Development of DSP-Based Dynamic Signal Processing Module for Turbine Flowmeter

Traditional signal processing methods for turbine flowmeter are unable to solve the contradiction between the real-time performance and the accuracy during the aeroengine bench test or hardware in the loop(HIL)simulation of aeroengine control system.A dynamic flow measurement method based on cycle number of the flowmeter is proposed.And a DSP-based multi-functional dynamic signal processing module for turbine flowmeter is built to validate the method.The developed system can provide three types of output modes including PWM,frequency and D/A.At the same time,the results can be displayed instantly with the module of serial communication interface to obtain dynamic flow signal with good precision.Experimental results show that the stability of flow measurement is greatly improved with precision guaranteed and the real-time response reaches the maximum limit of turbine flowmeter.

基于能量守恒定律对涡轮流量计的脉动误差上限的估算

在管道输运当中,非稳态流会使涡轮流量计的计量结果产生偏差。为了指导脉动流工况下的涡轮流量计选型和修正,需估算脉动工况对涡轮流量计产生的最大脉动误差。忽略流体压力和温度变化影响,基于涡轮流量计的动态特性和能量守恒定律,在一个脉动周期内计算脉动流和定常流对叶轮的做功比值,推导得出正弦脉动流误差上限公式。基于6DOF模型和UDF建立了涡轮流量计CFD仿真模型,搭建了空气流实验平台,以工作级流量标准装置作为标准表,被校表和标准表间采用内置整流器的管段相连。对比定常流下的流量值,计算各脉动工况下的误差限值。综合各脉动工况点,上限公式与CFD仿真所得脉动误差上限的最大差值为0.281%,与空气流实验所得脉动误差上限的最大差值为0.224%。经CFD仿真和空气流实验结果对比验证,脉动误差上限公式较为准确,可以直接用于脉动频率大于10 Hz的工况下误差值的估计和修正。

某主燃油泵调节器最小燃油流量不合格故障研究

针对某主燃油泵调节器随发动机试车检查最小燃油流量不合格故障产生的原因,结合发动机工作原理,开展了故障分析及相关改进措施验证;最终确定故障原因为燃油泵调节器调整试验器的测量系统涡轮流量计管路设计前置长度较短、漩涡流动增强、测量误差大导致。通过对试验器系统原理分析,制定改进行措施,在安装测量系统涡轮流量计时,增加其上游直管段长度排除了主燃油泵调节器外场试车最小燃油量不合格故障,而且为后续燃油泵试验器测量系统的设计提供了参考依据,这既保证了发动机工作的可靠性和安全性,同时也提高了试验器测量系统的测量精度。

660 MW机组给水泵汽轮机出力不足问题分析及解决

某660 MW机组高负荷工况下存在加负荷能力不足的问题,严重影响了机组的AGC性能。综合现场运行条件及影响因素进行分析发现,是由于给水泵小汽轮机流量计的节流作用会直接影响到蒸汽管道内流场特性,导致给水泵汽轮机进口压力低、出力不足,进而引发的该问题,并给出了用A+K平衡流量计替代现有流量计的问题解决方法。实验结果表明:相对于现有流量计的边缘节流方式,A+K平衡流量计的平衡节流方式可实现对蒸汽管道内的流场优化,有效减少蒸汽管路因测量而产生的压降,不仅可以提高机组高负荷工况下的加载能力,而且还具有良好的经济性。这对改善大功率调峰调频机组给水泵轮机出力性能具有重要的工程参考价值。

孔口流量计在超大流量气溶胶采样器现场校准中的应用

基于辐射环境自动监测站超大流量气溶胶采样器的运行环境和工作特点,对其现场校准装置进行了研究和探讨。研究小组根据不同原理的气体流量计特点,分别采用涡轮流量计原理、孔口流量计原理2种可以开展超大流量气溶胶采样器校准的流量校准装置进行了现场测试。现场测试表明,孔口流量计原理的流量校准装置对辐射自动监测站超大流量气溶胶采样器流量的校准准确可靠且易于操作。孔口流量计原理的校准装置具有测量精度高、便携和续航能力强等优点,可满足相关规范对流量示值误差的要求,为计量机构对超大流量气溶胶采样器开展现场校准提供技术支撑。

基于PIV测量的涡轮流量计响应分析

应用粒子成像测速技术获得了涡轮流量计叶片入口流场的速度分布信息,并基于该测量结果,运用T-G模型理论得出流量计的响应。通过与以往所采用的几种典型的入口速度分布计算得到的结果比较分析表明,基于PIV测量的结果更接近于涡轮流量计的真实响应。还比较分析了涡轮入口速度分布对涡轮流量计响应的影响机理,相关结果可望为改进涡轮流量计响应的计算分析方法以及优化设计提供有价值的参考。

