超声波气体流量计检测精度影响因素分析

在天然气的管道运输过程中,提高气体流量测量的精度是提高运输效率、避免安全事故发生的关键技术。利用流体力学仿真（CFD）方法建立组合双弯管及变径管道模型,定量计算修正系数,对双声道超声波流量计结构和安装位置对于管道内气体速度场的影响进行研究。通过仿真得出超声波流量计的最优声道位置,并结合实验验证了仿真结果的可信性。模拟结果表明,双弯管和变径管与超声波流量计的安装位置至少为10D才能保证流体充分流动;通过修正系数随雷诺数的变化情况得出双声道超声波流量计的最优声道位置为距管道截面中心0.25D处。研究结论对于不同性质气体的流量检测同样适用,为工业中气体运输检测精度的提高以及超声波流量计的优化提供了依据。     

非线性最小二乘法在多声道超声波流量计测量非理想流动中的应用

针对多声道超声波流量计在流量计算过程中应用的数值积分方法只适用于理想的充分发展流动的问题,提出在测量非理想流动时应用非线性二乘法计算最小的流速误差的平方和,流速误差平方和最小时计算得到的权重系数即为多声道超声波流量计在测量非理想流动时的最优权重系数,提高了流量计在测量非理想流动时的精度。应用计算流体力学仿真软件FLUENT对单弯管和异面双弯管下游5D和10D处的流速测量进行仿真验证,应用优化后的权重系数进行流速计算可以使测量误差减小到±0.5%以内。     

直管段长度对涡轮流量计测量性能的影响

利用恒定水压作为流动介质,以流出系数平均相对误差、线性度为评价指标,通过实流实验,研究上游组合管件对涡轮流量计测量性能的影响。根据不同的上游阻流件对涡轮流量计测量精度的影响进行了实流实验研究。根据实验结果,为保证相对误差在可接受范围,给出对于不同形式的上游组合管件涡轮流量计对前直管段长度的建议。     

上游阻流件对孔板流量计性能的影响

利用常压气体作为流动介质,以流出系数平均相对误差、线性度和不确定度为评价指标,通过实流实验,研究上游组合管件对孔板流量计测量性能的影响。根据不同的上游阻流件对孔板流量计测量精度的影响进行了实流实验研究。根据实验结果,为保证相对误差在可接受范围,给出对于不同形式的上游组合管件孔板流量计对前直管段长度的建议。     

超声波流量计流体异常诊断与处理方法研究

针对超声波流量计在测量液体流量的过程中,流体的异常状态会极大地影响流量计的测量精度这一问题,提出了一种基于脉宽比和幅值电压检测的方法,以此来监控信号质量,通过对测量系统进行了实时监测并及时诊断异常情况,从而保证超声波流量计的测量精度和可靠性。首先,设计了超声波流量计监测系统,实现对流量计数据的采集、分析与处理等功能;然后,采用脉宽比结合幅值电压监测方法判断了流体异常的类型;利用自适应采样算法的反馈机制调节了测量周期,以适应管道内流体的变化速度;最后,通过流量测量实验,测试了流体内不同气泡状态下脉宽比的变化规律,测量口径为15 mm管道的多个流量点,分析了流体稳态和少量连续气泡状态下传统测量方法与自适应算法测得的数据,对平均相对误差和重复性进行了对比。实验结果表明：异常诊断功能能够判别流体内气泡状态;基于自适应采样算法,超声波流量计在小流量0.1 m³/h～1.5 m³/h区间内平均误差达到1.02%,重复性也达到0.47%,准确度等级达到1.5级。经液体流量标准装置检定,流量计累积流量测量误差降低了60%,重复性提高了80%。研究结果表明：异...     

