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蝶阀对超声波流量计测量误差的影响及修正模型
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作者 王晓东 李丹丹 +4 位作者 张晓菡 岳宇 李云飞 武晓菲 邢兰昌 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第28期12023-12032,共10页
超声波流量计(ultrasonic flow meters,UFMs)的测量性能对安装位置极为敏感,实际应用中不可避免地遇到非标准测试条件。针对常见的阀门扰流件,目前尚缺乏相应的误差影响规律及误差修正模型研究。以蝶阀为阀门研究对象,构建不同入口流速... 超声波流量计(ultrasonic flow meters,UFMs)的测量性能对安装位置极为敏感,实际应用中不可避免地遇到非标准测试条件。针对常见的阀门扰流件,目前尚缺乏相应的误差影响规律及误差修正模型研究。以蝶阀为阀门研究对象,构建不同入口流速、管径、阀门位置和开度等条件下超声波流量测量过程的有限元数值模型,探讨蝶阀对流场和误差特性的影响规律,最终建立超声波流量计的测量误差修正模型。结果表明:管道内流体受到阀板阻挡而引起过流截面积缩小,阀板与管壁之间形成高流速区域;阀门上游和下游管道截面上的流速分布发生畸变,畸变程度随着距离的增大而逐渐减弱;对于管径的影响,当流量计距下游阀门大于0.6D时(D为管道直径),根据误差特性可以把管径分为两组,分别为0.1~0.3 m和0.4~0.6 m,可针对两组管径范围分别建立误差修正模型;当流量计距离上游阀门大于5D,管径0.1~0.6 m范围内的测量误差一致性较强,可建立统一的误差修正模型;经模型修正后,流量测量误差低于2.0%;对于阀门开度的影响,当阀门开度在30°~75°范围内,流量计距离下游和上游阀门分别大于0.6D和5D时,测量误差一致性较强,在阀门位置确定的条件下,针对不同阀门开度可以建立统一的修正模型;经模型修正后,流量测量误差低于2.0%。研究成果为拓展超声波流量计在非标测试条件下的应用范围提供了理论依据和模型支撑。 展开更多
关键词 超声波流量计(UFM) 蝶阀 流场特征 误差特性 误差修正 数值模拟
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采用曲面拟合算法的超声波流量计研究
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作者 张兴红 李三 侯翔宇 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第1期31-35,共5页
为提高超声波流量计的精度,在传统时差法流量测量理论的基础上,提出并实现了一种基于时差法和温度补偿算法的高精度超声波液体流量计。流量计以ARM为内核的STM32F103主控芯片为控制计算中心,并且采用高精度低功耗时间数字转换器计时芯片... 为提高超声波流量计的精度,在传统时差法流量测量理论的基础上,提出并实现了一种基于时差法和温度补偿算法的高精度超声波液体流量计。流量计以ARM为内核的STM32F103主控芯片为控制计算中心,并且采用高精度低功耗时间数字转换器计时芯片TDC-GP22进行超声波传输时间的测量。并在传统的查表法温度补偿的基础上,提出了基于流速分段补偿的最小二乘曲面拟合算法,该算法基于温度和流速的关系拟合得到曲面模型,对瞬时流量进行补偿。实验结果表明,与查表法相比,在小流量区最小二乘曲面拟合算法的测量精度更高,其误差小于±2%,温度补偿效果更稳定。 展开更多
关键词 超声波流量计 时差法 TDC-GP22 最小二乘曲面拟合
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基于小波阈值算法的气体超声波流量计信号预处理
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作者 戈文祺 张坤 刘财智 《计量学报》 CSCD 北大核心 2024年第10期1502-1511,共10页
