基于回波峰值的气体超声流量计频率跟踪方法

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作者 徐铖 赵伟国 +1 位作者 章圣意 潘旭东 《传感技术学报》 北大核心 2025年第3期451-457,共7页

气体超声流量计由于工况环境复杂,致使超声换能器无法工作在最佳状态,造成其回波信号弱、衰减严重等问题,进而影响气体超声流量计整机性能。针对此问题,分析了超声换能器阻抗与谐振点的特性,提出了一种基于回波峰值的超声换能器频率跟... 气体超声流量计由于工况环境复杂,致使超声换能器无法工作在最佳状态,造成其回波信号弱、衰减严重等问题,进而影响气体超声流量计整机性能。针对此问题,分析了超声换能器阻抗与谐振点的特性,提出了一种基于回波峰值的超声换能器频率跟踪方法。该方法在回波峰值与频率的关系基础上,采用频率特征点建立数学模型并计算最佳起始频率,然后根据模型的反正切函数作为步长改变因子进行频率跟踪,最终获得最佳激励频率。实验结果表明气体超声流量计的最佳频率跟踪准确且快速,可有效提高气体超声流量计在复杂工况下的计量性能。 展开更多

关键词 超声换能器 气体超声流量计 回波峰值 起始频率 变步长

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一种平衡孔板主要结构参数设计计算方法

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作者 陈殷婕 林天齐 +5 位作者 董双双 杨诗涵 林子遗 杨威 李国占 张洪军 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2024年第8期218-226,共9页

针对多孔平衡孔板的设计需求,提出了一种结构参数设计计算的总体思路,并以含有中心孔和一圈函数孔的平衡孔板为例,详细阐述了具体设计方法和算例。首先,计算并确定孔板的壁厚和倒角;其次,根据永久压损比与等效开孔直径比(Δω/ΔP-β)... 针对多孔平衡孔板的设计需求,提出了一种结构参数设计计算的总体思路,并以含有中心孔和一圈函数孔的平衡孔板为例,详细阐述了具体设计方法和算例。首先,计算并确定孔板的壁厚和倒角;其次,根据永久压损比与等效开孔直径比(Δω/ΔP-β)的关系,以及压损系数与等效开孔直径比(ζ-β)的关系,通过迭代计算确定β数值;接着,基于管道直径计算确定圆心圆直径Db和平衡孔数量N;然后,根据等效开孔直径比的定义式和补充几何关系式,建立了关于中心孔直径d0和平衡孔直径db的方程组,并成功求解出d0和db的具体数值;最后,计算流出系数C,以此评估孔板的性能。文中以一款DN250平衡孔板的结构参数计算过程为例,对方法进行了展示。实验结果显示,设计得到的流出系数和满量程差压与标定数据偏差分别在5%和10%以内,满足工程设计需要,证明了本方法的实用性。 展开更多

关键词 平衡孔板 结构参数 设计方法 算例 多孔孔板

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G2.5超声波燃气表的仿真与实验研究 被引量：3

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作者 王舒文 李中阳 +3 位作者 金文胜 陈维厅 徐晓丹 赵伟国 《声学技术》 CSCD 北大核心 2021年第4期490-495,共6页

超声波流量计在中低压燃气测量领域中,由于燃气压力小、流量变化大、流速低等因素会导致其测量精度低。针对以上问题,设计两种不同的基表结构,通过流体动力学仿真计算,获得了两种基表结构在不同流量点的流场分布,通过对超声波传播路径... 超声波流量计在中低压燃气测量领域中,由于燃气压力小、流量变化大、流速低等因素会导致其测量精度低。针对以上问题,设计两种不同的基表结构,通过流体动力学仿真计算,获得了两种基表结构在不同流量点的流场分布,通过对超声波传播路径区域的流场速度的大小和分布均匀性分析,确定更为合理的测量管路结构。最后通过设计相关实验,验证了流场仿真分析的合理性。 展开更多

关键词 时差法 测量管路模型 流场分析

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基于高精度时差法的气体超声流量计研究 被引量：5

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作者 潘旭东 赵伟国 +3 位作者 章圣意 林新霞 林恒 马也驰 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期490-496,共7页

