基于时差法的单声道气体超声波流量计的研究

【摘要】超声波信号在流体中传播时,流体的流速会对超声波信号进行调制,通过检测超声波信号,建立数学模型,推导出流体的流速,从而实现流体流量的测量。超声波流量计具有高精度、测量无压损、维护方便、非接触、适用于大口径管道测量等优点,随着天然气在能源体系中占的比例越来越大,超声波气体流量计具有广阔的应用前景。我国研究超声波流量计起步较晚,国内气体超声波流量计产品非常少,并且在测量精度和稳定性等方面和国际上产品相比存在较大的差距。通过广泛查询国内外超声波气体流量测量的文献,发现几乎所有的测量方案都是采用时差法的测量原理,而在计时方案上大部分采用脉冲计数或者互相关运算的方法。互相关运算的计时方案需要设计高速采样电路并且计算复杂；大部分脉冲计数的方案需要高频率的时钟基准信号和设计硬件或者软件来判断超声波接收信号的到达时刻。本文设计了基于时差法和TDC-GP21测量芯片的超声波气体流量计,TDC-GP21(时间数字转换器)芯片内部集成了电压比较器,并且时间的测量直接由芯片完成,简化了电路设计。本文主要研究了以下几方面的问题：设计了超声波激发电路以及超声波接收信号放大滤波电路,经过实验验证,所设计的激发电路能够有效地激发气体超声波探头,超声波接收信号放大滤波电路能够有效地放大微弱的超声波接收信号。在相同的条件下,通过对比不同型号超声波探头的超声波接收信号波形,选择了合适的适用于气体测量的超声波探头。分别利用不同个数激发波去激发超声波探头,对比不同情况下的超声波接收信号波形和静态测量数据,探索了不同个数激发波对测量的影响；对探头信号线的不同接法进行了时间差测量实验,选出了最佳探头接线方式。利用设计的测量系统以空气为介质开展了不同流量下的实流测量,并分析和处理了实验结果,对系统的误差来源进行了分析。
【作者】危鄂元；
【导师】张宏建；周洪亮；
【作者基本信息】浙江大学，控制科学与工程，2014，硕士
【关键词】超声波气体流量计；时差法；超声波探头；TDC-GP21；实验研究；

【参考文献】
[1]金晶.个体差异与高中生英语成绩的相关性研究[D].华中师范大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[2]邱长春,薛超英,刘海波.一种基于障碍约束的空间数据聚类方法[J].计算机工程与应用,2003,31:186-187+204.
[3]曾上.解析风险管理中的信息瓶颈[J].农村金融研究,2004,06:35-37.
[4]于海龙.基于工作流技术的职业院校教务管理系统设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2014,硕士.
[5]丁然.西安市城乡建设用地动态变化特征及影响因素分析[D].西北大学,人文地理学,2014,硕士.
[6]贾晓菲.基于散粒噪声的纳米尺度MOSFET载流子相关性分析[D].西安电子科技大学,电子通信与工程,2012,硕士.
[7]徐胜杰.基于云模型的轧辊分段冷却控制方法的研究[D].燕山大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[8]赵新霞.以社会主义核心价值体系引领高校思想政治教育对策分析[D].吉林大学,思想政治教育,2014,硕士.
[9]刘莉莉.英语学习词典释义状况研究[D].鲁东大学,汉语言文字学,2013,硕士.
[10]程银锋.基于金属纳米粒子和金属氧化物纳米粒子构建的电致化学发光免疫传感器的研究[D].西南大学,2013.
[11]刘衍民,隋常玲,赵庆祯.基于K-均值聚类的动态多种群粒子群算法及其应用[J].控制与决策,2011,07:1019-1025.
[12]赵玉珍,许克毅.关于研究生教育收费改革的思考[J].中国高教研究.2003(11)
[13]刘舟.不良视频检测系统的设计与实现[D].华中科技大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[14]陈怡雯.张南华案的法律分析[D].兰州大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[15]李昊迪.语义相似度的混合计算方法[D].哈尔滨工业大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[16]张叶霞.钌催化烯烃复分解反应催化剂的合成和铑催化的交叉偶联反应的研究[D].天津大学,有机化学,2013,硕士.
[17]黄力,黄安平,郑晓虎,肖志松,王玫.高k介质在新型半导体器件中的应用[J].物理学报,2012,13:473-480.
[18]曾德新.空肠弯曲菌致GBS动物模型的建立及模式动物体内与GBS相关基因的挖掘[D].扬州大学,微生物学,2012,硕士.