气体超声波流量计超声信号在气体中传播时,存在易受到各种噪声的干扰,能量衰减严重、回波信号幅值弱、信噪比低等问题,为准确采集气体超声波流量计回波信号,在传统阈值滤波算法基础上提出了一种改进小波阈值算法,对气体超声波流量计信... 气体超声波流量计超声信号在气体中传播时,存在易受到各种噪声的干扰,能量衰减严重、回波信号幅值弱、信噪比低等问题,为准确采集气体超声波流量计回波信号,在传统阈值滤波算法基础上提出了一种改进小波阈值算法,对气体超声波流量计信号进行预处理;将改进小波阈值算法与传统阈值算法进行仿真对比分析,并用FPGA实现对采集超声波信号的6层Coif5小波滤波处理。经仿真与实验对比表明:在不改变超声波信号的特征波基础上,使用改进阈值滤波算法对超声波回波信号降噪处理后,均方根误差为0.0014,信噪比达到了88.3290 dB,该方法提高了超声波流量计的采集质量,实现了良好的降噪效果。 展开更多
关键词 气体超声波流量计 回波信号 信号预处理 改进小波阈值算法
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反射装置对超声波流量计水流特性影响的研究 被引量:33
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作者 刘永辉 杜广生 +2 位作者 陶莉莉 姜志成 沈芳 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期1183-1188,共6页
时差式超声波流量计加装超声波反射装置后对其基表内水流特性影响很大,研究采用标准k-ε模型,计算了采用不同的超声波反射装置和不同的通道结构时,过流通道内的各声路K系数值及标准差值;研究了超声波反射片与管壁间隙的大小对过流通道... 时差式超声波流量计加装超声波反射装置后对其基表内水流特性影响很大,研究采用标准k-ε模型,计算了采用不同的超声波反射装置和不同的通道结构时,过流通道内的各声路K系数值及标准差值;研究了超声波反射片与管壁间隙的大小对过流通道内水流特性的影响,得到了间隙值与K系数及其标准差值的关系;研究了超声波反射片在中心轴线上的距离对过流通道内水流特性的影响,得到了反射片轴向距离改变与K系数及其标准差的关系;研究了一种新型的渐缩通道结构对超声波流量计过流通道内水流特性的影响。最后,在综合计算结果分析得到最优声道的基础上,计算了该声道不同流量点下的水流特性,给出了K系数分布曲线。 展开更多
关键词 超声波流量计 数值模拟 间隙 轴距 渐缩通道
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超声波流量计的高精度测量技术 被引量:60
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作者 李广峰 刘昉 高勇 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期644-647,共4页
本文研究了时差法超声波流量计传播时间的测量技术 ,采用高性能的复杂可编程逻辑器件 (CPL D)代替分立器件 ,以提高系统的稳定性和可靠性 ;利用超声波信号的自动增益控制 (AGC)和复杂的逻辑控制实现信号的精确测量 ;利用逻辑分析实现倍... 本文研究了时差法超声波流量计传播时间的测量技术 ,采用高性能的复杂可编程逻辑器件 (CPL D)代替分立器件 ,以提高系统的稳定性和可靠性 ;利用超声波信号的自动增益控制 (AGC)和复杂的逻辑控制实现信号的精确测量 ;利用逻辑分析实现倍频 ,使计数器的计数频率达到 16 0 MHz;通过软件和硬件方法实现传播时间范围控制和可靠性检验。实验结果表明 ,超声波传播时间误差在 7纳秒以内 ,达到了设计要求。 展开更多
关键词 超声波流量计 传播时间 自动增益控制 计数器
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结构参数对超声波流量计水流特性影响的研究 被引量:18
6
作者 李冬 孙建亭 +1 位作者 杜广生 雷丽 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期945-951,共7页
