手持式超聲波流量計(jì)設(shè)計(jì)開題報(bào)告模板-在線瀏覽
2025-03-07 23:41本頁面
【正文】 姓 名 指導(dǎo)教師 鄒海榮 定稿日期： 2013 年 2月6日 便攜式超聲波流量計(jì)設(shè)計(jì)摘要：超聲波流量計(jì)，集計(jì)算機(jī)和傳感器技術(shù)于一身，將聲學(xué)的研究成果與現(xiàn)代電子技術(shù)結(jié)合在一起，可以用于多種液體的測(cè)量。同時(shí)，超聲波流量計(jì)可以實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量且測(cè)量方法簡(jiǎn)單、精度高、可用于大口徑的測(cè)量。系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制核心，結(jié)合超聲波傳感器設(shè)計(jì)的便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)。接著，意大利物理學(xué)家文丘里又以文丘里關(guān)測(cè)量了流量，并發(fā)表了研究成果。流量測(cè)量的理論到了20世紀(jì)的中期逐漸走向成熟，人們不再將思路局限在原有的測(cè)量方法上，而是開始了新的探索。到了1922年，帕歇爾改革了水槽測(cè)量為帕歇爾水槽。到了30年代，聲波測(cè)量流量的方法走入人們的視線【1】。但是要使超聲波流量計(jì)具有一定的精度，要求對(duì)時(shí)間的測(cè)量精度至少達(dá)到107秒，這在當(dāng)時(shí)是很難達(dá)到的；50年代初，美國科研人員首次提出了“鳴環(huán)”法，就是通過多次循環(huán)將時(shí)差擴(kuò)大在進(jìn)行測(cè)量，這種方法彌補(bǔ)了當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的不足，使得時(shí)間測(cè)量精度得以大大提高。60年代末又出現(xiàn)了多普勒效應(yīng)的超聲波流量計(jì)【3】。同一時(shí)期，前蘇聯(lián)科技工作者對(duì)管道內(nèi)流體的流速分布規(guī)律作了大量深入研究，指出管道內(nèi)流體流動(dòng)存在兩種狀態(tài)：層流和紊流，并給出了層流狀態(tài)下的理論計(jì)算公式，為超聲波流量計(jì)進(jìn)一步提高測(cè)量精度打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。如今，國內(nèi)生產(chǎn)的超聲波流量計(jì)無論從測(cè)量精度上和測(cè)量方法上與國外相比都還是具有一定的差距。由于超聲波流量計(jì)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，以及我國現(xiàn)代化建設(shè)的突飛猛進(jìn)，國內(nèi)對(duì)超聲波流量計(jì)的需求和在超聲波流量測(cè)量領(lǐng)域研究的投入都會(huì)不斷增加，相信在不久的將來，國內(nèi)的超聲波流量測(cè)量技術(shù)和產(chǎn)品都會(huì)達(dá)到世界一流水平。因此，開展高性能流量?jī)x表的研究、開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，對(duì)促進(jìn)我國流量?jī)x表工業(yè)的發(fā)展，增強(qiáng)產(chǎn)品的國際競(jìng)爭(zhēng)力，具有十分重要的意義。至今，我國已經(jīng)形成一個(gè)相當(dāng)規(guī)模從事流量測(cè)量技術(shù)與儀表研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)，從事流量?jī)x表研究和生產(chǎn)的單位超過230家。流量?jī)x表一般可分為如下十大類：壓差式流量計(jì)、浮子式流量計(jì)、容積式流量計(jì)、渦輪式流量計(jì)、電磁式流量計(jì)、流體振蕩式（渦街式）流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、熱式流量計(jì)、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和明渠用流量計(jì)【7】。同時(shí)，超聲波流量計(jì)可以實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量且測(cè)量方法簡(jiǎn)單、精度高、可用于大口徑的測(cè)量。超聲波流量計(jì)是20世紀(jì)70年代隨著IC技術(shù)迅速發(fā)展才開始得到實(shí)際應(yīng)用的一種非接觸式儀表。因?yàn)橐话懔髁坑?jì)隨著管徑的增大會(huì)帶來制造和運(yùn)輸上的困難，有不少流量計(jì)只適用于圓形管道，而且造價(jià)提高，能耗加大。它不僅可以測(cè)液體、氣體、甚至對(duì)雙相介質(zhì)的流體也可以測(cè)量。隨著電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和聲學(xué)材料等技術(shù)的發(fā)展，利用超聲波脈沖測(cè)量流體流量的技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)不同原理，適用于不同場(chǎng)合的各種形式的超聲波流量計(jì)已相繼出現(xiàn)，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及到工農(nóng)業(yè)、水利、水電等部門，正日趨成為測(cè)流工作的首選工具【9】。電磁流量計(jì)超聲波在流體中傳播時(shí)，將上載流體流速的信息。根據(jù)在流動(dòng)流體中超聲波順流與逆流傳播速度之差與被測(cè)流體流速有關(guān)的原理，檢測(cè)出流量的方法，稱為傳播速度法。本系統(tǒng)采用頻差法。3 研究?jī)?nèi)容利用單片機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)。論文中詳細(xì)分析和敘述系統(tǒng)硬件和軟件各部分的組成和設(shè)計(jì)原理。該方法是將發(fā)射器發(fā)射的超聲波脈沖信號(hào)，經(jīng)接收器接收并放大后，再次切換到發(fā)射器重新發(fā)射，形成“回鳴”，并如此重復(fù)進(jìn)行。頻差法的特點(diǎn)：（1） 沒有零點(diǎn)漂移。發(fā)射和接收頻率不受聲信號(hào)幅度變化的影響。由于發(fā)射頻率選擇較高，對(duì)于所測(cè)流速可以得到較高的頻率差，因此分辨率較好。（5） 流體流速和頻差成正比，流速的測(cè)量與聲速無關(guān)，不必進(jìn)行聲速修正。 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要由兩個(gè)部分組成：信號(hào)采集部分和信號(hào)處理及人機(jī)接口部分。系統(tǒng)框圖如下：從單片機(jī)發(fā)射電路主單片機(jī)LCDV切換開關(guān)計(jì)數(shù)電路信號(hào)調(diào)理電路鍵盤接收電路圖1 便攜式超聲波流量計(jì)系統(tǒng)框圖（1）超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路采用單脈沖發(fā)射電路，它由脈沖信號(hào)和放大電路構(gòu)成，在單片機(jī)發(fā)出的方波信號(hào)經(jīng)過三極管放大和變壓器的升壓，當(dāng)脈沖信號(hào)達(dá)到足夠功率后使換能器產(chǎn)生超聲波。因此就需要對(duì)傳播信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。由于接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)過管壁和流體介質(zhì)，信號(hào)衰減較大，通常只有幾個(gè)mV到幾十個(gè)mV，而且超聲波流量計(jì)實(shí)用的超聲波頻率較高，所以要求運(yùn)算放大器的增益帶寬要足夠高。帶通濾波電路由一片MAX275完成的,包含了兩個(gè)二階節(jié),在硬件上級(jí)聯(lián)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分別構(gòu)成了中心頻率為40kHz,增益為40dB,品質(zhì)因素為40的四階帶通濾波器。經(jīng)過帶通濾波后,40kHz ,之外的無用
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