上游阻流件对V锥流量计性能的影响

利用常压气体作为流动介质,以流出系数平均相对误差、线性度和不确定度为评价指标,通过实流实验,研究上游组合管件对V锥流量计测量性能的影响。在上游相同阻流件条件下建模仿真,对V锥流量计和孔板流量计的结构进行对比。     

上游弯管对超声波流量计精度影响及整流设计

针对上游弯管流场变化对超声波流量计测量精度的影响,利用CFD对测量管道内部流场进行数值仿真模拟,并设计整流器改善由弯管导致的明显的二次流和涡流等情况,以减小超声波流量计测量误差。研究对象为基于时差法的DN15超声波液体流量计,流量范围在0.1～1.5 m~3/h内,上游弯管与流量计之间测试直管段距离为2～20D。对比超声波流量计加装整流器前后测量误差,通过实验结果验证,未整流时流量计随着直管段越短测量误差越大,安装的整流器可以改善管道内流场的速度分布,将直管段长度缩短为10D,提升超声波流量计测量误差满足在±1.5%以内,验证了数值模拟的正确性,对工程实际应用具有一定指导意义。     

低功耗超声流量计的研究

针对超声波流量测量中管道结构对测量精度的影响,采用Fluent仿真软件模拟了不同管道中流体的流动状况,对管道内的超声波信号进行了分析和比较,设计了超声波流量传感器,并应用设计的流量传感器,研制了超声波流量积算仪的硬件电路和软件,最终的样机实验结表明,该超声流量计流量误差小于±2%,系统的平均工作电流为35μA。     

科氏流量计应用于气液两相流测量的实验研究

以空气-水为介质,对科氏流量计应用于气液两相流双参数测量进行了实验研究.实验过程中保持液相流量一定,通过加入不同体积分数的空气来分析含气率对科氏流量计测量精度的影响,采用Weisman垂直上升管气液两相流流型图与实验数据进行了比较.结合实验结果,初步归纳出含气量、流型和科氏流量计测量精度之间的关系,总结出液相中含气影响科氏流量计测量精度的主要因素及其影响规律,为进一步研究科氏流量计气液两相流测量误差修正提供了一种技术方法.     

智能小流量靶式流量计的研制

小流量、高黏度的介质流量的测量是测量中的难点。靶式流量计测量高黏度介质流量有其独特的优点,但传统的靶式流量计存在机械结构复杂、灵敏度低、小流量时流量系数变化等缺点。介绍了靶式流量传感器的工作原理,对小流量流动流量系数的变化提出了修正方法并研制了智能型小流量测量的靶式流量计。实验结果表明:设计的流量计对高黏度、小流量测量具有较高精度。     

某型号模型泵试验回路模拟分析及优化

在对模型泵进行性能试验过程中,模型泵进口截面流速分布和压力分布将直接影响试验测量的精度与试验结果的可靠性。在某型号模型泵试验管路中不可避免的采用闸阀来控制管道的流量与压力,而上游管道中的阻流件会引起管道内流态畸变,从而对模型泵进口截面内的流动产生影响。本文以数值模拟为研究手段,采用三个指标对不同截面流动状态进行描述。首先研究了闸阀开度对模型泵进口截面流态的影响,并针对性地加以改善;其次,针对三种典型的流动调整器对比研究了不同流动调整器对下游管道流态畸变的改善程度,为后续改善模型泵进口流动状态、尽量削弱闸阀等阻流件的影响提供一定的借鉴。     

浅谈涡轮流量计特性的影响因素

对漩涡流动、脉动流、黏度等因素影响涡轮流量计特性的机理进行了讨论,对相关补偿测量精度的方法进行了介绍,并在此基础上对实际工程中涡轮流量计安装的基本原则进行了总结。     

微悬臂梁结构的谐振式MEMS黏度传感器

文中研究了谐振方法测量流体黏度的测量机理,采用MEMS工艺设计并加工了微悬臂梁结构的流体黏度传感器芯片,芯片作为振动体采用电磁激励和压阻检测的方法进行粘度测量。设计了封装结构并搭建了实验系统,在室温环境20℃和25℃2个温度点下进行了4种有机流体的黏度测量。实验结果表明,微悬臂梁结构的谐振式MEMS黏度传感器具有响应速度快、微型化程度高、易于实现在线流体测量等特点,黏度的测量精度优于8%,较好地满足了流体黏度的工程测量需求。     