超声波流量计应用于小管径时,在基表内部加装反射装置,延长声程,提高测量精度。反射装置对超声波流量计基表内水流特性影响较大,为了优化表内水流特性,本文针对U型反射的特点提出两种改进措施:反射柱上部削平部分和在此基础上加装导流... 超声波流量计应用于小管径时,在基表内部加装反射装置,延长声程,提高测量精度。反射装置对超声波流量计基表内水流特性影响较大,为了优化表内水流特性,本文针对U型反射的特点提出两种改进措施:反射柱上部削平部分和在此基础上加装导流片。利用SST K-ω模型,对3种基表内水流特性进行数值模拟,分析3种基表内流场分布、声道流速稳定性和压力损失。结果表明,反射柱上部削平部分没有改善流场分布,而在此基础上加装导流片流场明显得到改善,同时两者均增加了声道流速稳定性和减小了压力损失,但后者效果更为显著。 展开更多
关键词 超声波流量计 流场分布 流速稳定性 压力损失
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时差法超声波流量计的研究 被引量:64
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作者 李广峰 刘昉 高勇 《电测与仪表》 北大核心 2000年第9期13-19,共7页
研究了时差法超声波流量计的测量原理及多声路测量原理,分析了实现高精度测量的设计方法;介绍了流量计系统的硬件组成原理和实现方法,以及软件功能和软件流程设计;采用高性能的复杂可编程逻辑器件(CPLD)代替分立器件实现高精度计... 研究了时差法超声波流量计的测量原理及多声路测量原理,分析了实现高精度测量的设计方法;介绍了流量计系统的硬件组成原理和实现方法,以及软件功能和软件流程设计;采用高性能的复杂可编程逻辑器件(CPLD)代替分立器件实现高精度计时和复杂的逻辑控制,以提高系统的稳定性和可靠性;利用超声波信号的自动增益控制(AGC)和逻辑分析实现高精度测量;通过软件和硬件方法实现传播时间范围控制和可靠性检验。实验结果及精度分析表明,本文研制的超声波流量计达到了设计要求。 展开更多
关键词 超声波流量计 自动增益控制 信号检测 时差法
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基于气体超声波流量计的间歇激励和信号处理 被引量:12
8
作者 田雷 徐科军 +3 位作者 沈子文 李剑波 穆立彬 刘博 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2017年第11期1774-1781,共8页
为了提高气体超声波流量计系统的响应速度,提出一种新的基于相邻峰值最大差值的气体超声流量计信号处理方法。为了进一步提高该信号处理方法的测量精度,又提出一种新的间歇式激励方法。采用间歇式激励方法能得到相邻峰值差值较大的回波... 为了提高气体超声波流量计系统的响应速度,提出一种新的基于相邻峰值最大差值的气体超声流量计信号处理方法。为了进一步提高该信号处理方法的测量精度,又提出一种新的间歇式激励方法。采用间歇式激励方法能得到相邻峰值差值较大的回波信号,并且在不同流量下,相邻峰值最大差值的相对位置始终保持不变。在实际测量中,通过回波信号中相邻峰值最大差值的位置,确定回波信号的到达时刻,进而计算出超声波传播时间,得到气体流量。将间歇式激励方法和基于相邻峰值最大差值的信号处理方法在硬件系统上进行实时实现,并进行标定实验,结果验证了激励方法配合信号处理方法的高效性。 展开更多
关键词 气体超声波流量计 间歇式激励 相邻峰值差值 信号处理
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超声波流量计的测流原理及其应用研究 被引量:27
9
作者 阮芬 马树升 +1 位作者 白清俊 樊铭京 《山东农业大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2006年第1期99-104,共6页
本文阐述了超声波流量计常用的时差法、多普勒法的测流原理,以及超声波流量计的分类。通过实际测流应用并与流速仪所测的流量结果做了对比分析,得出超声波流量计无论在测流准确度还是在测流精度上都比其它的测流设备高,而且具有其它测... 本文阐述了超声波流量计常用的时差法、多普勒法的测流原理,以及超声波流量计的分类。通过实际测流应用并与流速仪所测的流量结果做了对比分析,得出超声波流量计无论在测流准确度还是在测流精度上都比其它的测流设备高,而且具有其它测流设备所不具备的实时在线和数据远传的优越性能。 展开更多
关键词 超声波流量计 时差法 多普勒 测流
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基于Kalman滤波的气体超声波流量计融合方法 被引量:8
