其测量精度一直无法提高。本文在回顾国内外关于插入式电磁流量计的研究概况的基础上，针对插入式电磁流量计传感器对流场分布产生的影响，及传感器两侧的绕流现象，提出并研究了能对受影响流场进行测量分析的一种多电极插入式电磁流量计的传感器组成结构，并实现了能对该方案进行验证测试的多电极插入式电磁流量计实验系统。 电磁流量计一般根据电极处的流速推算出整个管道的平均流速。由于传感器的插入，插入式电磁流量计的流场比非插入式电磁流量计复杂得多，论文运用流体力学原理对插入式电磁流量计的流场进行了分析，并通过CFD仿真软件观察到了传感器两侧的绕流现象。论文对国内外现有的插入式电磁流量计传感器进行了分析研究，提出了由传统底端电极和新的侧面电极组成的可测量多点流速的传感器结构，以获得更多的流场信息。 论文根据多电极入式电磁流量计的励磁系统以及信号处理系统的特点，以Cygnal公司的混合信号片上系统芯片C8051F020为中心构建了具有多条信号处理通道的硬件系统，以满足多电极多通道信号处理要求，同时还设计了能与上位机进行数据通信的通信模块，为今后的研究搭建了一个实验平台。论文详细介绍了整个系统的软硬件设计。 最后，通过实验证实了多电极传感器新增电极上信号的大小与流速呈线性关系，能真实反映流速的变化情况；验证了多电极传感器对流场分布和绕流信号的可测性，为最终降低流场分布对传感器测量的影响，以及提高插入式电磁流量计的精度提供了依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 电磁流量计的基本原理

1.2.1 法拉第电磁感应定律

1.2.2电磁流量计的基本原理

1.2.3电磁流量计的特点

1.3电磁流量计的发展现状

1.4插入式电磁流量计的发展

1.5本课题的研究内容及论文编排

1.5.1 本课题的研究内容

1.5.2论文编排

第二章插入式电磁流量计的相关理论研究

2.1插入式电磁流量计的工作原理及特点

2.2插入式电磁流量计的励磁技术及信号处理方法

2.2.1插入式电磁流量传感器的励磁技术

2.2.2插入式电磁流量计的信号处理

2.3管道流速分布相关理论

2.3.1层流与紊流

2.3.2管内速度分布与平均流速

2.3.3传感器测量点位置的选择

2.3.4钝体绕流现象

2.4多电极插入式电磁流量计的提出

2.5本章小结

第三章 多电极插入式电磁流量传感器的研究

3.1插入式电磁流量计的组成结构

3.2插入式电磁流量计传感器研究现状

3.3多电极插入式电磁流量传感器的设计

3.3.1插入式电磁流量传感器的组成结构

3.3.2多电极插入式电磁流量传感器的设计原理

3.4本章小结

第四章多电极插入式电磁流量计的硬件设计

4.1 多电极插入式电磁流量计硬件电路总体方案设计

4.2转换器硬件电路设计

4.2.1 阻抗变换电路

4.2.2主放大及滤波电路

4.2.3 V／F转换及隔离电路

4.3工频检测单元

4.4单片机系统设计

4.4.1微控制器的选型

4.4.2脉宽调制电路

4.4.3单片机通信模块设计

4.4.4 LCD显示部分

4.5本章小结

第五章 多电极插入式电磁流量计的软件设计

5.1多电极插入式电磁流量计软件总体方案设计

5.2主要软件模块设计

5.2.1工频信号中断程序

5.2.2计数器子程序

5.2.3 LCD显示子程序

5.3数据处理程序的设计

5.3.1数字滤波算法

5.3.2小信号切除

5.4本章小结

第六章实验及结果分析

6.1实验工作环境

6.2功能验证实验

6.3实验数据分析

6.4本章小结

第七章总结与展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致 谢

附录