[19]王琼琼.Caspase抑制剂F1013的临床前毒代动力学及其排泄、代谢研究[D].武汉科技大学,劳动卫生与环境卫生学,2012,硕士.
[20]阮涛.压缩感知遥感图像融合及分类方法研究[D].西安电子科技大学,电路与系统,2012,硕士.
[21]马晓雪.离子液体热力学性质的半经验估算及实验测定[D].辽宁大学,物理化学,2012,硕士.
[22]胡春园.弄岗自然保护区植物群落分类及环境解释[D].湖北大学,自然地理,2012,硕士.
[23]尹文波.大学生网络媒介素养及其培育问题研究[D].华中师范大学,思想政治教育,2014,硕士.
[24]李海方.国内外非常规油气勘探对大庆外围盆地的启示[D].浙江大学,地质学,2012,硕士.
[25]边红科.TKL公司营销策略分析[D].西南交通大学,工商管理,2012,硕士.
[26]纪文旭,吴迪,杨蓉,丁维平,彭路明.MoO_3纳米带/RGO复合材料的制备及其电化学性能研究[J].无机化学学报,2015,04:659-665.
[27]刘明月.神东电力公司工程总承包管理完善研究[D].西北大学,高级工商管理（EMBA）（专业学位）,2012,硕士.
[28]阙亚伟.水稻纹枯病菌致病性鉴定与原生质体制备及水稻抗病性鉴定[D].浙江大学,植物病理学,2012,硕士.
[29]于文超.大学生人格特质、专业承诺和时间管理倾向关系研究[D].曲阜师范大学,应用心理学,2013,硕士.
[30]邹燕.功能化石墨烯气敏特性的理论研究[D].曲阜师范大学,2011.
[31]史运宝.氧化铈基复合稀土抛光粉的合成及性能研究[D].华东理工大学,化学工程,2013,硕士.
[32]钱仕兵.用于LED照明的发光粉改性及新材料探索[D].安徽大学,材料物理与化学,2013,硕士.
[33]熊翥.一条好的地震偏移剖面从何而来[J].石油地球物理勘探,1993,01:112-119+126.
[34]官金.基于工作电流的多机床刀具失效研究[D].宁波大学,机械工程,2013,硕士.
[35]李少君.论刘文金先生《雪山魂塑》的创作、演奏特点及其艺术表现[D].天津音乐学院,音乐表演,2014,硕士.
[36]李水英.关于元认知阅读策略和英语专业学生阅读能力的相关研究[D].华中师范大学,学科教学,2014,硕士.
[37]代昌雄.晚清民国时期监利孝文化研究[D].华中师范大学,历史文献学,2014,硕士.
[38]薄悦.河北省农户农业保险投保意愿影响因素研究[D].河北经贸大学,金融学,2014,硕士.
[39]孙宇.《小企业会计准则》对小企业税收征管博弈关系的影响研究[D].厦门大学,财政学,2014,硕士.
[40]何杨.抗非酒精性脂肪肝水飞蓟宾PLGA微球的研究[D].北京中医药大学,中药制药学,2013,硕士.
[41]李国栋.当代服装的小众化设计趋势研究[D].长春工业大学,设计艺术学,2013,硕士.
[42]贾晖.基于Linux平台的增强安全型Web Server系统的开发[D].华北电力大学（北京）,计算机应用技术,2003,硕士.
[43]张巧玲.美国大学本科生学术支援研究[D].湖南大学,教育学,2013,硕士.
[44]巩金龙.负载型MoO_3催化草酸二甲酯和苯酚酯交换反应合成草酸二苯酯的研究[D].天津大学,化学工艺,2004,硕士.
[45]吕剑辉.江西省基础教育管理决策现状分析及对策研究[D].江西师范大学,教育管理,2003,硕士.
[46]董政.现代国家建构中国家理性的法律表达[D].吉林大学,法学理论,2014,硕士.
[47]魏震波,刘俊勇,朱觅,戴婷婷,王佳佳.基于网络数字化挖掘的电网拓扑结构辨识[J].电力系统自动化,2011,04:12-17.
[48]夏蕾.基于数据仓库技术的医疗质量信息利用研究[D].第四军医大学,2005.
[49]吕文超.基于超声导波的管道缺陷检测的研究[D].华东理工大学,动力机械及工程,2014,硕士.
[50]朱晓琳.无处分权财产出资的法律问题研究[D].北京化工大学,民商法学,2013,硕士.