基于HART总线的涡轮流量计

在全面分析了涡轮流量计测量原理的基础上,设计了一种基于HART总线的新型智能涡轮流量计。HART模块由AD421和A5191构成,详细阐述了其工作原理并设计了电路图。该系统以MSP430F147单片机为控制核心,采用软硬件结合的方法实现了流量的自动补偿。选用低功耗的外围扩展元器件,在实现了较高精度和可靠性的同时,最大限度地降低了整机功耗。

基于LabVIEW的FFT光纤涡轮流量测量系统研究

光纤式涡轮流量计是一种应用前景广阔的流量测量装置。文中在分析光电频率信号处理方法的基础上,采用了FFT频谱分析法在LabVIEW软件中开发了仿真测试平台,通过仿真分析,验证了该方法在频率测量应用中具有抗干扰性强和高精度等优点;并进一步搭建了流量模拟测试系统进行实验,通过软硬件的结合,实验验证了该流量测试系统能够达到0.5%以上的测试精度。

4种常用流量计性能的对比试验研究与分析

利用π定理推导出孔板、文丘里、电磁及涡轮流量计水力特性。将4种流量计串联组成测试装置进行试验研究,利用软件采集各流量计测试数据,与称重法测量数据进行对比。用Origin软件绘出流量曲线,分析在不同流量条件下各种流量计的准确度和误差率,以期为流量计的选型和应用提供有价值的参考依据。

基于AT89C2051单片机的智能涡轮流量计的设计

给出了以AT89C2051为核心,利用单片机的运算和控制功能,并采用串口液晶显示模块实时显示所测流速和流量的涡轮流量计设计方案。同时,该方案还提供了可以更改流量计参数的功能,根据不同的油料采取不同的参数适应相应的变化,使油速和油量的测量的精确性得到了很大的提高。该方案由于使用了串口液晶显示模块和E2PROM,因而可在节约系统资源的基础上保证测量精度和系统实时性。

应用双光纤传感器的涡轮流量计结构、特性及试验研究

本文叙述了将反射型光纤传感器与传统的涡轮流量测量原理相结合，进行具有双光纤传感器的涡轮流量计的实验研究。与传统的内磁式涡轮流量计相比具备了正反流量测量的性能。实验研究结论表明：应用双光纤传感器涡轮流量计可进行双向流量测量，两个流量信号经鉴别电路实现了双向流动的检测。对于单向流量测量，也可通过流量计算机的算法消除因水击产生的脉动流造成涡轮往复震动而引起的计量误差。扩展了涡轮流量计的量程比，不存在内磁式传感器在低流速时与涡轮叶片产生磁阻而引起的误差。

水平井生产测井组合仪模拟井测量数据分析与模型建立

由于水平油水两相流局部流速及局部相含率沿管径方向存在复杂分布,致使其流量及相含率测量非常困难.本文利用伞集流涡轮流量计、电导传感器、过流式电容传感器构成的生产测井组合仪,在水平油水两相流模拟井中开展了动态实验,分析了流动特性及管子角度倾斜对涡轮流量计及含水率传感器响应特性的影响.根据电容及电导传感器在不同总流量及含水率范围的响应分辨特性,分别采用变系数漂移模型及统计模型预测分相流量,发现变系数漂移模型能够自适应调整模型中的流型参数,且对油水两相分相流量具有较高预测精度.

伞集流油气水三相流涡轮流量计统计模型研究

伞集流器存在非均衡及非线性的油气水三相流流体漏失,致使伞集流后测量通道内流型复杂多变,建立三相流涡轮流量计物理模型存在困难。基于伞集流涡轮流量计与放射性密度-持水率计组合仪在油气水三相流流动环中的动态试验结果,建立了三相流涡轮流量计统计测量模型,该模型考虑了三相流等效“气液”滑脱速度及流动密度因素,回避了复杂流型对测量模型影响。该模型预测三相流总流量过程相对简单,且具有良好的计算结果收敛特性。检验结果表明,伞集流涡轮流量计与放射性密度-持水率计组合测量可以有效地测量油气水三相流总流量。