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作者 刘博 徐科军 +3 位作者 穆立彬 田雷 沈子文 李剑波 《计量学报》 CSCD 北大核心 2018年第6期868-873,共6页
针对气体超声波流量计中多个声道获得的多个流量结果如何融合的问题,提出了基于Kalman滤波的融合方法。把多声道气体超声波流量计看成是若干个单声道流量计的组合,根据每个声道计算结果的统计规律,自动地调整每个声道的流量结果在最终... 针对气体超声波流量计中多个声道获得的多个流量结果如何融合的问题,提出了基于Kalman滤波的融合方法。把多声道气体超声波流量计看成是若干个单声道流量计的组合,根据每个声道计算结果的统计规律,自动地调整每个声道的流量结果在最终输出中的权重系数,在消耗较小的计算资源情况下,实现对流量结果中异常值的判断和处理,使流量输出更加稳定。在以DSP和FPGA为核心的气体超声流量计信号处理系统上实时实现算法,并进行实流实验。实验结果验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 计量学 气体超声波流量计 KALMAN滤波 融合方法 多声道 数字信号处理
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超声波流量计测试大型低扬程泵站流量的模型试验 被引量:18
11
作者 周济人 杨华 +1 位作者 成立 汤方平 《排灌机械》 EI 2009年第1期51-54,共4页
针对大型低扬程泵站进水流道断面形状及流态变化复杂,难以选择时差式超声波流量计测流断面的实际情况,提出可通过对进水流道进行数值模拟来确定并优化超声波流量计换能器的安装位置,并对换能器的安装对数进行优化.结合南水北调东线工程... 针对大型低扬程泵站进水流道断面形状及流态变化复杂,难以选择时差式超声波流量计测流断面的实际情况,提出可通过对进水流道进行数值模拟来确定并优化超声波流量计换能器的安装位置,并对换能器的安装对数进行优化.结合南水北调东线工程宝应泵站水泵装置模型试验,对两款时差式超声波流量计与高精度水力机械试验台流量测试设备进行了对比测试.结果表明,两款流量计最大相对误差分别为1.60%和0.39%,均具有较高的测试精度,稳定性也较好,能满足泵站现场测试的精度要求. 展开更多
关键词 低扬程泵站 水泵 超声波流量计 流量 测试
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基于双阈值比较法超声波流量计信号处理 被引量:54
12
作者 陈洁 余诗诗 +1 位作者 李斌 樊辰阳 《电子测量与仪器学报》 CSCD 2013年第11期1024-1033,共10页
选择时差法超声波流量计为研究对象,以其包络超声波信号为基础研究信号处理方法,进一步提高时差法超声波流量计的测量精准度和稳定度。针对超声波流量计信号的特点,提出了双阈值法,利用此方法进行信号畸形与否的判断,再在良好的信号基... 选择时差法超声波流量计为研究对象,以其包络超声波信号为基础研究信号处理方法,进一步提高时差法超声波流量计的测量精准度和稳定度。针对超声波流量计信号的特点,提出了双阈值法,利用此方法进行信号畸形与否的判断,再在良好的信号基础上进行流速流量计算。利用双阈值进行5个时间点的采集,同时采集过高阈值的脉冲个数,通过这些条件进行信号判断,满足指定条件的将再此基础上,按照指定的标准进行流速流量计算。实验验证证明该方法提高了流量计的测量精度和稳定度。 展开更多
关键词 时差法超声波流量计 信号处理 双阈值法
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超声波流量计高分辨率A/D转换电路设计与实现 被引量:7
13
作者 张兴红 张慧 +2 位作者 王先全 冯济琴 王生宝 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2011年第2期22-25,共4页
针对高精度时差法超声波流量计的时间差信号采集问题,采用一款双通道12位低功耗单片CMOS模拟数字转换器ADC12DL040芯片设计并实现了超声波流量计ns级时间差的高分辨率数据采集,给出了A/D芯片外围引脚电路设计,软件流程图和关键代码,实现... 针对高精度时差法超声波流量计的时间差信号采集问题,采用一款双通道12位低功耗单片CMOS模拟数字转换器ADC12DL040芯片设计并实现了超声波流量计ns级时间差的高分辨率数据采集,给出了A/D芯片外围引脚电路设计,软件流程图和关键代码,实现了400 kHz输入频率,8 MHz采样频率的超声波时间差高分辨率实时采样。 展开更多
