多声道气体超声流量计的研究

实际流量测量时,多种因素如噪声、硬件、管壁粗糙程度、流场分布等都会降低气体超声流量计的精度。而采用多声道流量计能够降低这些因素影响。在详细介绍测量原理与影响因素的基础上,利用数值积分方法,对声道安装位置进行数学建模和优化研究,求解权重系数。因计算出测量面的速度均值,提升了测量精准度。在理论支持下,对流量计硬件系统进行规划及传感器等硬件选型。通过实验测量与数据分析,测量精度能基本满足要求,可为创新下代气体超声流量计提供一定参考。

多声道气体超声流量计在城市煤气的应用

一概述 1．气体超声流量计进入市场的机遇 在我国以前常用孔板、罗茨（腰轮）、涡轮和膜盒式等气体流量计来测量城市燃气的流量，直到上世纪90年代中后期才掀起使用气体超声流量计（Gas UItrasonic Flowmeter，GUSF）热潮，成为继孔板、涡轮流量计之后的一类重要的天然气用流量计，在“西气东输”的干线中将气体超声流量计作为流量计量的首选仪表。

基于峰值比拟合匹配的时差式气体超声波流量计

时差式气体超声波流量计的回波信号在气体中传播时能量衰减严重,且存在着不同程度的幅值晃动问题。因此如何在幅值晃动的气体回波信号中确定特征点,以准确测量回波信号渡越时间及其顺、逆流渡越时间差,是当前时差式气体超声波流量计信号处理方法的主要研究热点。该文基于超声回波信号的数学模型,研究构建了一种基于峰值比拟合匹配的信号处理方法,利用拟合指标来筛选符合匹配条件的波形。并且通过实际数据验证了该方法的有效性和优越性。

交叉分段差分进化支持向量回归的气体超声流量计测量方法

为了进一步提高全量程气体超声流量计的测量精度,基于多通道声波到时和实时温度,提出了一种交叉分段差分进化支持向量回归(DE-SVR)模型。考虑到气体在不同流量条件下的流体状态不同,提出了交叉分段处理的方法,采用差分进化算法优化选取支持向量回归参数。实验结果表明,对于16∼1600 m3/h全量程,交叉分段DE-SVR和传统积分方法计算气体流量的平均相对误差分别为0.00447和0.02781,前者较后者降低了83.93%;对于16∼160 m3/h小流量,交叉分段DE-SVR和无分段DE-SVR算法计算结果平均相对误差分别为0.00436和0.03214,前者较后者降低了86.43%。该方法有效避免了声道长度、探头角度以及管道直径等参数不确定性对流量计算的影响,为全量程气体流量的高精度测量提供了保障。

超声波流量计在气体计量中的应用探讨

天然气作为清洁能源,具有热值高、燃烧稳定、清洁环保等特点,是重要的化工原料,也是国家的战略资源。随着我国经济的快速发展,天然气的需求也越来越大,为实现对天然气的统一计量和管理,天然气计量装置得到了广泛应用。在众多计量器具中,超声波流量计凭借其高精度、高可靠性、实时性强、操作方便等特点成为我国最主要的气体计量器具之一。文章以超声波流量计为研究对象,分析了超声波流量计在气体计量中的应用原理,阐述了超声波流量计在气体计量中的具体应用方法和注意事项,供同行参考。

基于卡尔曼滤波的气体超声波流量计校准方法

本文首先分析了气体超声波流量计的工作原理;其次总结了气体超声波流量计的影响参数,并利用卡尔曼滤波算法,通过递推计算得到了不同时刻气体流速、压力、温度等状态变量的最优估计值;最后将上述最优估计值与标准流量计的读数进行比较获得了校准结果,进而完成了气体超声波流量计的校准。实验结果表明,本文提出的校准方法具有误差较小、稳定性较强等优势,具有重要的应用价值。

双声道直射式气体超声波流量计湿气虚高预测模型研究

为探索超声波流量计测量湿气时的特性,以双声道平行直射式气体超声波流量计为研究对象,分析了超声波流量计虚高产生的原因和影响因素。基于水平直管气液两相流的经典L-M(Lockhart-Martinelli)截面含气率模型,建立了双声道平行直射式超声波流量计湿气虚高预测模型。在天津大学中压湿气流量实验装置上进行了超声波流量计湿气实验,在压力范围0.2~0.8 MPa、气相表观流速5~20 m/s的湿气工况条件下,超声波流量计正常工作时,虚高预测模型的整体相对误差在±6%以内,90.3%的相对误差在±4%以内;同时,93.6%实验工况点下的测量重复性小于1%,整体测量重复性的平均值为0.41%。