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... 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。 展开更多

关键词 气体超声流量计 回波相似度 特征点定位 互相关法

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气体超声流量计回波信号的自适应阈值法研究 被引量：15

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作者 章涛 赵伟国 章圣意 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期1853-1857,共5页

时差法超声波流量计常采用双阈值法确定特征点,测量到达特征点时间,从而计算渡越时间。相比于单阈值法,双阈值法一定程度上提高了流量计的准确性,然而超声回波信号在传播时易受到温度、压力以及换能器特性的影响,导致双阈值法在一定工... 时差法超声波流量计常采用双阈值法确定特征点,测量到达特征点时间,从而计算渡越时间。相比于单阈值法,双阈值法一定程度上提高了流量计的准确性,然而超声回波信号在传播时易受到温度、压力以及换能器特性的影响,导致双阈值法在一定工况下特征点产生错误判断。针对此问题,提出了一种自适应的双阈值方法并设计硬件电路。该方法可在较低的采样频率下获得回波信号各个波峰幅值,实时更新第一阈值,判断特征点是否一致并进行自动补偿,从而提高渡越时间的测量精度。最终实验结果表明,与传统双阈值法相比该方法具有较好的适应性和计量特性。 展开更多

关键词 超声波流量计 自适应阈值法 回波信号处理 特征点补偿

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基于双声道的低压超声气体流量计数据融合方法 被引量：10

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作者 赵伟国 卜勤超 +2 位作者 姚海滨 章圣意 章涛 《计量学报》 CSCD 北大核心 2021年第7期873-878,共6页

针对双声道的超声流量测量计测量低压中小管径流量时,超声波信号在低压气体中衰减大、信噪比低,导致某一声道的测量数据产生较大误差或错误,从而降低超声气体流量计测量的准确性和稳定性的问题,提出了一种时差法的双声道超声流量计数据... 针对双声道的超声流量测量计测量低压中小管径流量时,超声波信号在低压气体中衰减大、信噪比低,导致某一声道的测量数据产生较大误差或错误,从而降低超声气体流量计测量的准确性和稳定性的问题,提出了一种时差法的双声道超声流量计数据融合方法。该方法首先对单一声道的时差数据进行粗大误差剔除和流量计算后,然后对数据进行预估处理获得流量状态,最后采用改进的卡尔曼融合方法计算管道内的平均流量,从而实现双声道气体超声流量计的数据融合和故障的判断。实验证明该方法的测量相对误差和重复性分别为-0.58%和0.21%。 展开更多

关键词 计量学 双声道超声波流量计 时差法 卡尔曼融合 低压气体 状态预估

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基于双速度探头的微小流量热式气体流量计 被引量：8

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作者 黄超 毛谦敏 李中阳 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2019年第4期40-43,共4页

针对传统热式流量计测量微小流量精度不高的问题,基于对流换热原理,采用2个参数一致的铂热电阻获取流量信号的方法,研制了一种双速度探头热式流量计。分析了流量测量原理以及环境温度补偿,简述了铂热电阻加工工艺,拟合建立了流量测量函... 针对传统热式流量计测量微小流量精度不高的问题,基于对流换热原理,采用2个参数一致的铂热电阻获取流量信号的方法,研制了一种双速度探头热式流量计。分析了流量测量原理以及环境温度补偿,简述了铂热电阻加工工艺,拟合建立了流量测量函数关系式。流量计在音速喷嘴气体流量标准装置上实验的结果表明该方法可实现对微小流量的测量。 展开更多

关键词 双速度探头 对流换热 热式气体流量计 微小流量计量 环境温度补偿

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气体涡轮流量计后导流体结构优化设计 被引量：6

8

作者 邵家存 严微微 +1 位作者 林景殿 章圣意 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期46-53,共8页