关键词 超声波流量计 时差法 A/D转换 数据采集 高分辨率
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基于CPLD的超声波流量计系统的研制 被引量:7
14
作者 杨媛 高勇 +1 位作者 李福德 李广峰 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期583-584,587,共3页
近年来 ,超声波作为一项较新的技术应用越来越广泛。本文采用复杂可编程逻辑器件 CPL D研制出一种用时差法来测量流量等数据的高精度超声波流量计系统 ,实验证明其工作稳定 ,精度高。
关键词 CPLD 复杂可编程逻辑器件 超声波流量计 研制
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稳态背景流场下超声波流量计内瞬态声场分析 被引量:9
15
作者 李冬 耿介 +1 位作者 杜广生 刘正刚 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2017年第11期1802-1808,共7页
采用Runge-Kutta间断有限元(RKDG)方法对一款Z型超声波水表进行三维数值模拟,计算过程分为流场计算和声场计算两个部分。采用标准k-ε模型获得超声传播的稳态背景流场。对声学变量作线性化假设,从欧拉方程、连续性方程和状态方程中获得... 采用Runge-Kutta间断有限元(RKDG)方法对一款Z型超声波水表进行三维数值模拟,计算过程分为流场计算和声场计算两个部分。采用标准k-ε模型获得超声传播的稳态背景流场。对声学变量作线性化假设,从欧拉方程、连续性方程和状态方程中获得绝热状态下声传播的控制方程。在发射换能器的端面定义法向速度边界条件,以图形化的形式展现超声波在顺流情况下的传播过程。切换发射和接收换能器的相对位置,重新计算得到声波逆流传播时相应接收换能器端面的平均声压分布。对比顺、逆流情况下换能器端面平均声压分布,通过曲线拟合得到的传播时差值要小于实验得到的时差值。该方法为模拟声波在复杂结构和流动中传播提供可能性。 展开更多
关键词 超声波流量计 间断有限元 时差 声传播
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超声波流量计中反射装置的声-固耦合分析 被引量:16
16
作者 李冬 苑修乐 +1 位作者 杜广生 雷丽 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1945-1952,共8页
对超声波流量计中的反射装置进行有限元模拟计算,利用声-固耦合的方法将流体域内的声压和固体域中的结构变形联系起来。在流体域内求解Helmholtz方程,得到的声压作用于固体表面使得超声波反射装置受到载荷,而结构变形在固体边界的法向... 对超声波流量计中的反射装置进行有限元模拟计算,利用声-固耦合的方法将流体域内的声压和固体域中的结构变形联系起来。在流体域内求解Helmholtz方程,得到的声压作用于固体表面使得超声波反射装置受到载荷,而结构变形在固体边界的法向上产生结构化加速度。选取一款超声波流量计的反射装置并将其置于无限大空间中,通过一个球体对计算区域进行分割得到有限元计算区域,将超声波换能器简化为垂直入射计算区域的平面波。通过对硬边界、铝材料和不锈钢的模拟结果进行对比,分析3种情况下超声波传播过程中3条路径上的声压级变化,得出固体域的结构变形对超声波传播过程中声压分布产生影响;不锈钢材料宜作为反射装置的材料。 展开更多
关键词 超声波流量计 声-固耦合 结构变形
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高精度超声波流量计的设计 被引量:9
17
作者 王彦芳 王小平 +1 位作者 张翠肖 井海明 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2006年第8期40-42,共3页
