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。     

单弯管下游超声流量计的安装和测量性能研究

对大管径多声道超声流量计在单弯管下游流场中的安装和测量性能进行了数值仿真研究,分析了超声流量计在0.1 m、1 m和10 m口径下不同流速、声道数、旋转角以及前直管段长度时测量误差的变化规律。仿真结果表明,交叉声道布置形式对弯管产生的二次流所引入的横向测量误差有很好地抑制作用;对于大口径弯管下游流量测量,采用交叉4声道且将超声流量计安装在弯管下游5D位置可以获得1%的精度,且随着声道数的增多测量误差有减小的趋势;相同雷诺数时的测量误差基本相同。研究结果可为大管径多声道超声流量计的实际安装和使用提供一定的参考。     

基于神经网络的多声道超声气体流量计研究

在以弦向声道布置的多声道超声气体流量计原理的基础上,采用Gauss-Legendre数值积分和线性神经网络相结合的方法完成自适应调整权系数的多声道超声气体流量计建模。在建模过程中,根据Legendre正交多项式的节点值,计算多声道超声换能器的位置分布值,再按照Widrow-Hoff学习规则,由leanrwh函数求解出各声道的层流流速和权系数值表,最后根据实时测量出的层流流速,通过插值算法自适应匹配一组最佳的权系数值,计算出流速和流量值。并以4声道交叉布置方式的超声气体流量计为例,进行测量误差仿真实验和物理实验,误差均能满足实际测量要求。     

基于超声波流量计的非理想流动粘黏性流体流量测量研究

针对高黏度流体在输送过程中的流动状态容易受到管道变化的影响而降低其流量测量精度的问题,提出了一种利用带遗忘因子的最小二乘法进行积分权重系数优化的方法,以改善超声波流量计测量高黏度流体复杂流型的精度。以T型管和变径管作为阻流件,应用计算流体力学软件FLUENT观察非理想流动下的流型分布,并通过搭建实验装置,分析在阻流件下游10D和20D处以及不同黏度流体下的流动情况。结果表明,相比于传统针对圆管优化的超声波流量计积分方法,该优化算法可以使测量相对误差有效控制在±1.0%范围内。研究结果有助于提高炼油企业中不同物性原油输送过程的检测精度。     

多声道超声流量计在弯管段安装的适应性研究

针对在不具备直管段安装条件时,如何合理地选取多声道超声流量计的声道数量、测量断面及安装角度,本文从数学建模、误差分析、数值计算仿真与试验分析等方面,对DN400多声道超声流量计在弯管中的适应性进行了综合研究.利用高斯-雅克比数值积分法,给出了试验数据处理与数值仿真的数学模型,并分析了模型误差及横流的影响,提出利用双断面测量可减小横流的影响,并在数值仿真和试验中得到了验证.通过对声道数量、测量断面、安装角度进行数值仿真和试验表明,安装角度对低流速测量影响显著,最佳安装角应为0°;高流速测量应选用双断面,可根据测量精度的要求选用8声道或18声道.仿真结果与试验结果得到了很好的吻合,为进一步指导试验奠定了理论基础.     

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。     

超声波气体流量计的管道模型仿真和误差分析

为满足不断发展的超声波气体流量计测量精度的需要,改进传感器的设计精度和有效降低安装测试及样机调试成本,针对制约超声波气体流量计测量精度主要误差源之一的管道流场分析问题,结合计算机建模数值仿真技术及实验技术对其流场设计参数以及弯管安装条件等对超声波测量误差产生原因进行定量分析.理论研究和仿真实验结果表明,可以量化分析气体超声波流量计流场误差产生的原因、范围,并通过限定流场修止系数更有效地降低其测量误差,这项研究对该超声波气体流量计的优化设计和工程应用具有一定的指导意义.     

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。     

含内套管的弯管流量测量装置特性研究

为对一种含内套管的弯管流量测量装置的特性进行研究,采用数值建模的计算方式,对内套管在不同安装位置下的流动状态进行数值分析,结果表明流道发生一定变化未对流量系数可靠性产生影响;运用涡轮流量计标定试验对其流动阻力与流量系数进行研究,得出了不同流量下的流量系数,并由此得出该弯管的流量系数经验公式。结论表明该特殊弯管流量测量装置性能稳定,流量系数误差小,可以满足多数工业现场流量测量要求。     

探头扰流对多声道超声波流量计测量结果影响研究

为了研究探头扰流对高精度多声道超声流量计测量结果影响的机理，基于计算流体力学数值仿真技术对超声波流量计内部三维流场进行仿真，并对探头附近流场进行分析。提出了一种用8个面的平均速度替代声道位置平均速度的数据提取方法，适用于扰流对测量结果影响的定量分析。对比未带扰流和带有扰流的仿真模型，结果表明：探头处的扰流对积分结果带来的最大误差为0.60%。用K系数修正消除系统误差后，得到因探头扰流引起的最大积分误差为0.16%。     

基于CFD的超声波流量计最优声道位置研究

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.     

