热式和浮子流量传感器关键技术研究

摘要

热式气体质量流量传感器具有测量范围宽、压损小、可靠性高、可测量混合气体、适用于各种管道和过载无损害等诸多优点。浮子流量传感器具有工作可靠性高、结构简单、成本低廉、应用面广等优点。因此热式气体质量流量传感器和浮子流量传感器在工业计量中有着广泛的应用。然而当物性参数发生变化时，流量传感器的测量性能必然发生变化，使得测量结果产生较大误差。本文主要针对粘度对浮子测量精度的影响以及热式气体质量流量传感器探头传热问题进行了研究。主要完成了以下工作：
　　1、提出了一种新的热式气体质量流量传感器的测量方法-恒流法，根据传热原理分析了恒流法的工作原理,推导了流量计量模型。并分别根据流体横掠串并列双圆管理论和混合对流传热理论确定了探头排列方式、传感器的测量模型。完成设计并研制成样机后，利用实验研究了不同温度下传感器探头的传热性能。
　　2、建立了铠装探头的三维传热模型。总结了温度补偿公式。并利用实验验证了温度补偿的有效性。分析了误差产生的原因，提出了减小误差，提高热式气体质量流量传感器测量性能的措施。
　　3、通过仿真计算研究了粘度对浮子流量传感器测量精度的影响。利用CFD仿真软件对DN50孔板浮子流量传感器和DN80锥管浮子流量传感器粘度影响进行了仿真研究。通过分析浮子的流动雷诺数、网格划分以及对仿真的湍流模型的对比，确立了孔板浮子和锥管浮子流量传感器的仿真方案和模型。分析了仿真流场，并进行了粘度的实流实验。实验验证了粘度修正的必要性，并通过实验数据与仿真结果的对比，证明了仿真的合理性。利用仿真结果分析了粘度对孔板浮子流量传感器测量影响的关键参数－射流扩散角和粘度对锥管浮子流量传感器测量影响的关键参数－回流涡尺寸。并通过提取仿真流场的流速值总结了射流扩散角的经验公式。
　　4、建立粘度修正的理论模型。利用同心环空层流理论和附壁射流理论建立了孔板浮子流量传感器在测量粘性介质时的受力模型。利用回流涡的相关理论以及同心环空层流理论建立了锥管浮子流量传感器的粘度修正模型。通过实验数据验证了粘度修正模型的正确性。此方法突破了传统粘度修正方法的局限性，提高了粘度修正的准确度。

目录

声明

第一章 绪论

1.1热式气体质量流量传感器发展与研究现状

1.2 浮子流量传感器的研究现状

1.3 本论文的研究内容和创新点

第二章 恒流法热式流量传感器的设计与实验

2.1传热原理

2.2热式流量传感器基本工作原理

2.3恒流法热式流量传感器基本工作原理

2.4实验验证

2.5探头的结构设计

2.6自然对流对低流速测量影响的分析

2.7探头在管道中插入深度研究

2.8不同流体温度下热式气体质量流量传感器实验研究

2.9小结

第三章 热式气体质量流量传感器铠装探头传热模型

3.1铠装速度探头传热模型

3.2温度补偿后实验数据及误差分析

3.3提高热式气体质量流量传感器测量性能的措施

3.4小结

第四章 粘度对浮子流量传感器测量影响的实验研究

4.1实验研究

4.2 小结

第五章 基于CFD浮子流量传感器粘度影响研究

5.1计算流体力学简介

5.2浮子流量传感器的仿真计算

5.3仿真结果分析

5.4 总结

第六章 基于层流同心环空理论的浮子传感器模型

6.1层流同心环空流动

6.2基于层流同心环空理论的孔板浮子流量传感器分区域建模

6.3孔板浮子流量传感器理论计算结果及误差分析

6.4锥管浮子流量传感器的分区域模型

6.5锥管浮子流量传感器实验与理论计算结果的对比及误差分析

6.6小结

第七章 总结与展望

7.1总结

7.1展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