设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的非介入式高精度超声波流量计,利用FPGA的可编程特性、很高的工作频率及丰富的内部资源设计了包括高速计数器在内的数字信号处理模块,提高了系统的可靠性及测量精度。实验结果表明:超声波流量计... 设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的非介入式高精度超声波流量计,利用FPGA的可编程特性、很高的工作频率及丰富的内部资源设计了包括高速计数器在内的数字信号处理模块,提高了系统的可靠性及测量精度。实验结果表明:超声波流量计测量精度完全达到了设计要求。 展开更多
关键词 现场可编程门阵列 超声波流量计 测量 微处理器
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基于数字仪器的超声波流量计研究平台设计及实现 被引量:11
18
作者 牛跃华 彭黎辉 +1 位作者 张宝芬 杉時夫 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期2024-2028,共5页
本文利用实验室常备数字仪器结合虚拟仪器技术,设计并实现了超声波流量计研究平台。该系统由运行于上位机的应用程序控制Agilent 33220A数字信号发生器激励压电陶瓷传感器发射超声波,并控制Agilent DSO6012A数字示波器采集和存储超声波... 本文利用实验室常备数字仪器结合虚拟仪器技术,设计并实现了超声波流量计研究平台。该系统由运行于上位机的应用程序控制Agilent 33220A数字信号发生器激励压电陶瓷传感器发射超声波,并控制Agilent DSO6012A数字示波器采集和存储超声波传感器接收到的信号,将其传送至上位机,然后调用MATLAB程序完成超声波信号处理及时差计算,进而求得被测流量。该平台为更高效地研究和开发新型超声波流量计提供了条件。 展开更多
关键词 虚拟仪器 LABVIEW 超声波流量计 时差
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基于CFD的超声波流量计最优声道位置研究 被引量:33
19
作者 贺胜 彭黎辉 仲里敏 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期852-856,共5页
时差法超声波流量计圆形管道内不同声道位置上流体平均流速与管道截面平均流速的关系已被广泛研究,但是对于非圆形测量管体尚缺乏相应报道。本文针对某种方形管道,采用计算流体动力学(CFD)方法获得管道内的流场分布,进而通过数值计算得... 时差法超声波流量计圆形管道内不同声道位置上流体平均流速与管道截面平均流速的关系已被广泛研究,但是对于非圆形测量管体尚缺乏相应报道。本文针对某种方形管道,采用计算流体动力学(CFD)方法获得管道内的流场分布,进而通过数值计算得到时差法超声波流量计不同声道上K系数(即超声波传播路径上流体平均流速与管道截面流体平均流速之比)随雷诺数的变化关系,并选取K系数随雷诺数变化最小的声道作为最优声道,研究结果有利于简化流量补偿计算。 展开更多
关键词 超声波流量计 时差 CFD 声道
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新型高精度超声波流量计的设计 被引量:6
20
作者 宁晨 顾宇 +1 位作者 周康源 陈昕 《声学技术》 CSCD 2003年第4期251-254,261,共5页
文章报导了一种新型高精度超声波流量计的系统设计。利用传统流量计的原理,结合目前先进的可偏程逻辑器件(CPLD)设计和高频电路设计技术,针对高精度、宽量程的要求,设计出具有数字自动增益控制(AGC)系统、自动纠错系统、高频计数系统的... 文章报导了一种新型高精度超声波流量计的系统设计。利用传统流量计的原理,结合目前先进的可偏程逻辑器件(CPLD)设计和高频电路设计技术,针对高精度、宽量程的要求,设计出具有数字自动增益控制(AGC)系统、自动纠错系统、高频计数系统的新型超声波流量计,它具有主从处理器并行工作结构和多种输出方式,可为多种工业输出标准提供接口。文章给出了该系统在实验室和工业环境中测试的结果。 展开更多
关键词 超声波流量计 可偏程逻辑器件 高频电路设计 自动增益控制 自动纠错控制 高频计数 逆流发射 雷诺数
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