管道液体流速在线测量系统设计毕业论文

管道液体流速在线测量系统设计毕业论文内容摘要：

射界面或者散射体之间存在相对运动时，被反射或被散射的超声波信号的频率将发生变化，该频率与声源超声波频率之间的差值与相对运动的速度成正比， 这一现象被物理学家 Christian Doppler 在 1842 年首次发现，称之为多普勒效应。 接收信号的频率与声源的频率之差称为多普勒频移；相应的频差信号称为多普勒信号。 当流体存在着可反射或散射超声波的跟随 粒子时，便可以利用多普勒信号确定流体的速度。 管道液体流速测量的研究意义 及发展 在科技飞速发展的当今社会，流速测量广泛应用于工农业和医学，工农业的发展对液体流速的测量提出了越来越高的要求， 所以只有液体流速测量的数据准确，提供可靠的科学数据才能为社会发展保驾护航。 流速计作为计量科学技术的重要组成部分，做好流速计这项工作对促进科学技术的发展具有重要的作用。 石油、水是能源的重要组成部分 ，流速计是检测的重要手段。 本文提出的管道液体流速在线测量 —— 超声波多普勒测流速 ，它 具有 频率 高的特点。 流速测量技术起源很 早，早在十八世纪皮托管首次用一根弯成直角的玻璃管测量了塞纳河的流速。 伴随着科技的进步和工农业生产的需要，进入 20 世纪流速测量技术的手段不断地创新， 20 年代发明了热线测速仪以及后来的激光多普勒测速仪和九十年代成熟起来的粒子图像测速仪等等。 利用光波的多普勒效应来测量流速的技术 ,是继热线热膜测速技术之后流速测量的技术的又一重大进步。 自从 1964 年 H Yeh和 H Z Cummins 发明第一台激光多普勒流速测量计以来，近二十年中，无论在理论、品件、产品结构还是激光流速的应用方面都取得了丰富的成果，尽管这种测速技术有它 自己本身的缺点，但越来越多的人们在自己的实验、科研中使用 激光流速计，实践证明它的确比毕托管和热线风速计在不少地方都具有优越性。 而超声波多普勒流速仪的出现对于管道中微小粒子的测量又有了更大的提高。 利用超声波 多普勒测速仪测量流速的方法在流速计中已有广泛的研究及应用，多维系 统、光纤传输技术以及数字信号处理和微机数据处理技术等的出现把超声波 多普勒技术推向 更高的水平。 此外，半导体激光器的应用是让小型化成为可能，推动超声波 多普勒测速走出实验室，迈向工业和现场应用。 用于在线测量的便携式流速测量仪原理是利用超声波多普勒原 理测量液体流速。 非接触式超声波 多普勒流速计是在线测量中的佼佼者，尤其是它具有测量面积小，空间分辨率高，它不需要校正、响应特性好，应用范围宽。 20 世纪 60 年代美国最先开始为宇航业所需气体质量流量控制设备开发热式质量流量计正式产品，我国也早在 70 年代就开发了热式流量仪表，然而仅在盐城师范学院毕业论文（设计） 6 军事工业上有所应用，适用面窄， 2020 年以后国内生产厂家逐步增多，如今的热式流量计技术比较成熟，但是其主要应用在气体流量测量且最适用于测量低流速，因此不适用于工业现场的测量。 皮托管常用测量管道风速、炉窖烟道内的气流速度，也可以测量管道内 的水流速度。 流量测速计的发展除采用新技术、新的原理以外，在已有的成熟的测量技术改进方面也有很大的发展，功用和性能上已有很大提高并且在实际中起了很大的作用。 在计量校准、检定的领域里，对准确度的要求极为严格，正是基于这种现状和实际情况的需要，开发基于多普勒原理的在线流速测量的装置是很有必要的。 超声波 多普勒测 管道 流速原理 超声波传感器的基本原理 超声波有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可兼有发射和接收。 人们听到的声音频率为 20Hz~20kHz，超出此频率范围声音，即 20Hz以下的声音称为次频声波，20kHz以上的声音称为超声波。 超声波传感器是利用压电效应原理。 超声波传感器 主要由金属网、外壳、锥形扬声器、压电晶片、底座、引脚等部分组成。 多普勒效应测流速原理 多普勒 测速原理是根据声波中的多普勒效应，检测其多普勒频率差。 超声波发生器为一固定的声源，岁流体以同速度运动的固体颗粒与声源有相对运动，该固体颗粒可以把入射的超声波反射回接收器。 入射波与反射波之间的频率差就是流体中的固体颗粒运动而产生的声波多普勒的频移。 由于这个频差正比于流体速度，所以通过测量的频率差就可以求得流速。 超声波多普勒流速计是由于流体内的微小粒子与流体有相同的移动速度，利用超声波遇到物体、反射且传播频率发生这一多普勒效应求得流速。 这种流速计的测量原理是测定流体中微小粒子的移动速度，其测量方法如图 1 所示。 图 中，由发送器发送频率为 1f 的超声波，经流速为 v 的粒子反射，在接受器中检测到频率为 2f ，接受频率 2f 和发送频率 1f 的差称为多普勒频移 f ，即 2 1 22 c osvf f f fu    （ 2— 1） 在上式中，确定了声波速度 u ，就求出流速 v。 盐城师范学院毕业论文（设计） 7 2 1 0 c os2 c osvf f f f cv      （ 2— 2） 以上各式中：  为声波方向与流体速度 v 之间的夹角， 0f 为声源的初始声波频率，c 为声源在介质中的传播速度。 若 coscv ，则 02 cosvffc  （ 2— 3） 02 coscvff  （ 2— 4） 式（ 2— 4）是按单个颗粒考虑时，测得流 体的流速。 但对于实际含有大量的颗粒群的水流时，则应对所有的频移信号都进行统计处理。 超声波多普勒 流速计的换能器通常采用收发一体结构，换能器接收到的反射信号只能是发射器和接收器两个指向性波束重叠的区域内的颗粒反射波，这个重叠的区域称为多普勒信号的信息窗 如图 2 所示 ，即信息窗内的多普勒频移为反射波叠加的平均值。