气体涡轮流量计前导流器的数值模拟与优化设计

前导流器是气体涡轮流量计的主要部件之一,其结构直接影响流量计的计量性能。以50 mm口径气体涡轮流量计的前导流器为优化对象,通过CFD数值模拟分析了不同结构参数前导流器的流场速度分布,引入了流场均匀性指数来评价整流效果,提出了针对前导流器结构的优化方案,探讨了优化对安装位置的要求,并对优化方案进行了实验验证。结果表明,导流体长度由25 mm加长至125 mm时,流场均匀性提高,流量计的线性度误差和重复性误差降低,压损减少13.92%;导流叶片由60 mm缩短至15 mm时,流场均匀性提高,流量计的计量性能改善,压损减少20.89%。该优化方法同样适用于其他口径涡轮流量计前导流器的结构优化。

涡轮流量计对水平三相流的实验响应

对涡轮流量计在模拟井中水平条件下获取的实验数据从不同气流量、同一含水率下的油水总流量与涡轮响应的关系；同一油水总流量、不同含水率配比下的气流量与涡轮响应的关系及不同密度下的油、气、水总流量与涡轮响应的关系等3个方面进行了分析。结果表明，油水两相含水率在50％～100％范围内，同一气流量下，涡轮响应与油水两相流量呈线性关系；不同气量下所得到的各个涡轮流量计的响应与油水总流量关系直线的斜率（即涡轮K值）近于相等，但各直线的截距随气流量的增加而增大。在油水总流量相同的情况下涡轮响应与气流量呈线性关系，该线性关系不受油水两相含水率的影响或受油水两相含水率的影响小。不同密度下的涡轮K值随密度增加而增大。三相流下要获得准确的流量还需进行密度校正。

变雨强人工模拟降雨自动控制系统设计与试验

针对变雨强降雨的室内人工模拟,通过分析降雨执行器件性能参数,建立了模拟雨强和流量频率、流量频率和执行器调节电压之间的线性关系,设计了基于供水流量调节的人工降雨控制系统.通过分析信号采集设备性能参数和电动执行器的电压-机械灵敏度,提出基于LabVIWE语言的变时间步长自动控制算法,用于人工降雨系统中模拟降雨雨强的渐变控制.电动执行器的电压-机械灵敏度为0.2 mm/V;供水流量频率的最小控制精度为7 Hz;雨强的最小控制精度为0.053 mm/min.试验结果显示,设计雨强和模拟雨强的相对误差在4%以下;降雨的重现性、稳定性在0.98以上;降雨空间分布的均匀性在0.97以上;渐变降雨的线性相关系数在75%以上.

涡轮流量计变粘度流量计算与校准方法研究

为探索涡轮流量计在变粘度工况下的流量计算和校准方法,研究中利用变温航空润滑油流量标准装置对10支涡轮流量计在多个粘度点下进行校准试验,对各粘度下流量计仪表系数进行数据分析。以涡轮流量计理论模型为基础,提出以双指数衰减函数对仪表系数进行拟合计算的方法,各流量计拟合曲线的r2值都优于0.99,且各粘度点流量测量结果误差都小于1%。研究中进一步提出通过关键点雷诺数确定流量选点的校准方法,关键点拟合结果与全数据拟合结果两者差别基本都小于±0.33%。建议对变粘度工况涡轮流量计流量计算和校准方法进行深入试验研究,进一步验证上述方法可行性。

基于C8051F020与HART的液体涡轮流量计设计

设计了一种新型的基于C8051F020与HART总线的液体涡轮流量计,对硬件上的测量模块、HART模块、脉冲输出模块与软件上的主函数、脉冲测量与输出的流程图作了详细分析,并在柴油标准装置上进行了检定。检定结果证明,该设计是可行的,大大提高了流量脉冲采集与脉冲输出的精度与可靠性,同时,HART通信正常、可靠性高。

涡轮流量计前导流器的结构与性能

对DN100气体涡轮流量计的关键部件之一前导流器引起的流量计压力损失进行试验测量和数值计算。对比分析两种不同结构前导流器对压力损失的影响,发现前导流器的结构变化不仅影响该部位的气流速度分布,使当地压力损失发生变化,更重要的是对后面各部件内的气体流动速度梯度和压力恢复也有明显影响,使总压损失进一步放大或减小。数值计算通过分析流动参数的变化从流动机理上解释了结构与压损间的关系。

涡轮流量计在脉动流中的特性研究

本文对涡轮流量计在脉动流中的特性进行了研究。利用涡轮流量传感器的数学模型 ,求出了在正弦脉动流作用下的角加速度与脉动频率及振幅的理论关系式 ,通过对不同脉动频率和振幅下涡轮流量计误差的编程计算 。