温度传感器凸出对气体超声流量计测量的影响

针对生活和工业上广泛使用的小口径气体超声波流量计,探究温度传感器对超声波流量计测量精度的影响,分析了温度传感器不同凸出长度对管道内部的流速分布的影响。对于DN50口径的双声道气体流量计,使用计算流体力学(CFD)的方法进行仿真,分析在不同流速下,温度传感器插入管道不同长度引起的流场剖面变化,及其对声道流速分布的影响,并进行了不同凸出长度的温度测量和流量测量实验。实验结果如下：当温度传感器凸出长度为4 mm时,对气体超声波流量计的测量影响最小,结合实验数据得出温度传感器的最佳凸出长度是6 mm。仿真和实验分析表明,凸出长度是影响超声波流量计测量精度的重要因素之一。     

高精度超声波流量计的设计

超声波时差法是流量计量的常用方法，通过测量超声波在流体中顺流、逆流传播的时差来计算流量。本文讨论了一种时差法超声波流量计KH-5的设计方法，给出了流量计的电路结构，详细论述了超声波发射/接收、调理电路的工作原理。文中描述了高精度时差算法的原理及程序设计方法，讨论了流量的算法及各种扩展应用。经计量标定，KH-5可以达到0.5级的精度。在计量应用中，可以在热力站、工厂车间等场景的工况下正常工作，计量稳定可靠。     

三棱柱阻流体无阀压电泵的设计与试验

以三棱柱阻流体为无移动部件阀,结合3D打印技术的快速一体成型特点,设计并制作了以压电振子为动力源的三棱柱阻流体无阀压电泵。分析了该无阀压电泵的工作原理、理论流量和振子振动特性,推导出了它的的流量表达式。利用有限元法对三棱柱阻流体的流阻特性进行了仿真模拟,由其内部压强分布及进出口流速情况,定性分析了三棱柱阻流体的正反向流阻大小。最后,使用3D打印机制作了该无阀泵的试验样机,并进行了流阻和流量测量试验。试验结果表明:三棱柱阻流体具有正反向绕流流阻不等的特性,当驱动电压为550V,驱动频率为8 Hz时,该压电泵的输出流量达到最大,为29.8mL/min。结果证明了该三棱柱阻流体无阀压电泵具有良好的输送流体的能力。     

超声波流量计的弯管误差分析及修正研究

针对中小口径超声波流量计的弯管二次流误差问题,运用数值仿真技术,分析了弯管二次流垂直误差与水平误差,由二次流流线规律推导出了二次流误差的计算公式。结合实际的流量计测量范围,设定雷诺数的变化范围为3 000~50 000,定量分析了安装在弯管下游5D、10D、20D位置的流量计在不同雷诺数下的误差规律。提出了"用压力差来表现二次流强度,最终结合误差规律通过测量压力差来对弯管二次流误差进行修正"的方法。研究结果表明,在雷诺数29 000之后,10D处的二次流垂直误差超过了5D处的误差,二次流垂直误差和水平误差的最大值分别约为1.2%和0.7%,经过仿真验证结果表明,该修正方法可行。     

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。     

大口径超声波流量计高精度低功耗方案设计

针对影响超声波流量计测量精度和功耗的关键环节——超声波时差测量,设计了以超低功耗处理器EFM32G880F128为控制核心,以高精度、低功耗的超声波模拟前端芯片TDC1000和数字转换芯片TDC7200构成时差测量电路的控制系统,较好地控制了在回波信号的放大及接收过程中产生的误差及功耗,有效地提高了电池供电、大口径超声波流量计的测量精度,降低了产品功耗。经过检验,其测量误差低于1%,能够满足市场需求,具有良好的应用前景。     

超声水表流场仿真与性能改进策略研究

供水管路中的阻流件是导致超声水表测量管道内原先对称分布的流动发生畸变的主要原因。当对称流流动状态下校正的超声水表如在流动畸变工况下使用,其测量误差就会显著增大。计算机仿真技术可以证实几种主要管路阻流件对测量管道内流场分布的干扰,通过采用有效对策和措施可以削弱这种干扰对测量结果带来的影响。