【正文】 學(xué)術(shù)意義。對鈍體繞流問題的研究至今已有一百多年的歷史。因此，在選擇具體方案時，應(yīng)著重考慮系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性和先進性。我國規(guī)定天然氣流量測量的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是 :絕對壓力為 ， 溫度為 ℃ 。渦街流量計適用的管道口徑一般在 300 mm以下，測量的精確度對于液體大致在 %? ～ %1? ，對于氣體在 %1? ～ %2? ，重復(fù)性一般為 %? ～ %? 。并介紹了一種光纖流量計的傳感器結(jié)構(gòu)和硬、軟件部分，給出了相應(yīng)的放大、濾波、整形電路原理圖和軟件流程圖。我國天然氣貿(mào)易計量是在法定要求的質(zhì)量指標(biāo)下以體積或能量的方法進行交接計量，目前基本上以體積計量為主。為了保證天然氣生產(chǎn)及利用企業(yè)的貿(mào)易計量公正合理，維護貿(mào)易雙方的正當(dāng)權(quán)益，歐洲最早制訂了 EN1776： 1998《天然氣測量系統(tǒng)基本要求》 ，而 我國起步較晚，目前這一比例還不高。 1 畢業(yè)論文 天然氣的流量監(jiān)測 Monitoring the flow of natural gas 2 摘要 隨著全球環(huán)保實業(yè)的發(fā)展，天然氣的開發(fā)和利用越來越被人們所重視。我國是天然氣資源較豐富的國家之一，但天然氣的利用卻嚴(yán)重滯后，天然氣工業(yè)發(fā)展有著很大潛力，尤其是西氣東輸工程的建設(shè)，必將為我國經(jīng)濟、社會很環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展產(chǎn)生強大的推動力。 孔板流量計自動計量 也是常見的方法有其獨到的優(yōu)勢。 關(guān)鍵字： 天然氣 渦街流量計 光纖 儀表系數(shù) 信號處理 3 Abstract 4 目錄 第一章 前言 天然氣流 量檢測儀器研究熱點 對漩渦分離規(guī)律的研究 對漩渦（渦街）發(fā)生體形狀的研究 對渦街信號檢測方法的研究 對渦街信號的分析及處理的研究 天然氣流量檢測儀器的研究難點和發(fā)展趨勢 渦街流量計的理論基礎(chǔ)還很薄弱 渦街流量計應(yīng)用范圍的擴展 渦街流量計應(yīng)用于質(zhì)量流量的測量 第二章 光纖傳感器 光纖傳感器的原理 光纖的結(jié)構(gòu) 光纖的種類 光纖的傳導(dǎo)原理 光線傳感器的分類 功能型 光纖傳感器 光的調(diào)制方式 第三章 檢測電路 放大電路 三極管放大電路 放大電路工作原理 放大電路的主要性能指標(biāo) 整形電路 整形電路原理 脈沖形成電路 電子門電路 計數(shù)器 第四章 天然氣流量檢測器的系統(tǒng)設(shè)計 檢測器整體設(shè)計方案 要求 方案 原理 5 器件選擇 光電耦合器 CD4069 NE555 AT89C4051 第五章 實驗結(jié)果 參考文獻 及 致謝 第一章 前言 天然氣流量計采用渦街原理制造，具有測量精度高、量程寬、功耗低、安裝方便、操作簡單、壓力損失小等優(yōu)點，可測量工況體積流量或標(biāo)準(zhǔn)體積流量（一體化智能溫度、壓力補償），根據(jù)用戶需要，可附帶脈沖或 4～20mADC 電流輸出功能。 渦街流量計不適用于測量低雷諾數(shù) ( 4102Re ?? )流體，一般液體平均流速下限為 m /s，氣體為 4～5m /s。天然氣流量計量方法很多，可用的流量儀表也很多，按工作原理大致分為 :差壓式流量計、容積式流量計、速度式流量計 3 種類型。 所以 渦街流量計 逐步顯示了它的優(yōu)勢 。 1912年卡門 (Von Kamman)系統(tǒng) 地研究了渦街的形成和穩(wěn)定性等問題，使鈍體繞流研究上升到一個新的高度。 對旋渦 (渦街 )發(fā)生體形狀的研究 旋渦發(fā)生體是渦街流量計的關(guān)鍵部件，儀表的流量特性 (儀表系數(shù)、線性度、范圍度等 )和阻力特性都與它的幾何形狀、幾何參數(shù)和排列方式密切相關(guān)。因此，在理論和實驗上還需要進一步研究，能給出旋渦發(fā)生體形狀和參數(shù)通用的設(shè)計準(zhǔn)則。對渦街信號檢測方法的研究表現(xiàn)在對已有檢測方法的改進和新傳感技術(shù)在渦街頻率檢測方面的應(yīng)用。近年來，國內(nèi)外針對這一問題從渦街信號處理的角度展開了大量研究。 