基于LabVIEW的互相关流速测量系统的设计Word文档下载推荐.docx

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3）其它

摘要

两相流在自然界和工业过程中是普遍存在的，其中离散相的运动速度、尺寸、位置等参数的监测是一个非常重要的测量研究课题。

两相流相关测速系统主要由上、下游传感器把流动噪声信号的变化转化为电信号的变化，然后通过放大，滤波，A/D转换电路将数字信号送到互相关器处理，最后输出渡越时间，进行流速的计算。

本设计采用虚拟仪器技术和互相关原理相结合，设计了互相关流体流速测量仪。

该方法利用了上、下游流动噪声信号的相关性，通过求两通道中信号与信号的互相关函数，得到两个信号的时延，在已知两传感器间距L的情况下，知道两个信号的时延可以求出流体的流速。

设计中用LabVIEW语言编制程序，模拟生成随机流动噪声信号，将数据送入数据采集卡中，之后再将数据采集出来做各种相关运算。

本设计阐述了基于虚拟仪器技术和互相关原理流体流速测量仪的实现过程，给出了使用LabVIEW语言的核心程序，并对结果误差进行了分析。

关键词：

两相流；

互相关；

虚拟仪器；

流速测量

TheSystemofCross-correlationVelocityMeasurementBaseonLabVIEW

Abstract

Thetwo-phaseflowiswidespreadinnatureandindustrialprocesses.Themeasurementofparametersofmultiphaseflow，suchasvelocity，sizeandpositionofbubblesisaveryimportantinvestigationsubject.

Two-phasecross-correlationflowvelocitymeasurementsystemchangestheflownoisesignalintoelectricalsignalbytheupperandundersensors，throughtheamplification，filtering，A/Dconvertercircuit，andthedigitalsignalwillbesentcrosscorrelator.Finallyoutputisthetransittimeandthevelocity.

Thissystemicdesignedtointer-relatedfluidflowmeasuringinstrumentvirtualinstrumenttechnologyandtheprincipleofcombiningcross-correlation.Thismethodgotdelayoftwosignalsbycross-correlationfunctionbetweentwosignals.ThefluidflowcanbeexceedbythedelayvalueofthetwosignalincaseofthedistanceofLbetweentwosensorsisknown.SystemcarrythedatawhichisarandomnoisesignalsimulationbyLabVIEW，andthenacquisitionthedatatovariouscomputing.ThissystemshowsfluidflowratemeasuringinstrumentachieveprocessbasedonLabVIEWandCross-correlationwhichshowscoreproceduresofLabVIEWandanalysedtheerroroftheresult.

Keywords：

two-phaseflow；

cross-correlation；

virtualinstrument；

velocitymeasurement

第一章引言

1.1两相流测量的应用背景

随着科学技术的发展，多相流动体系在国民经济和人类生活中的地位日益重要。

它遍布于化工、冶金、能源、环保、轻工和军工等各个工业领域，煤粉输送、原油开采、污水排放、纸浆输送、粉尘测量、气力输送等生产过程均存在多相流体的测量问题。

由于多相流各相流体的动力学特性极其复杂，因此多相流的测量迄今为止在国际上尚未得到满意的解决。

多相流动体系，通常是由两种连续介质和若干种不连续介质组成的，连续介质通常称为连续相，不连续介质如固体颗粒、水泡、液滴等称为分散相（或非连续相）。

根据流体中包括物质相数目的不同多相流一般可以分为两相和三相流。

根据组分物理状态的不同，两相流一般又分为气/液、气/固、液/固、液/液（如油/水）两相流；

三相流一般分为气/液/液、气/液/固三相流等。

多相流动体系中又以两相流动体系最为普遍。

两相流动体系在自然界和工业生产中设计范围十分广泛，例如，自然界的大漠扬沙，江河的泥沙俱下，以及空气中烟尘弥漫都是与人类生活有关的两相流现象。

两相流由两种组分构成，而各组分之间存在着密度、粘度等物理性质上的差异，在重力、温度、压力、各相流量及管道形状等诸多因素的作用下两相流的各组分之间会产生滑脱及随机可变的相界面效应，因此其物理特性和数学描述比单相流检测复杂得多，致使两相流参数检测难度很大。

要认清两相流体系的复杂现象，揭示两相流运动的机理，建立两相流动模型并对流动过程进行预测或控制，首先要解决的就是两相流检测的技术问题。

随着海洋石油开采和海洋高技术的发展，尤其是混相增压和混相计量技术的需求，加之工业生产过程中计量、节能和控制精度的提高，对于两相流参数检测的要求越来越迫切。

此外，两相流参数检测技术还能为流体力学工作者提供强有力的实验手段，促进两相流体力学理论的发展，为两相流过程工艺设计提供理论依据。

几十年来，国内外科技工作者在解决两相流流动参数的检测问题上开展了大量的理论与实验研究工作，已经取得了一些成果，近年来，基于多相流流动特征信号提取流动参数的软测量方法取得了一定进展。

同时研发出了一些商品化的多相流量计产品，并在一定范围内得到应用，但是仍存在许多问题[1]。

1.2我国流量仪表的发展及现状

1.2.1概述

流量计量广泛应用于工农业生产、国防建设、科学研究、对外贸易以及人民生活各个领域，目前，已投入使用的流量计已超过100种，按测量原理分，主要有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等[2]。

流量、温度和压力被公认为热工计量的三大重要参数，随着工业及经济的发展，流量计量技术及产品日新月异。

具有悠久历史的流量测量，可追溯到公元1000年前古埃及测量尼罗河水流量。

西方国家工业革命的实施，推动了流量测量技术的迅速发展，产品不断涌现。

特别是20世纪，过程测量能源计量、环境保护、交通运输等应用领域对流量测量的需求急速增长，同时，由于电子技术、特别是微电子技术的迅速发展，为流量仪表的制造技术提供一代又一代电子元器件，进一步推动了流量仪表从机械式、机电一体化、智能化、模块化等的推陈出新。

当今，微电子技术对流量仪表的发展之影响举足轻重，基于大规模集成电路及通讯技术的应用，总线型、智能化、具有远程校准、自诊断等功能的流量仪表，成为了流量仪表中的新生代，引领着现代流量计量仪表的新潮流和新趋势。

新技术、新器件、新材料、新工艺和新软件的开发应用，使得流量仪表的测量准确度越来越高，测量的流量范围越来越大，仪表对测量介质的要求降低，适用范围越来越宽，对实现智能化其使用更为方便并越来越傻瓜化，产品的可靠性得到了很大的提高。

伴随着基础工业的发展，我国流量仪表在赶超先进水平的过程中，机遇与困难并存，实现赶超还要走一段较长的路。

[3]

1.2.2我国流量仪表的发展回顾

我国历史上，早在战国时期“都江堰”污水工程中，就在崖壁上刻了“水则”用来测量水位，控制流量，这同古罗马用孔板测量居民用水的流量和古埃及用堰槽方法测量尼罗河的流量一样，都是古代人智慧的结晶。

近代历史上，我国作为一个半殖民地半封建的国家，受到外国列强的势力瓜分，根本没有自己的民族工业，也没有我们自己的仪表工业，更没有我国的流量仪表工业可言。

新中国成立后，随着第一个5年计划的实施，在原苏联援助项目的带动下，我国引进使用了许多苏联的流量仪表