超声波流量计动态补偿方法_3

文档序号:9372469阅读:来源:国知局

[0088] 其中,Τ' 为四氧化二氮流体时,对所测温度T 1的修正系数,取值0. 28。
[0089] 时间差温度补偿
[0090] 处理线路盒内存在电源芯片及其他发热量大的芯片,流量计工作时线路盒内温度 会发生变化,从而引起激励和接收线路元器件性能发生差异会导致T up和T d_变化不同步, 从而导致Tdmm-Tup有细微的变化,引起了测量零点基准的变化。为了实现高稳态基准的测 量,通过对线路盒内部进行温度场仿真和器件布置优化,设置测温热敏电阻测量线路盒内 部温度T 2,使用高低温箱在线路盒工作温度范围内对Tdciwn-Tup和温度关系进行标定,包括:
[0091] (1)将线路盒放置在高低温箱内;
[0092] (2)将线路盒工作温度范围内间隔5°C分为p个标定点;
[0093] (3)设置高低温箱分别在第i个标定点温度稳定(i = 1,2,…p),测量(Tdciwn-Tup) i;
[0094] 通过对ρ个标定的(Tdmm-Tup)进行插值拟合形成时间差基准补偿量Δ (Τ d_-Tup) (T2):
[0095] HTlnil - Tup )(7;) - ().()() 17 X Γ,2 + ().() 163 χ 7: - 4.3617
[0096] 利用该补偿量进一步获得时间差温度补偿(Tdciwn-Tup) (T2):
[0097] (Tdown-Tup) (T2) = (Tdown-Tup)+ Δ (Tdown-Tup) (T2)
[0098] 标定系数的动态查找
[0099] 标定系数补偿包含了因流场状态(层流、湍流和过渡区)和流量管路加工误差 (长度、内径等)引入的补偿,相应地,标定系数受流场状态Re、测量管路长度L和内径D等 参数影响。使用流量标准器对超声波流量计进行多量程段标定,包括:
[0100] (1)将超声波流量计置入流量标定系统中;
[0101] (2)将超声波流量计流量测量范围以间隔10g/s分为h个标定点;
[0102] (3)设置流量标定系统流量为第i个标定点(i = 1,2,"4),分别记录流量标准 器数值和超声波流量计数值;
[0103] 对h个标定结果进行拟合插值,以一个适当的间隔换算成标定系数查找表,在计 算流体流量q时,以不考虑标定系数k (或先令标定系数k = 1)而计算得到的流体流量q' 为入口查找该表中对应的Ic1,再利用该Ic1值计算考虑标定系数k的流体流量q,避免了采用 固定k值带来的流量计算偏差,提高了流量测量精度。所述适当的间隔优选0. lg/s,本发明 经研究发现〇. lg/s的间隔设置既有利于实际应用中1^值的查找,又避免因间隔过于宽泛 而导致的计算精度偏差。
[0104] 多级动态补偿的流量计算
[0105] 本发明进一步提出了超声波流量计流量计算的多级动态补偿,分别在传播时间测 量、传播时间差计算、密度和标定系数等各个环节引入补偿,从而提高流量计算的精度。
[0106] 多级动态补偿的流量计算公式为:
[0107]
[0108] 其中,Q为动态补偿后的流量,P (T1)为温度补偿后的流体密度,D为管路直径, h为计算流体流量时从预先建立的标定系数查找表中查得的标定系数,L为管路长度, (Tdmm-Tup) (T2)为温度补偿后的超声波逆流传播时间与超声波顺流传播时间的时间差,Tup 为超声波逆流传播时间,Td_为超声波逆流传播时间,T i为管路温度,T 2为线路盒内部温度。
[0109] 实施例