多声道管段式超声波流量计

近年来,超声波流量测量技术得到了很大的发展,因其具有非接触式测量、低压损、测量范围宽等优点,已经被广泛用于石油化工等行业的流量计量,特别适用于大口径管道、非导电性流量测量。本文主要介绍了超声波流量测量原理及多声道时差法超声波流量计的结构及应用。     

弯管流量计的试验研究及其在工业上的应用前景

本文对一系列弯管流量计(包括不同管径、曲径比l/r和取压孔位置等)进行了试验研究,分析了弯管流量计的流量系数与弯管特征尺寸、相对糙度及流动雷诺数等因素的关系,具体指出了弯管流量计在工业上的应用前景。     

超声波流量计的自适应时延估计法研究及应用

在利用流量计进行流量测量时,顺逆流时间差的测量精度直接影响流量计测量精度。传统流量计多采用相关法进行时间差计算,该方法容易受到采样率和相关噪声的影响。基于此,提出了一种改进的LMS自适应时延估计,在传统的最小均方差时延估计的基础上,使用粒子群进行改进,直接利用粒子群对延迟时间进行搜索,改善了传统LMS时延估计中步长因子选择和计算量大的问题。自定义输入信号,分别在不同采样率和信号加相关噪声的情况下,对比相关法和改进的最小均方误差时延估计,结果表明,该方法不受采样率和相关噪声的影响。最后,将该方法应用在超声波流量计平台上,在不同的流速下进行测量,计算精度高,计算量小,误差不超过±1%。     

正交多声道超声波流量计原理及不确定度分析

为更好地了解Cameron正交平面多声道超声波流量计的测量原理及其在小功率提升中的作用,本文从基本测量原理出发,讨论了该流量计采用的高斯数值积分方法与其他数值积分方法的区别,分析了声道数量与位置确认的基本原理,详细地讨论了四声道与正交八声道在径向流中的影响,并引申出平整率的概念,详细地分析了平整率对于流量计自动调整仪表系数的独特优点。最后通过对质量流量不确定度及堆芯功率不确定度的分析,证明了Cameron正交平面多声道超声波流量计在小功率提升中的实际意义,并为推动中国超声波流量计国产化进程提供理论依据。     

基于LabVIEW的超声波相关法流速流量测量仪

讨论和分析了相关法超声波流量计的测量原理和数学模型，据此完成了相关法超声波流速流量测量虚拟仪器系统的结构设计和基于Lab-VIEW的软件设计，通过对该系统进行软件模块测试和系统信号仿真实验，论证了将虚拟仪器技术应用于超声波相关法流量测量领域的可行性，在相关法超声波流量计的理论研究和实验开发上具有一定的应用价值。     

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。     

超声波流量计反射声道测量精度的数值模拟

为找到天然气输送过程中超声波流量计的误差来源，从气体流速分布角度分析超声波流量计反射声道的测量精度影响，根据工艺流程，建立管道模型，利用计算流体力学方法，获得管道内流场分布，分析了90°弯头和三通下游流速分布情况，以速度分布校正系数（k系数）的变化随雷诺数变化越小的声道测量精度越高作为衡量声道测量精度的方法，在90°弯头下游40D处分析了反射声道类型、声道分布方式以及声道入射角度对声道测量精度的影响。研究结果表明：（1）单反射和三反射的k系数稳定性优于双反射；（2）反射声道分布方式中k系数的稳定性，单反射2、4优于单反射1、3，双反射3优于双反射2、4优于双反射1，三反射2优于三反射1;(3)声道入射角度对单反射2、4和双反射1及三反射2的k系数稳定性几乎无影响，而对双反射2、4影响较明显。结论认为，该研究结果可为反射型超声波流量计的声道提供更合理的选择。     

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。     

基于STM32的超声波流量计硬件系统的设计

针对传统流量计在测量流体流速时存在安装繁琐、运输复杂等问题,设计了新型的基于多普勒法的超声波流量计。该系统以STM32为开发平台,主要设计了超声波发射电路、超声波接收电路、功率放大电路、回波信号处理及滤波电路、STM32最小系统及其外围电路等。为方便频移信号处理,提出了把回波信号解调到中频带20 k Hz上,这样提高了系统在低流速测量的精确度。采用FFT算法对系统采集的频移信号进行频谱分析,最终根据计算的频移值来确定流体的流速。实际结果表明,该系统尤其适用于大管径流量测量且测量精确度较高,误差在5%之内,具有安装、运输便捷等一系列优点。