通过数值模拟和实验测试相结合的方法,研究了LWQ80气体涡轮流量计后导流体的结构优化及其计量性能的变化规律。基于流量计内部流场特征及其流动机理的探究,分析得出造成后导流体压损的主要原因是后导流体区域的壁面边界层分离和流体流... 通过数值模拟和实验测试相结合的方法,研究了LWQ80气体涡轮流量计后导流体的结构优化及其计量性能的变化规律。基于流量计内部流场特征及其流动机理的探究,分析得出造成后导流体压损的主要原因是后导流体区域的壁面边界层分离和流体流向偏转。由此提出了缩小分离区和提升导流片导流效果的优化思路,通过延长后导流体的长度和延后导流片的位置,设计了一种改进型的后导流体结构。研究结果表明:后导流体结构经过改进后,气体涡轮流量计的计量性能得到了明显提升。在流量为250 m^(3)/h时流量计的压损降低了20.5%左右,仪表系数的恒定性显著提高,最大示值误差降低了近2.5倍,且能有效延长流量计的使用寿命。研究结果有助于为气体涡轮流量计的结构与性能优化提供理论指导和技术支持。 展开更多

关键词 涡轮流量计 后导流体 数值模拟 压损 示值误差

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基于回波信号相似度的气体超声流量计动态阈值法研究 被引量：6

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作者 马也驰 赵伟国 章圣意 《计量学报》 CSCD 北大核心 2022年第4期482-488,共7页

基于双阈值法的气体超声流量计采用第1阈值检测和过零检测确定回波的到达时刻点,然而由于回波波形易受工况环境因素的影响,会导致第1阈值错误,使回波到达时刻点发生错误偏移,影响测量精度,因此提出了一种基于回波信号相似度的动态阈值... 基于双阈值法的气体超声流量计采用第1阈值检测和过零检测确定回波的到达时刻点,然而由于回波波形易受工况环境因素的影响,会导致第1阈值错误,使回波到达时刻点发生错误偏移,影响测量精度,因此提出了一种基于回波信号相似度的动态阈值法。该方法获取回波信号极大值幅值后,计算设定工况和实际工况下回波信号上升区域部分的欧式距离以评估相似度,进而根据最大相似度确定阈值电压,实现阈值的动态调整,以确保回波信号到达时刻点的准确定位,实现飞行时间的准确测量。实验结果表明,该方法在不同工况环境下具有良好的适应性,样机的测量误差优于1%,重复性优于0.2%。 展开更多

关键词 计量学 气体超声流量计 动态阈值法 回波相似度 第1阈值检测

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气体涡轮流量计结构改进与性能优化研究 被引量：4

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作者 万观军 严微微 +3 位作者 邵家存 姚海滨 林景殿 章圣意 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1337-1343,共7页

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... 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。 展开更多

关键词 气体涡轮流量计 结构优化 CFD 压力损失 仪表系数 最大示值误差

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气体涡轮流量计性能优化的模拟与实验研究 被引量：4

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作者 王智威 严微微 +2 位作者 肖云巩 林景殿 章圣意 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期28-34,共7页

以TRZ80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,提出了前整流器和后导流体的结构优化方案。通过对结构优化前后流量内部流场特征的分析,揭示了流量计结构与性能优化背后确切的流体力学机制。研究结果表明:前整... 以TRZ80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,提出了前整流器和后导流体的结构优化方案。通过对结构优化前后流量内部流场特征的分析,揭示了流量计结构与性能优化背后确切的流体力学机制。研究结果表明:前整流器和后导流体区域的压降突变与后导流体尾部的涡旋结构和回流现象是影响流量计计量性能的主要机制。优化的流量计结构可以明显减弱压降突变、涡旋结构与回流现象。优化的流量计结构既可以显著降低流量计的压力损失,又可以明显提高流量计的测量精度与稳定性,其压力损失和线性度误差分别降低了约48.58%和32.43%。研究结果有助于为今后开发与量产计量性能更好的气体涡轮流量计提供理论指导和技术支持。 展开更多

关键词 气体涡轮流量计 压力损失 线性度误差 计量性能

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大量程气体流量传感器的仿真与设计 被引量：4

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作者 赵伟国 徐晓丹 章圣意 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期973-978,共6页

