气固两相流固相速度及浓度的测量研究

论文摘要

随着现代工业的发展以及对过程参数的检测及控制要求越来越高,气固两相流动参数的准确测量对于诸如能源、化工、环境、气象、冶金、食品等许多生产部门都有着越来越重要的现实意义。目前存在许多种基于不同原理的气固两相流流动参数的测量方法和系统,为气固两相流流动参数的测量提供了强有力的手段。本文主要针对基于静电传感器的气固两相流固相速度及浓度的测量进行研究,提出了利用互相关法、空间滤波法对气固两相流固相速度进行测量以及均方差法测量固相浓度。主要工作如下：(1)对静电传感器特性进行了深入的研究,阐述了静电传感器应用于气固两相流参数测量的工作原理。(2)对下位机程序进行了大量的修改、补充,实现了电路的自动增益功能。(3)详细分析了相关算法,给出了互相关法测速系统的软件实现方法,主要包括相关计算、延迟处理以及插值处理等部分。(4)空间滤波法测速涉及数字信号处理方面的知识,本文在对其深入理解的基础上提出了空间滤波法的实现思路和方法。(5)对均方根法测量固相浓度做了简单阐述。(6)对互相关法测速系统进行了大量的重复性实验,在实验室条件下,其测量结果在流体的相关速度大于2m/s时,重复性误差小于2%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 气固两相流参数测量的意义及现状
• 1.2 气固两相流参数测量方法
• 1.2.1 气固两相流固相速度测量方法
• 1.2.2 气固两相流固相浓度的测量
• 1.2.3 气固两相流质量流率的测量
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 系统原理与静电传感器设计
• 2.1 系统原理
• 2.2 静电传感器原理
• 2.2.1 静电传感器感应电荷机理
• 2.2.2 静电传感器等效模型
• 2.3 静电传感器设计
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 模拟电路设计
• 3.1.1 前置放大电路
• 3.1.1.1 前级高输入阻抗缓冲放大器
• 3.1.1.2 限幅电路
• 3.1.2 滤波电路
• 3.1.2.1 50Hz陷波器
• 3.1.2.2 低通滤波器与高通滤波器
• 3.1.3 增益可控放大电路
• 3.1.4 量程调整电路
• 3.2 数字采集电路设计
• 3.2.1 LPC2468处理器简介
• 3.2.2 16位AD转换
• 3.2.3 串口通信
• 3.2.4 显示电路
• 3.2.5 外部存储器
• 3.3 系统可靠性设计
• 第4章 系统软件及算法设计
• 4.1 互相关法测速
• 4.1.1 信号相关运算的预处理
• 4.1.1.1 PGA自动增益
• 4.1.1.2 信号的延迟处理
• 4.1.2 相关技术
• 4.1.2.1 相关函数
• 4.1.2.2 相关系数
• 4.1.2.3 相关算法的实现
• 4.1.3 插值处理
• 4.1.3.1 插值原理
• 4.1.3.2 插值函数的实现
• 4.2 空间滤波法测速
• 4.2.1 FIR数字滤波器
• 4.2.1.1 FIR数字滤波器设计原理
• 4.2.1.2 数字滤波器的Matlab实现
• 4.2.2 空间滤波法测速算法
• 4.3 均方根法测浓度
• 4.4 下位机数据采集与通信
• 4.5 上位机软件介绍
• 第5章 实验调试与结果分析
• 5.1 系统实验装置
• 5.2 信号的频谱分析
• 5.3 互相关法测速实验
• 5.3.1 测量系统采样频率和采样点数的选择
• 5.3.2 相关运算结果的重复性分析
• 5.4 空间滤波法测速实验
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