超声波流量计整流器优化设计

气体超声波流量计的测量精度由飞行时间的测量精度和流量计自身的流场适应性决定,流量计的流场适应性又由流量计的声道布置和整流器的性能决定。文章设计了一种内嵌于流量计的整流器,详细阐述了该整流器的结构、各模块的功能。介绍了整流器性能优化的理论依据、过程以及整流器性能优劣的判别准则。该整流器性能优化主要取决于起旋器的优化,文章给出了装有8片起旋器和装有10片起旋器的整流器在直管、单弯管下的性能参数对比,试验结果显示装有10片起旋器的整流器有着更好的流场适应性:重复性满足国标要求,直管示值误差与弯管示值误差的差值<0.3%。文章的创新点在于给出气体超声波流量计整流器设计和优化的理论依据和一整套流程,对于设计气体超声波流量计整流器的科研人员有借鉴意义。

一种时差法超声流量计的设计

研究使用超声波技术实现流量的测量,该技术具有非侵入性、精准度高的优点。设计中采用了AT89系列单片机作为控制核心,利用其定时器和IO口的特点实现了时间测量和信号处理。通过接收超声波传感器发送的脉冲信号,并利用计数器功能计算流过物体的时间和距离,从而得到流量值。选择了高灵敏度的超声波传感器,并设计了放大电路和滤波电路,以确保接收到的信号稳定和准确。通过单片机的计算,对传感器接收到的信号进行实时处理,并输出流量计算结果。通过测量验证,该电缆设计具有较高的测量精度和稳定性。

天然气气体流量计流场模型与云图分析

本文针对天然气的流量测量问题,提出了一种超声测量的气体流量计设计方法,主要分析了天然气单回路超声测量的流场原理模型,并由此扩展到天然气多回路超声测量的流场原理模型。在流场模型中,重点考虑了超声波和天然气的流动方向的一致性,并计算出天然气的流动速度,进而完成天然气体积流量测量。在仿真试验的过程中,本文通过云图分析证实了超声气体流量计对200 mm以上天然气传输管道的测量效果更准确,仿真云图也更均匀。

基于高精度时差法的气体超声流量计研究

针对气体超声流量计在测量中存在回波信号衰减大、波形易受工况影响的问题,提出了一种基于高精度时差的气体超声流量测量方法。该方法首先通过相似度评估回波信号,对回波信号特征点进行准确定位,进而获取飞行时间差的粗测量值,其次选取特定回波波形进行互相关法计算获得时差的细测量值,最后对两次测量结果相加得到高精度时差,从而实现高精度的流量测量。不同压力下的声速测量实验表明该方法在100 kPa至500 kPa范围内可准确测量飞行时间和时差。气体流量计样机的流量测量误差小于1%,重复性优于0.2%,并在大流量下与传统阈值法相比具有更高的准确性和更优的重复性。

流场因素对超声波气体流量计测量精度影响

采用超声波时差法进行气体流量测量时,流场快速变化或者管段结构造成的局部二次流、涡流及速度分布不对称等情况,是影响超声波气体流量计测量精度的关键因素。针对此问题,以DN50超声波气体流量计为研究对象,利用CFD对超声波流量计不同风速下进行数值模拟,并在低速回流风洞测试段进行风速测试实验。将计算流体力学与信号处理相结合,分析换能器安装结构引起的流速特性变化,以及流场扰动对超声波回波信号的影响。研究表明,在0~3 m/s流速范围内,随风速增大,超声波测速受流场变化与声束扰动影响也增大,同时超声波回波信号质量越差,流量计风洞测速实验验证了数值模拟的合理性。

基于时差法的双声道超声波水流量计

针对中小管径单声道超声波流量计由于声道少而易受流场分布不均匀的影响,提出了一种基于时差法的双声道超声波水流量计。流量计的硬件系统由STM32L431低功耗模块、高精度计时模块TDC-GP22等组成。根据双声道管段结构,提出了基于卡尔曼滤波算法的数据融合方法,将两个声道的测量数据融合并完成滤波处理,提高了流量计的测量精度。实验测试表明,流量计测量误差在2.5%以内,卡尔曼融合滤波算法可以有效提高流量计测量精度。

探头扰流对多声道超声波流量计测量结果影响研究

为了研究探头扰流对高精度多声道超声流量计测量结果影响的机理,基于计算流体力学数值仿真技术对超声波流量计内部三维流场进行仿真,并对探头附近流场进行分析。提出了一种用8个面的平均速度替代声道位置平均速度的数据提取方法,适用于扰流对测量结果影响的定量分析。对比未带扰流和带有扰流的仿真模型,结果表明:探头处的扰流对积分结果带来的最大误差为0.60%。用K系数修正消除系统误差后,得到因探头扰流引起的最大积分误差为0.16%。

