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1、.热工仪表与自动化结课论文1.超声波测流仪1.1测量原理用超声波来测量流体的流量实质上是测量流体的流速。当流体流速向量与声波方向平行时，声波的波速将发生变化，即当声波向下游传播时波速增加，声波向上游传播时波速降低。在明渠中，一定高程的流体平均流速是通过测量两个换能器之间传播的历时差来确定的。超声波流量计的时差法测流布置如下图所示，在渠道两侧水下某深度处，相对地斜向装置一对电声可逆的换能器，其间距为L，该层水流平均速度为v，水流方向与AB的夹角为，水流在AB方向的分速度为超声波在静水中传播速度为。如果上游换能器A作为发射器向渠道对侧发射超声波(即顺流)
2、，经时间后，被作为接收器的下游换能B器所接收，此时超声波的速度是。，超声波在水流中的传播历时为:反之，若以B作为发射器，A作为接收器(即逆流)，在相同的水流速度影响下，超声波的速度应是，其传播历时为:...静水中超声波波速c受水温、压力和水中杂质含量的影响，故将上两式整理得某一水层平均流速：式中：为常数，只要测出顺流和逆流传播时间就能求出v，上式就是时差法测流速的基本原理。根据测得的水层平均流速，即可计算出全断面的流量。1.2计算公式大型明渠渠道水面宽、水深大，其流速纵横变化较大，一般采用多声道超声波流量计进行分层测流。如下图所示，沿渠两侧安放多对换
3、能器(由声道数决定)，测得若干声道上的平均流速vi，计算各部分流量，使之累加即可求得整个断面的流量。式中：Ai一第i好声道与第i+1好声道之间的断面面积；为从第i好声道计算出的流速；为从第i+1好声道计算出的流速；为渠底和最下一个好声道之间的断面面积；为最上一个好声道与水面之间的断面面积；q为表面流速估计值，通过外推法利用最上一个好声道和下一个好声道计算；F为渠底摩擦系数；Wi为渠顶加权系数。整个断面的流量Q为：为保证测量精度，在明渠上采用超声波流量计测流时，一要使测流断面前后有足够的平直段，二要有足够的声道数量。对于渠道水流流态不均匀的，可考虑采用
4、交叉声路布置。对于渠道水位变化较大的可考虑增加声道数量。...2.差压流速流量计2.1绕流管流速流量计的理论基础根据流体力学理论，绕圆柱体不可压缩流体无环量流动的圆柱面上压强分布为:式中分别指来流压强和速度；指以前驻点为起点，在圆周方向的绕流角度；p为流体的密度．物面上压强常用无量纲压强系数表示，压强系数的定义为:由上两式可得不可压缩无旋绕流在圆柱面上的压强系数：压强最大值在前后驻点处，驻点压强系数强最小值在，压强系数2.2绕流管流速流量计结构图流量计测试系统组成...量计结构示意图流管4根对称布置示意3电磁流速仪3.1电磁流速仪流速测量原理电磁流速
5、仪是基于导电性流体在磁场中运动,产生感应的电势来推算流体流速的测量仪表,其基本工作原理是法拉第电磁感应定律。智能电磁流速仪在其探头周围产生均匀的磁场,水在探头两侧流动时,作切割磁力线运动,若所有质点都以平均流速V运动,则水流速在整个探头截面上是均匀一致的,如果探头的外径为D,那么,就可以把水流看成许多直径为D连续运动的薄圆环片,这种由液体组成的薄圆环片等效长度为D的导电体,其切割磁力线的运动速度为V。根据电磁感应原理可知,探头两侧电极产生的感应电动势大小应为:E=KBVD式中:K为仪表常数;E为感应电动势;B为磁感应强度;D为探头外径。由上式可见,流
6、体的流速与感应电动势E成线性关系,与磁感应强度B成反比,当磁感应强度恒定,探头外径一定,流体流速与其他参数无关,这就是电磁流速仪的测量原理,需要说明的是,要使(1)式严格成立,必须使测量条件满足下列假定:①磁场是均匀分布的恒定磁场;②被测流体的流速轴对称分布;③被测流体是非磁性的;④被测流体的电导率均匀且各向同性。...3.2电磁流速仪的结构3.2.1智能电磁流速仪探头的基本结构探头是智能电磁流速仪的核心部件。智能电磁流速仪探头由不导磁材料制成,探头前部是水流导引端,外形采用流线型设计以减小阻力,两侧镶嵌有不锈钢材料制成的电极,探头内部装有产生磁场的
7、励磁线圈,中部装配有处理信号的前置放大器,后部为探头尾翼。整个探头具有防水密封性能,可承受0·5Mpa压力,智能电磁流速仪探头基本结构组成详见下图。电磁流速仪探头基本结构3.2.2智能电磁流速仪的电路组成智能电磁流速仪由电磁流速仪探头、励磁驱动电路、三值低频矩形波(简称三值波)产生电路、流速信号处理电路、单片机、RS232通讯接口以及键盘显示电路等组成,见下图。单片机程序控制产生三值波,其频率为5Hz,矩形波脉宽为50ms,经恒流源驱动电路驱动输出给探头励磁绕组,在探头周围产生一个恒定的磁场,从而可以在探头两侧电极,检测到流速电压信号,经探头内部前置
8、放大电路放大,送信号处理电路进一步放大整形后,由单片机程序控制按照励磁三值波时序,作流速数据采集,经一系列数
