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毕业设计 相关流量计设计 共28页，14855字
1 绪论
1.1 本课题研究的内容和结构
本文围绕设计一种新式的超声波流量计，有针对性的探讨了超声波技术以及相关检测在流量计中的应用，涉及测量的原理和方案，传感器设计，同步检波，软硬件设计以及系统仿真和测试。
全文共分为五个章节:
第一章是绪论。说明了本文的主要研究内容。介绍了超声波流量计特点和目前的研究情况。分析了多相流计量的特点和难点，介绍了目前计量的技术手段，对常见的超声波流量计做了详细的对比分析。
第二章是相关流量计原理。列举了三种相关测量方案，简述了本文所采用方案的特点。
第三章是相关流量计的硬件设计。介绍了超声波流量计硬件的整体组成，详细描述了发射电路、接收电路、同步解调和低通滤波器的设计并给出相应的测量电路。
第四章相关流量计的软件设计。简单介绍了数据的采集、处理。
第五章是硬件调试。
1.2 超声波流量计的发展历史和现状
利用超声波测定流速、流量的技术不仅应用在工业生产方面，而且在医疗、海洋观测及各种计量测试中都有着广泛的应用。超声流量测量技术的基本原理是利用超声波在流体中传播时所载流体的流速信息来测量流体流量的。1928 年，德国人吕特根(RUTTGEN)就在一篇获得专利的文章中提出了用两个声信号的时差法测量流速的可能性。但为了使超声波流量计有一定的精度，时差法超声波流量计要求对时间的测量精度至少有 10-1s，这在当时是很难做到的[3]。50 年代初，美国科技工作者首先提出“鸣环”测量法，所谓“鸣环”测量法就是通过多次循环将时差扩大后再进行测量。这种测量方法使时间测量精度大大提高，弥补了电子技术的不足，为超声波流量计进入实用走出了关键一步。1955 年，世界上第一台超声波流量计在美国诞生，它使用的技术就是“鸣环”时差法，用于航空燃料油流量的测量。但由于“鸣环”法是多次循环测量，测量周期长，系统的反应时间慢，而且在循环中任何一个干扰信号或信号中断都有可能使循环中断，造成此次测量无效，因此系统的稳定性可靠性差，再加上此法没有消除声速对测量精度的影响，测量精度得不到保证，因而“鸣环”时差法超声波流量计并没有进入实用测量领域。70 年代中后期，由于大规模集成电路技术的飞速发展，高精度的时间测量成为一件轻而易举的事，再加上高性能和稳定的 PLL(锁相环路)技术的应用，使得超声波流量计的稳定可靠性得到了初步的保证，同时为了消除声速变化对测量精度的影响，出现了频差法，其测量周期短，响应速度快，而且几乎完全消除了声速对测量精度的影响，因而这种方法成为测量大管径大流量超声波流量计的主要方案，其缺点是测量小管径小流量时精度得不到保证[5]。同一时期，前苏联科技工作者对管道内流体的流速分布规律作了大量深入细致的研究，指出管道内流体流动存在两种状态：层流状态和紊流状态，并给出了层流状态与紊流状态下流速分布规律的理论解，提出了流量修正系数及其理想状态下的理论计算公式，为超声波流量计进一步提高测量精度打下了坚实的理论基础。至此，超声波流量计的研究和应用才蓬勃发展起来[5]。
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