[0110] 利用超声波流量计对航天器推进剂流量Q进行测量,并对该测量的超声波流量计 进行多级动态补偿,航天器推进剂采用四氧化二氮流体;参见图3,先上游超声换能器发射 信号,下游超声换能器接收到接收信号,检测接收信号中超过一预触发阈值后连续三个过 零点脉冲上升沿作为停止计时使能信号,测得时间依次分别记为?i、?和75.,本次测量 超声波顺流传播时间记作Tup,Tup的初始值取Γ|。再下游超声换能器发射信号,上游超声换 能器接收到接收信号,检测接收信号中超过一预触发阈值后连续三个过零点脉冲上升沿作 为停止计时使能信号,测得时间依次分别记为和,本次测量超声波逆流传 播时间记作Td_,Td_的初始值取。根据前一次测量值Tuppra、T dciwnpra和阈值t up、td_确 定本次测量时间的正常值范围(即预设条件),根据Tup和T d_分别是否满足该正常值范 围,如果满足则将Tup的取值直接确定为?和将的T d_取值直接确定为Tl,,;若不满足则分 别对Tup和T d_进行T up动态周期补偿和T d_动态周期补偿。采集线路盒内部温度T 2进行 时间差基准补偿得到补偿后的温度差(Tdmm-Tup) (T2),采集测量管路温度1\进行流体密度补 偿得到补偿后的流体密度P (T1),使用预先建立的标定系数查找表动态查找确定标定系数 k的取值Ic1,利用多级动态补偿的流量计算公另
计算流量Q。
[0111] 其中,Tup正常值范围为:Τ ψ大于T uppra-tup且小于T uppra+tup;
[0112] Td_正常值范围为:T downT downpre 丁- T downpre+tdown。
[0113] 其中,所述Tup动态周期补偿包括:
[0114] 如果Tup小于T uppra_tup,则计算第η次迭代的传播时间TupW,
[0115] 如果Tup大于T uppra+tup,则计算第η次迭代的传播时间TupW,
[0116] 其中η表示迭代次数,为1,2, 3···..,当第η次迭代所得Tupw满足大于T up_-tup 且小于Tuppra+tuj^条件时,停止迭代并将本次测量超声波顺流传播时间Tup的取值确定为该 Tupw,当第η次迭代所得Tupw不满足大于T uppra-tup且小于T uppra+tu|^条件时,则令η增加 1,重新计算Tupw。
[0117] 所述Td_动态周期补偿包括:
[0118] 如果Tdmm小于T downpre ^down? 则计算弟η次迭代的传播时间Td_ ?η丨,
[0119] 如果
ΤΗ_大于T H__+td_,则计算第η次迭代的传播时间Td_(n),
[0120] 其中η表示迭代次数,为1,2,3···..,当第η次迭代所得Td_(n)满足大于 ^downpre ^down-S* ^ 丁▲ T dmm_+td_的条件时,停止迭代并将本次测量超声波逆流传播时间T d_ 的取值确定为该Td_ w,当第η次迭代所得Td_w不满足大于T downpre ^down-S*^''^^ ^ downpre~^^down 的条件时,则令η增加 I,重新计算Td_ w。
[0121] 其中,时间差基准补偿的步骤包括:
[0122] (1)将线路盒放置在高低温箱内;
[0123] (2)将线路盒工作温度范围内间隔5°C分为p个标定点;
[0124] (3)设置高低温箱分别在第i个标定点温度稳定(i = 1,2,…p),测量(Tdciwn-Tup) i;
[0125] 通过对ρ个标定的(Tdmm-Tup)进行插值拟合形成时间差基准补偿量Δ (Τ d_-Tup) (T2):
[0126] -T1XT1) = 0.0017 X 7; + 0.0163 X 7: - 4.3617
[0127] 利用该补偿量进一步获得时间差温度补偿(Tdciwn-Tup) (T2):
[0128] (Tdown-Tup) (T2) = (Tdown-Tup)+ Δ (Tdown-Tup) (T2)
[0129] 其中,流体密度补偿的步骤包括:
[0130] (1)建立超声波流量计的ProE三维几何模型,并对模型进行结构化网格的划分;
[0131] (2)建立超声波流量计的物理模型。给定速度入口及自由出流边界条件,设置壁面 及内部流体的初始温度条件及各物性参数值;
[0132] (3)使用Fluent软件对所建立的模型进行流动
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