电容式靶式流量计的研究与仿真.pdf

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1、2013拉仪表技术与传感器2013第3期InstrumentTechniqueandSensorNo．3电容式靶式流量计的研究与仿真彭珍瑞，卢海林(兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州730070)摘要：阐述了电容式靶式流量计的工作原理，设计了基于MSP430F149单片机的电容式靶式流量计的硬件和软件。采用IAPWS—IF97水蒸汽公式进行密度补偿，克服了传统水蒸汽密度补偿方法不能适应工况大范围变化和不能满足精度要求的缺陷，提高了测量的精度。采用FLUENT数值仿真软件模拟圆盘形、圆锥形、球形等3种靶片的受力、流体流经靶片的压力

2、损失与被测流体质量流量之间的关系，为工程应用中靶片形状的选择提供理论依据。关键词：靶式流量计；单片机；FLUENT数值仿真中图分类号：TH814文献标识码：A文章编号：1002—1841(2013)03—0040—04ResearchandSimulationonCapacitiveTargetFlow-meterPENGZhen·rui，LUHai—lin(SchoolofMehatronicEngineering，LanzhouJiaotongUniversity，Lanzhou730070，China)Abstract：O

3、peratingprincipleofcapacitivetargetflow-meterwaselaborated．Controldiagramandsoftwareflowchartofcapac—itivetargetflow—meterbasedonMSP430F149singlechipweredesigned。IAPWS—IF97steamformulawasusedfordensitycom—pensation．Thedisadvantagethattraditionalsteamdensitycompensati

4、onmethodcannotbothfitthewiderangeofchangesinindus-trialconditionsandsatisfytheprecisiondemandisovercome．ThemeasurementprecisionWasraised．Therelationshipamongtheforce，thepressurelossoffluidflowingthroughthetargetandthemassflowratesofthetestedfluidunderdisc—shaped，coni

5、calandsphericaltargets，wassimulatedbyusingFLUENTnumericalsimulationsoftware．Theresultsprovidetheorybasisforthechoiceoftargetshapeinengineeringapplication．Keywords：targetflow—meter；singlechip；FLUENTnumericalsimulation0引言文中主要介绍电容式靶式流量计的测量原理，建立流量测量的核心公式和水蒸汽密度补偿公式。[设计电容式

6、靶式流量计硬件和软件程序，并采用FLUENT仿真软件模拟圆盘形、圆锥形、球形3种靶片的受力、流体流经靶片的压力损失与被测流体质量流量的关系，为靶片形状的选择提供理论依据。1原理介绍如图1所示，在管道的中心位置放置一个圆盘形靶。流体流动时冲击靶片，使靶片受到压力、流体压力差及粘滞摩擦力等的合力作用。当流量较大时，前两种力起主导作用，靶片的总受力F可以表示为：图1靶式流量计原理2F=(1)靶片直径与管道内径之比。二当雷诺系数R大于2030时，流量系数k趋向于常数，因式中：，为靶片受力；后为阻力系数；p为介质密度；为流体平此体积流量Q

7、和靶片所受作用力F的开方呈线性关系。均流速；A为靶片面积。文献[5]求得电容式靶式流量计的流量公式：由A=耵／4及流体质量=p··，流量计算关系为：1一1一Q=ktkD(寺一卢),／,orPQ=klk。D(寺一JB)F(2)=Kjcxp0(4)1Qv=klkD(音一卢)(3)式中：P。为当前工况下的设计密度；K为流量公式简化后的比例系数。式中：Q为流体的质量流量，kg／h；Q为流体的体积流量，当流体处于标准工况时，由式(2)可知质量流量Q与~／Fm。／h；k。为常系数；k为流量系数(~／i)；D为管道直径；卢为成正比关系；当流体

8、偏离标准工况时，温度和压力的变化导致收稿日期：2012—04—23收修改稿日期：2012—12—15蒸汽密度的变化，蒸汽密度值的变化会对蒸汽的质量流量产生第3期彭珍瑞等：电容式靶式流量计的研究与仿真4l影响，因此在蒸汽流量计量中必须合理的引入温度、压力参数，17