1. .1 單變量變送器 +流量計算機 (或工控機 ) 就是 利用單變量模擬變送器分別檢測溫度、壓力、差壓，并將檢測到的電信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 4－ 20MA 模擬信號送人流量計算機 (或工控機 )的數(shù)據(jù)采集卡，通過 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在流量計算機 (或工控機 )上通過流量計算軟件計算出天然氣瞬時流量、累積流量以及實現(xiàn)其他輔助功能。不僅自帶數(shù)據(jù)庫可實現(xiàn)瞬時參數(shù)及流量的顯示，以及累積流量和歷史數(shù)據(jù)的再現(xiàn)；而且在儀表的運行方面，采取了多種電源保障方式 :內(nèi)電池組、太陽能和外接電源等，實現(xiàn)了在無電力供應(yīng)情況下，可以獨立自成計量系統(tǒng)，就地顯示天然氣瞬時流量、累積流量和數(shù)據(jù)的存儲、再現(xiàn)等；正常情況下可通過現(xiàn)場總線和上位機連接，實行數(shù)字信號傳輸上傳顯示，也可以在工控機上實行二次數(shù)據(jù)處理，組成 8 的計量系統(tǒng)更加靈活、可靠。 這需要在旋渦發(fā)生體形狀，傳感器結(jié)構(gòu)方面作優(yōu)化設(shè)計，以適應(yīng)不同的測量要求。隨著能源計量和管理的加強，工業(yè)過程自控系統(tǒng)的發(fā)展，對流量測量的要求 不僅僅停留在體積流量的測量上，很多場合如工業(yè)生產(chǎn)中各種原料的配比或品質(zhì)的控制、物料輸送、能源輸送、貿(mào)易結(jié)算等往往都需要知道質(zhì)量流量。由于光纖傳感器具有靈敏度高、電絕緣性能好、抗電磁干擾。如圖 21 所示為光纖傳感器的原理示意圖。緩沖涂敷層的作用是增加光纖的力學(xué)強度，保護光纖不受外力的傷害。單模光纖和多模光纖在結(jié)構(gòu)上有不同之處。多模光纖的斷面是纖芯粗、包層薄，制造、連接容易；單模光纖是纖芯細、包層厚，傳輸性能好，但制造、連接困難。光在周圍介質(zhì)與纖芯的光學(xué)界面上發(fā)生全反射的條件為： 022210 a r c s in n nn ??? ?? （ 1－ 2） 當(dāng)入射角滿足這個幾何條件時，光就能在纖芯內(nèi)部以同樣的角度反復(fù)反射，直到傳導(dǎo)到光纖的另一個終端。 功能 型光纖傳感器 功能 型光纖傳感器是利用對外界信息具有敏感能力和檢測功能的光纖 (或特殊光纖 )作傳感元件，將 “ 傳 ” 和 “ 感 ” 合為一體的傳感器。 非功能 型光纖傳感器 在非功能 型光纖傳感器 中 ，光纖僅作為傳播光的介質(zhì)，對外界信息的 “ 感覺 ” 功能是依靠其它功能元件來完成的。 非功能 型光纖傳感器主要利用已有的其它敏感材料，作為其敏感元件，這樣可以利用現(xiàn)有的優(yōu)質(zhì)敏感元件來提高光纖傳感器的靈敏度。 12 圖 2－ 4 非 功能 型光纖傳感器 光的調(diào)制方式 被測量對傳輸光的調(diào)制方式有：光通量（光強）調(diào)制、光相位調(diào)制、光頻率調(diào)制、光波長調(diào)制、光偏振調(diào)制等。 13 第三章 檢測電路 放大電路 三極管放大電路 一個基本放大電路必須有如圖 31(a)所示各組成部分：輸入信號源、晶體三極管、輸出負載以及直流電源和相應(yīng)的偏置電路。它所提供的電壓信號或電流信號就是基本放大電路的輸入信號。下面我們以它為例，分析放大電路的工作原理。它們在三極管特性曲線上所確定的點就稱為靜態(tài)工作點，其習(xí)慣上用 Q表示。 iB=IB+ib 由于晶體管的電流放大作用， 集電極電流 iC 將隨 基極電流 iB 變化，如圖 32（ c）所示。由于 UCC=iCRc +uCE，所以在圖 32(d)上，管壓降的瞬時值 uCE 相當(dāng)于 UCC 虛線下面的空白部分。 但對交流信號 uce，很容易通過隔直電容 C2 加到負載電阻 RL上，形成輸出電壓 uo。iC 是直流電源 UCC 提供的。也可用電流源等效電路。其定義的放大器輸入端信號電壓對電流的比值，即 ri= 對于輸出負載 RL，可把放大器當(dāng)作它的信號源，用相應(yīng)的電壓源或電流源等效電路表示，如圖 34（ a）和（ b）所示。 它是在放大器中的獨立電壓源短路或獨立電流源開路、 保留受控源的情況下， 從 RL 兩端向放大器看進去所呈現(xiàn)的電阻。 2. 增益 增益，又稱為放大倍數(shù)，用來衡量放大器放大信號的能力。 增益 Ai和源電流增益同樣 , 電流 Ais 分別定義為 : , , 2） 功率增益 18 功率增益表示放大器放大信號功率的能力， 定義為 : 一個信號源能夠提供的最