基于热传递原理,设计了一种大量程气体流量传感器。采用FLUENT进行结构的仿真,结合权重法确定传感器的最优结构模型。研究了传感元件的温度特性,确定了传感器的工作状态。设计了传感电路,对传感器进行了自动温度补偿。测量中采用两种不... 基于热传递原理,设计了一种大量程气体流量传感器。采用FLUENT进行结构的仿真,结合权重法确定传感器的最优结构模型。研究了传感元件的温度特性,确定了传感器的工作状态。设计了传感电路,对传感器进行了自动温度补偿。测量中采用两种不同的测量原理,使传感器能够检测微小流量和中、大流量,提高了传感器的测量范围。实验结果表明该传感器测量流量量程为0.14m^3/h^130m^3/h,测量误差优于1.5%。 展开更多

关键词 大量程流量测量 流场仿真 气体流量传感器 温度自动补偿

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平衡孔板孔数和分布研究 被引量：2

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作者 董双双 林天齐 +2 位作者 林子遗 李国占 张洪军 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2022年第5期196-203,共8页

采用数值模拟方法研究平衡孔板平衡孔数量和圆心圆直径的最佳取值。以管径D=100 mm、等效开孔直径比β=0.6工况为例,介绍了获得最佳平衡孔数量和圆心圆直径比的方法和过程。取定圆心圆直径比情况下(K=0.67),对比不同平衡孔数量时流出系... 采用数值模拟方法研究平衡孔板平衡孔数量和圆心圆直径的最佳取值。以管径D=100 mm、等效开孔直径比β=0.6工况为例,介绍了获得最佳平衡孔数量和圆心圆直径比的方法和过程。取定圆心圆直径比情况下(K=0.67),对比不同平衡孔数量时流出系数、压力损失和动量差等指标,得到最佳开孔数量为N=10;取定平衡孔数量情况下(N=10),对比不同圆心圆直径比时上述评判指标,得到最佳圆心圆直径比为K=0.67。文中给出了DN50~DN1000五种管道规格和6个等效开孔直径比各种工况组合的最佳结构参数,平衡孔最佳开孔数量为8或10个,最佳圆心圆直径比K的取值在0.64~0.73之间(多数情况下取值在0.66~0.70之间)。文中提出了动量差概念用于进行平衡孔性能的评判,对比结果表明,以动量差ΔM达到最小值作为某个结构参数取得最佳的辅助依据是可行的。研究结果对于平衡孔板结构设计具有参考价值。 展开更多

关键词 平衡孔板 数值模拟 动量差 流出系数 压力损失系数

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气体涡轮流量计结构优化研究 被引量：2

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作者 李旭阳 万观军 +2 位作者 严微微 林景殿 章圣意 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期41-48,共8页

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... 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。 展开更多

关键词 气体涡轮流量计 结构优化 计量性能

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超声换能器动态性能一致性评估方法 被引量：2

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作者 王舒文 章圣意 +3 位作者 林新霞 林恒 卜勤超 赵伟国 《中国测试》 CAS 北大核心 2023年第7期118-124,共7页

超声换能器是超声流量计中的核心传感器件,其动态性能决定超声流量计的计量准确性。针对此问题,提出一种超声换能器动态性能测试方法,并对一致性进行评估。该方法通过高斯模型和人工鱼群算法实现回波信号特征参数的最优估计,建立超声换... 超声换能器是超声流量计中的核心传感器件,其动态性能决定超声流量计的计量准确性。针对此问题,提出一种超声换能器动态性能测试方法,并对一致性进行评估。该方法通过高斯模型和人工鱼群算法实现回波信号特征参数的最优估计,建立超声换能器的动态回波模型,并根据各超声换能器之间的回波特征参数计算欧氏距离,实现超声换能器的一致性评估。流量实验结果表明,当超声换能器的欧氏距离减小时,零流量读数小于±0.012 m/s,小流量的重复性优于0.2%,验证评估方法的可行性。 展开更多

关键词 超声换能器 动态性能 一致性评估 流量测量

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