科里奥利质量流量计的设计与实现_精品文档资料下载.pdf
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如该流量计对噪声特别敏感、管子的振动频率易受流体密度等因素的影响以及测量精度受处理方法的影响等。
本文首先介绍了科里奥利质量流量计的原理及其研究现状,阐明了本课题研究所需要解决的问题;
接着对于本文所采用的理论依据随机函数相关性理论作出详细说明,并概述了对于课题中采用的DSP芯片的特性;
然后介绍了本系统的软硬件设计中的关键技术以及调试中的心得体会,最后展望了本课题的发展前景。
文中提出了以美国德州仪器公司的高性能数字信号处理芯片为核心的实时信号处理系统,实现对于传感器信号的频率、相位差的精确计算,根据系统固有振荡频率计算出流体的流速,进而计算出流体的质量流量。
采用了自相关、互相关、周期平均、抛物线拟合等算法,对从测量管采集的上下游流体的信号进行分析。
针对影响科里奥利质量流量计测量精度和稳定性的几个因素进行相关处理,有效减小了振动、工作压力、电磁干扰等对测量精度和稳定度的影响。
改进算法,优化代码,保证了系统的信号处理速度及系统对实时性的要求。
仿真及在项目提供方沙洋仪表厂现场整机试验的结果表明,本文所研究的方法和研制的系统是可行的、有效的、可靠的。
关键词:
科里奥利质量流量计随机信号自相关函数互相关函数DSP华中科技大学硕士学位论文IIAbstractIninitialstageoftheseventies,withthedevelopmentatfullspeedofmodernindustry,underthesituationthatmeasurementmethodcantmeetthedemands,appeardirectmassflowmeasureinstrument-Coriolismassflowmeteronthedepartmentintraditionalflow.Itsappearancemakesthemeasurementtechnologyofthefluidhavefundamentalbreak-through,butagreatdealofshortcomingsstillexists.Iftheflowmeterisparticularlysensitivetonoiseandvibrationfrequencyofpipelineinfluencebyfactorssuchasthefluiddensity,etc.andmeasurementprecisioninfluencebytreatmentmethodetc.ThistexthasintroducedtheprincipleofCoriolismassflowmeterandresearchcurrentsituationinthedepartmentatfirst,haveexpoundedtheproblemtobesolvedofresearchinstituteofasubject;
Thentothetheoreticalfoundationthatthistextadopts-Randomfunctionrelevancetheorymakeindetailexplaining,sumuptoDSPcharacteristicofchipthatsubjectadopt;
Introducesoftwareandhardwarekeytechnologyandgainsindepthofcomprehensiondebug,ofdesignofsystemthis,lookedforwardtothedevelopmentprospectofthissubjectfinally.Haveproposeddealingwiththechipinthearticleasthecentralreal-timesignalprocessingsystemwiththedigitalsignalofhighperformanceoftheinstrumentcompanyofTexasInstrumentofU.S.A.,realizethebadaccuracytothefrequencyofthetransducersignal,phaseplaceiscalculated,calculatethevelocityofflowofthefluidaccordingtotheinherentoscillationfrequencyofthesystem,andthencalculatethemassflowofthefluid.Haveadopteditfromself-relation,Correlation,cycleaverage,suchalgorithmsastheparabolafit,toanalyzingfrommeasuringthesignalofvisitingthefluidfromheadtofootthatisinchargeofgathering.ToinfluencedepartmentCoriolismassflowmetermeasureprecisionandseveralfactorofstabilitycarryonrelevanttopunish,havereducedinfluenceonmeasuringtheprecisionandstabilitydegreesuchasvibration,workingpressure,interferingwithelectromagneticallyeffectively.Improvealgorithms;
optimizecodes,thesignalprocessingspeedsofthesecuritysystemandrequirementforreal-timecharacterofthesystem.Simulationandprojectsprovider-ShaYangInstrumentFactorythewholesetsofexperimentalshowedthattheresearchmethodologyandthedevelopmentofthissystemisfeasible,effectiveandreliable.Keyword:
CoriolisMassFlowMeterRandomSignalSelf-relationFunctionCorrelationFunctionDigitalSignalProcessor独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
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年月日日期:
年月日本论文属于华中科技大学硕士学位论文11绪论1.1引言流过一定截面的流体体积或质量与时间之比称为通过该截面的流量,其中,体积与时间之比,称为体积流量;
质量与时间之比,称为质量流量。
用来测量流体流量的装置称为流量计【1】。
流量与温度、压力的测量共同构成工业测量领域的三大参数测量,并且同国民经济息息相关。
国际质量标准ISO9000的实施对各种流量测量提出了更高的要求,其中测量的精度、可靠性、方便性和流量测量的手段都成为流量测量中的关键问题【2】。
质量流量的测量方法分为直接法和间接法两大类。
直接法是直接检测与质量有函数关系的量以求得质量流量;
间接法又称推导法,它是用测得的体积流量乘以流体密度而求得质量流量,而体积流量会受到压力、温度、粘度与密度等因素的影响且测量标定过程十分繁琐,因而给测量结果带来较大误差。
但质量是一个恒量,它不受温度、压力、密度、粘度等因素的影响。
在工业生产、商品交易、内部核算、物料平衡及国际贸易等方面准确的质量计一向是十分必要的。
石油、化工、航天、电力、造纸、食品、制药等行业,对其流量的检测和控制,只有质量流量值才有意义,所有这些,导致了直接测得流量质量的质量流量计的研制和开发。
1.2国内外研究现状及本课题研究的背景随着科学技术的发展,科技工作者试图利用力学、热学和光学的各种效应来实现检测质量流量的目的,自50年代以来,已经研制出许多形式的质量流量检测装置。
1954年,V.A.Orando做成了“角动量式质量流量计”;
1955年,J.O.Kiman做成了“旋转式质量流量检测装置”;
1960年,C.M.Halsell做成陀螺式质量流量计;
1964年,Dijeck利用马格努斯效应,做成了差压式质量流量计;
1972年,法国Raymond研究了能校正介质特性的双涡轮流量计;
到了70年代中期,美国Fish-Rosmount公司的子公司Micromotion公司率先开发出谐振式科里奥利质量流量计(CoriolisMassFlowmeter,CMF),并于1982年申请专利并投放国际市场。
此后,世界各国都相继对这种新型质量流量计进行研究与开发,美国、德国、丹麦、日本等10余家知名公司都开发出了这种产品。
同时德国、华中科技大学硕士学位论文2英国、意大利、美国、日本等国的多所高校也加入了研究行列。
经过近二十年的发展,这种质量流量计的测量性能有了很大的提高,成为了质量流量计中的佼佼者。
科里奥利质量流量计具有其它流量计无可比拟的优点【3】:
(1)其抗腐蚀、抗污、防爆、耐磨等问题已经满意地得到解决,因此可以测量范围广泛的介质,如油品、化工介质、造纸黑液、浆体、气体、固体颗粒的流体以及高粘度的物体。
(2)管道内无障碍物,无可动部件,故障因素少,便于清洗、维护和保养。
(3)安装简便,各种尺寸的传感器管子的进出口方向可随意调动安装:
调整、使用方便,不必配置进出口的直管段。
(4)能较容易地测量多相流体。
(5)多参数测量,在测量质量流量的同时,可以同时获取体积流量、温度及密度等;
对于影响量,如压力、温度、密度和粘度以及流速分布等不敏感。
基于以上优