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。

涡轮流量计时间常数校准技术研究

为了校准涡轮流量计的时间常数,建立液体阶跃流量试验装置,该装置利用螺杆泵输送流体形成平台流量,采用内啮合齿轮泵输送流体形成阶跃流量分量,通过控制高速电磁阀的开启与关闭实现阶跃流量分量与平台流量的叠加,最终产生阶跃流量。利用皮托管对阶跃流量产生时间进行评估,结果表明阶跃流量上升时间小于9 ms。在不同阶跃工况下对涡轮流量计开展时间常数校准试验,结果表明:涡轮流量计时间常数并非固定值,且受平台流量影响较大,具有随前平台流量增大而减小的趋势,受阶跃流量幅度影响较小;在小流量范围内,实际测量得到的动态流量系数与理论模型推导得到的动态流量系数偏差较大,而在大流量范围内二者较为吻合。最后对时间常数校准结果进行了不确定度评估,最大扩展不确定度约为10 ms(k=2)。研究成果有助于评估流量计动态特性,有望提高非稳态流量测量的准确度。

基于CFD仿真的涡轮流量计动态特性

航空航天领域对于流量计量的要求愈发严格,研究流量计的动态特性对于提高其在各类环境下的测量性能和在线测量性能具有重要意义。以涡轮流量计为例,通过数值仿真研究了其动态性能。在涡轮流量计入口处分别施加脉冲和阶跃2种干扰信号,通过数据处理,得到系统的幅频特性、相频特性、传递函数和阶跃响应曲线。结果表明:涡轮流量计可以作为一阶系统进行分析,脉动流的频率是影响涡轮流量计性能的主要因素;与5 Hz工况相比,50 Hz工况下幅值比降低了60%;相位差随频率的增加而增大,最大相位差近40°;阶跃响应的速度和阶跃流的大小与阶跃幅值有关,负阶跃产生的时间常数大于正阶跃产生的时间常数。

气体涡轮流量计结构优化研究

以TM80气体涡轮流量计为研究对象,采用数值模拟与实验测试相结合的方法对其进行结构优化研究。数值结果表明压力梯度骤变和边界层分离的出现主要由流量计的表芯支座和后导流体引起。由此提出了关于表芯支座坡度和后导流体直径的结构优化方法,将表芯支座的坡度设计为15°,将表芯支座侧面的台阶流转变成渐缩流;将后导流体直径缩减为62 mm,将后导流体侧面的台阶流转变成等直径的管道流。数值模拟和实验测试证实,当表芯支座坡度设计为15°、后导流体直径设计为62 mm时,流量计的压力损失显著降低,仪表系数变得更加稳定,线性度误差明显变小,说明该结构优化方法可以明显提升流量计的计量性能。研究结论有助于为今后开发性能更好的气体涡轮流量计提供有力的理论指导和技术支持。

试车台液氧流量测量及原位校准技术研究

基于试车台液氧流量测量精度提升的需求,开展了液氧流量测量及原位校准技术研究,针对某新建液氧煤油发动机试车台分析了以分节式电容液面计为基准的试车台液氧流量原位校准过程、液氧供应管路流场分布、液氧温度测量、涡轮流量计结构优化等因素对流量测量准确性的影响,开展了液氧流量测量系统设备结构和工艺流程的优化改进,规范了原位校准过程及温度修正、压力修正、容积修正等数据处理方法。通过原位校准试验获得了试车台液氧管路涡轮流量计特性参数,应用于YF-100系列发动机试车,流量测量天地一致性良好,对准确评价发动机性能和火箭总体弹道设计具有重要意义。

气体涡轮流量计结构改进与性能优化研究

运用数值模拟和实验测试相结合的方法,对TM80气体涡轮流量计进行了结构改进和性能优化研究。基于内部流体的压力场和速度场特征分析,得出了影响流量计性能的主要结构为表芯支座和后导流体,主要因素为表芯支座侧面的压力梯度骤降和后导流体下游的尾流耗散。通过对表芯支座和后导流体进行结构优化,流量计的计量性能得到了明显的提升。研究表明:结构优化后流量计的压力损失在最大流量下减小了约42.61%,最大示值误差降低了22.45%左右,仪表系数也更加趋于恒定。研究结论有助于为今后开发性能更好的气体涡轮流量计提供理论指导和技术支持。

特制涡轮流量计故障分析及解决方案应用

为了测量堆芯流量,研制出新型涡轮流量计。本文介绍流量计结构和使用场景,利用树图、统计表等工具对该流量计进行故障分析,对静止部件、动态部件、磁电转换部件分别采取针对性优化措施,从材料、安装、检查、工艺等角度进行全方位优化,将优化后的流量计应用于ACP100P反应堆整体水力试验。通过统计表方式对比CNP1000试验结果,流量计故障率下降约14倍,有力地证明了基于故障分析提出的优化方案的有效性,成功地提升了特制涡轮流量计质量。

气体涡轮流量计测量不确定度分析

本文阐述了气体涡轮流量计的工作原理,依据JJG 1037-2008《涡轮流量计检定规程》的要求,按照JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》技术规范的要求,建立了气体涡轮流量计测量不确定度的数学模型,对影响测量不确定度的各个贡献量进行分析,最后得出不确定度分析报告。

燃油涡轮流量计测量准确度的外部影响因素初探

本文对航空发动机试车台燃油系统涡轮流量计的工作原理进行简单说明,详细分析了漩涡流、脉动流、介质粘度、介质污染度和电磁干扰等的外部因素对涡轮流量计测量精度的影响,并逐一给出了消除外部影响因素的方法,对涡轮流量计使用过程中的注意事项进行了详细说明,对航空发动机试车台燃油系统提升燃油流量的测量精度具有一定的指导意义。

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.

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。

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。