基于多普勒原理的管道流量测量系统的设计.pdf

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1、2013年仪表技术与2013第7期InstrumentTechniqueNo．7基于多普勒原理的管道流量测量系统的设计孙新新，翟媛媛，常莹(1．西安航天计量测试研究所，陕西西安710100；2．陕西黄河集团有限公司，陕西西安710043)摘要：流量计量是计量科学与技术的重要组成部分，且应用广泛。与其他类型流量计相比，超声多普勒流量计具有非接触、高分辨率以及对流体的压力、粘度和温度因素不敏感等优点。文中采用多普勒法实现流量测量，建立了流速、体积流量计算模型，采用了以数字信号处理器(DSP)为信号处理核心的超声多普勒流量

2、测试系统的设计方案。对测试系统部分硬件电路进行了介绍，并分析了主程序设计。对测试系统进行了调试研究。结果表明，该系统达到了拟定5％的精度要求，且稳定性较好。关键词：管道流量；多普勒效应；测量系统；数字信号处理中图分类号：TH814文献标识码：A文章编号：1002—1841(2013)07—0092—03DesignofPipelineFlowMeasurementSystemBasedonDopplerEfectSUNXin—xin．ZHAIYuan—yuan．CHANGYing(1．MeasuringandTest

3、ingInstituteUnderXi’anAerospaceCorporation，Xi’an710100，China；2．ShaanxiHuangheGroupCompany，Xi’an710043，China)Abstract：Flowmeasurementisanimportantpartofmeasuringscienceandtechnology，andit’Sextensivelyused．Comparedwithotherkindsol’flowmeters，ultrasonicDopplerflow

4、meter’Soutstandingfeaturesarenon—contact，highresolution，andbeingin—sensitiveforfluidpressure，viscosityandtemperatureandSOon．ThedesignproposalthatDSPwasthecoreofsignalprocesswasemployed．Partofhardwarecircuitwasintroduced．Mainprogramwasanalyzed．Thesystemwastested

5、andresearched．TheresultsshowthatultrasonicDopplerpiplelineflowtestsystemattaintherequiredprecisionof5％andthestabilityisgood．Keywords：pipelineflow；Dopplereffect；testsystem；digitalsignalprocessor0引言以速度U一起运动，如图1所示。对超声波发射探头而言，流量测量仪表是r业自动化仪表中品种最多的一类。目该颗粒是以速度Ucos0运动的

6、，所以颗粒收到的超声波频率应前，国内使用的流量计主要有：差压式流量计、容积式流量计、低于发射的超声波频率、，得到颗粒所接收到的超声波频率转子流量计、涡轮流量计、电磁流量计和超声流量计等。在各为：生产行业中，由于液体介质的多样化，特别是对具有强腐蚀性、fo=_厂T(1一ucos0)(1)有硬颗粒等恶劣工况条件的流体，接触式原理流量计的运行寿命短，测量精度低，甚至无法工作，非接触式仪表超声流量计应粒子又将超声波束散射给接收探头，接收器相对于粒子是静止的，这种情况可以看作是s粒子以Ucos0速度运动，而接收运而生。近年来，

7、在流量计量中，特别是恶劣工况条件下或大探头是静止的，这时接收探头所接收到的频率可表示为：口径管道的流量计量中，超声流量计己经逐步取代原来的差压流量计、涡轮流量计、电磁流量计，其最显著的特点是非接触测量。国外生产的超声多普勒流量计虽然技术先进，精度高，但是价格昂贵，而国内牛产的超声流量计主要集中在时差法流量计，鲜有成型的超声多普勒流量计产品，因此，需要自主开发一种高精度的超声多普勒流量计。1流量方程设发射探头向流体发射超声波的频率为．、，接收探头收到嘲1多晋勒法测量原理图的超声波频率为．厂R，超声波在被测流体中的传播速

8、度为C．颗粒==(2)随流体以速度U运动，超声波束与流体流向之间夹角为0，下面把式(1)代入式(2)得到：推导多普勒频移与流体流速之间的关系。当超声波束在管道中心轴线上遇到一颗粒，该颗粒随流体=，T(3)接收探头收到的超声波频率与发射探头发出超声波频率收稿日期：2012—04—25收修改稿日期：2013—04—26之尊为多普勒频移．即：第7期孙