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《河北工业大学》 2015年
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智能型管段式液体超声波流量计的研究与设计

秦文  
【摘要】:在工业流量检测领域,超声波流量计以其非接触性、高精度、低成本、安装便捷等优点,正发挥着重要作用。国内超声波流量计的研究起步较晚,与国外知名企业的研发水平相比,在精度、稳定性与可靠性等方面还存在较大差距。目前我国超声波流量计市场,仍然被国外产品所垄断。为了进一步提升国内超声波流量计的研发水平,提高国产品牌的市场竞争力,本课题以单片机和CPLD为核心,设计了一种基于时差法测量的液体超声波流量计。课题主要对超声波流量计的硬件平台、时间测量技术及软件处理方法、实验结果验证等方面进行了以下深入分析:超声波流量计的硬件设计主要包括传感器和电路两方面。传感器设计采用管段式Z型结构,通过装有压电陶磁晶片的换能器,完成超声波的发射与接收工作。硬件电路采用模块化设计,包括超声波发射、回波接收及单片机外围电路等模块。系统由CPLD产生1MHz的脉冲信号,经功率放大后,驱动换能器发射超声波。采用AGC电路,在回波接收时能够自适应管道口径、被测介质等复杂的现场环境,自动调整回波增益。在单片机的外围电路设计中,还包括OCT输出、485通信、显示输出等模块。在CPLD内设计粗测量和精测量两种方式:通过对整时钟周期的计数进行粗测量;基于延迟线内插法,采用非门组合的方式搭建延迟链,完成对不满整时钟周期的精测量。此两种方法的结合,能够使时间分辨率达到ps级。在软件处理上,采用复合滤波的方法对时间差数据进行降噪处理,不仅实现简单,而且具有很好的滤波效果。最终,应用中环天仪股份有限公司的水流量标准管理系统,对不同口径的超声波流量计在不同流量点下进行验证。实验结果表明,本样机的重复性较好,误差等级为1级,可以满足工业现场的实际需求。
【学位授予单位】:河北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TH814.92

【参考文献】
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