时差式超声流量计的研究与软件实现

论文摘要

超声波流量计具有非接触式测量、测量精度高、测量范围大和安装维护方便等优势,所以被广泛地应用于测量领域中。然而超声波流量计也有不能精确测量小管径管道流量的缺点。针对这一不足,在借鉴国内外先进的超声波流量测量技术的基础上,本设计实现了一种高精度的针对小管径管道的时差式超声波流量测量方法,即“环鸣”测量法,并给出了系统的主控硬件电路设计和系统软件的实现方法。本论文主要包括以下内容:1.对超声流量计的发展历史和国内外发展现状进行了阐述,详细介绍了超声流量计的分类方法。2.对流量的基本概念进行了详细介绍,从理论上对管道中流体不同的流动状态进行了分析。介绍了宽波束流量测量技术和窄波束流量测量技术的原理及使用特点,对理论公式进行了推导并给出了相应的测量原理图。给出了环鸣法超声流量计的测量原理。3.介绍了流量计主控芯片单片机以及其外围电路的设计方法,包括键盘电路的设计、液晶显示器电路的设计和时钟电路的设计等。4.给出了流量计显控软件、数据处理软件、计算软件、自动增益软件、时钟软件和流量计菜单软件的设计方法。5.介绍了流量计的测试系统,给出了误差分析内容和实验结果。最后针对测量精度提出了改进方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的背景
• 1.2 流量计的分类
• 1.3 超声流量计简介
• 1.3.1 超声流量计的优势及发展现状
• 1.3.2 超声流量计的分类
• 1.4 论文的主要内容
• 第2章 环鸣法超声流量计的原理
• 2.1 管道流量测量的理论基础
• 2.1.1 流量的基本概念
• 2.1.2 管道内流体理论
• 2.2 时差法超声流量计测量原理
• 2.2.1 宽波束流量测量方法的优势
• 2.2.2 宽波束超声流量计的测量原理
• 2.3 环鸣法超声流量计理论
• 2.3.1 环鸣法超声流量计的测量原理
• 2.3.2 环鸣法超声流量计的优势
• 2.4 环鸣法超声流量计的硬件电路介绍
• 2.5 本章小结
• 第3章 流量计硬件电路的设计
• 3.1 引言
• 3.2 主控电路功能框图
• 3.3 单片机的设计
• 3.3.1 C8051F120单片机简介
• 3.3.2 C8051F120单片机设计方法
• 3.4 单片机的外围电路硬件设计
• 3.4.1 键盘电路的设计
• 3.4.2 显示模块的设计
• 3.4.3 数据处理功能的实现
• 3.4.4 时钟电路的实现
• 3.5 本章小结
• 第4章 流量计软件的开发工具及总体设计
• 4.1 引言
• 4.2 超声流量计软件设计的开发工具
• 4.2.1 C8051F系列单片机的集成开发环境
• 4.2.2 C8051F系列单片机的调试与程序下载
• 4.2.3 单片机 C语言
• 4.3 流量计软件的总体设计框图
• 4.4 流量计功能软件的设计实现
• 4.4.1 显控软件的设计实现
• 4.4.2 数据存储与通信软件的实现
• 4.4.3 自动增益软件的实现
• 4.4.4 菜单功能的实现
• 4.4.5 数据处理软件的实现
• 4.4.6 时钟功能的实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统的性能测试
• 5.1 流量计测试系统
• 5.2 系统误差分析
• 5.3 实验数据分析
• 5.4 计数精度的改进
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录 A