多声道超声波气体流量计声平面安装角度对测量影响的模型仿真和实验研究

采用计算流体力学(CFD)方法,建立90°单弯管道内气体流动的仿真模型,获得管道内流场分布情况,通过对声路上每个网格内声波传播时间逐个累计的方式模拟超声波流量计原理计算渡越时间。搭建超声波气体流量计量实验系统,通过实验验证仿真结果。研究结果表明:在90°单弯管道下游,随直管段距离增加,多声道超声波气体流量计的计量偏差逐渐减小。以90°单弯管下游10D位置安装的六声道超声波流量计为例,声平面角度变化使计量相对误差发生变化。相对于与弯管平面平行或者垂直安装的方式,与弯管平面倾斜安装能有效避开流速分布的低速区,降低计量误差。在实际应用中,当管道内流场分布非对称时,多声道流量计声平面安装角度的变化会影响流量计量效果。在阻流件下游安装多声道超声波流量计,需根据流场分布特点选择适当的声平面安装角度,降低非对称流速分布对精度带来的影响。

气体超声波流量计在硫磺回收装置中的应用

在硫磺回收的工艺装置中,由于测量特殊酸性气体的质量流量较困难,提出了具有可测量相对分子质量,能够应对多组分气体并通过压力补偿,以及温度补偿计算的气体超声波流量计测量方案。介绍了硫磺回收工艺装置中气体流量的特点、气体超声波流量计原理以及安装设计、出现的问题及技术改造措施,为同类型装置提供参考和选择。

基于神经网络的多声道超声气体流量计研究

在以弦向声道布置的多声道超声气体流量计原理的基础上,采用Gauss-Legendre数值积分和线性神经网络相结合的方法完成自适应调整权系数的多声道超声气体流量计建模。在建模过程中,根据Legendre正交多项式的节点值,计算多声道超声换能器的位置分布值,再按照Widrow-Hoff学习规则,由leanrwh函数求解出各声道的层流流速和权系数值表,最后根据实时测量出的层流流速,通过插值算法自适应匹配一组最佳的权系数值,计算出流速和流量值。并以4声道交叉布置方式的超声气体流量计为例,进行测量误差仿真实验和物理实验,误差均能满足实际测量要求。

多声道超声气体流量计的建模与仿真

基于时差式超声流量计测量原理和Gauss-Legendre数值积分方法,建立了多声道超声气体流量计的数学模型.在建模过程中,根据瞬时流速以流速分布函数按面积积分的公式,推导出在弦向声道处的平均流速按声线积分的表达式,然后推导出在弦向声道处的平均流速加权求和的瞬时流速公式;应用Legendre多项式求解出高斯节点值和加权系数,即确定了各个声道的分布位置.以四声道交叉布置方式的超声气体流量计为例,通过Matlab仿真与误差分析,结果表明:在考虑流速分布的影响下,模型的测量误差不大于0.1%,验证了模型的正确性,因而多声道超声气体流量计完全能满足油气、天然气等气体在输送和分配计量中的精度要求.

超声波气体流量计反馈回路的最优算法研究

为了实现气体超声波流量计对数据检测准确及稳定的目的,引入先进的控制优化技术进行了超声波气体流量测量原理、自动控制最优反馈回路算法、去除高频和低频噪声等研究,得出了超声波在顺流和逆流情况下运动时间差来确定模型并计算气体流量结论。根据传播速度差、波束位移、多普勒等方法,在实验中提出了仿真信号波形对比可视化展示和误差对比分析来测试不同工况下的流量,成功解决了气体超声流量计的信号检测问题,有效克服传统流量计的缺陷,提高超声波流量计测量精度,运行稳定可靠,为相关企业在管道内气体检测计量工作提供强大的数据支持体系,取得了良好的效果,对打破国外少数厂家技术垄断,填补气体超声波流量计方面的技术装备空白具有重要意义。

基于自适应滤波算法的超声波气体流量计

针对超声波气体流量计在使用过程中普遍存在的测量精度不高、稳定性差等问题,提出并实现了基于时差法和新型自适应滤波算法的超声波气体流量计。该流量计硬件部分由STM32F103主控芯片、高精度计时芯片TDC-GP22等组成,保证了系统的计量精度;软件部分采用了一种改进型卡尔曼滤波算法,在保证滤波效果的同时有效提高响应速率,并且将其与算术平均滤波相结合,根据流体渡越时间差的变化率提出了新型自适应数据滤波算法。通过实验对比发现,该新型滤波算法有效降低了系统的测量误差,在0.25~40 m^(3)/h流量范围内,系统的最大测量误差为1.08%,满足1.5级精度标准,同时使得系统零漂减小为原来的一半,大大提高了系统的稳定性,满足了实际工程应用的需要。