智能天然气能量计量仪表的研究与设计

【摘要】：天然气是一种多组分的混合气态燃料,相较煤炭和石油等传统能源,有使用安全、热值高、清洁等优势。目前我国天然气计量的方式是体积计量,但是天然气的使用价值在于其能量值,天然气的能量与其组分密切相关,不同的气源产地,不同的时间段产出的天然气的组分都不尽相同,导致其能量值差异较大,所以能量计量是天然气计量的趋势。针对此问题,本文设计了一种天然气能量计量仪表,主要研究工作如下：首先,分析和比较国内外对于天然气的计量方式,提出了一种间接测量天然气能量的方案,该方案采用涡轮流量传感器、压力传感器和温度传感器计量天然气标况流量,通过485通讯获得天然气的热值,从而计算出天然气的能量。其次,设计具有分支的仪表结构,使用F LUENT软件对分支中影响分流比的几个重要参数进行数值模拟,研究分流比、流量大小与机械结构之间的关系,确定了合理的结构。然后设计能量计量仪表的积算仪,设计分为硬件电路设计和软件设计。硬件电路包括流量信号采集、温度压力信号采集、液晶显示、按键、通讯接口等电路；软件设计采用模块化设计方案,根据功能将软件划分成流量检测、温度压力检测、能量测量、通讯和按键等子程序。论文最后对样机进行了实验研究,包括温度实验、压力实验、流量实验和分流比实验的研究。温度实验结果表明测量误差小于0.2℃。通过对压力传感器的实验研究,获得了压力测量的温度补偿公式,使压力测量的误差小于0.5%。通过在流量标准装置上的实验表明,标准体积流量测量误差小于0.7%。最后根据实验数据对能量测量进行了不确定度分析。 【关键词】：分流比 能量计量 在线校准 流体仿真 温度补偿
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE978
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• abstract7-15
• 1 绪论15-24
• 1.1 课题研究背景和意义15-17
• 1.2 天然气能量计量方法和国内外发展现状17-22
• 1.2.1 天然气能量计量原理和方法17-19
• 1.2.2 天然气计量国内外发展现状19-20
• 1.2.3 在线校准方法国内外发展现状20-22
• 1.3 课题研究目的和内容22-24
• 2 天然气能量计量仪表结构设计与数值模拟24-34
• 2.1 仪表结构设计24-25
• 2.2 仪表分流比影响因素分析25
• 2.3 仪表结构建模与仿真25-27
• 2.3.1 网格的生成26
• 2.3.2 FLUENT参数的设置26-27
• 2.4 数值模拟结果分析27-33
• 2.4.1 分流比公式的选择27-28
• 2.4.2 不同参数下分流比与流量的关系28-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 硬件电路设计34-40
• 3.1 整体电路设计34
• 3.2 流量检测34-35
• 3.3 温度压力检测电路35-36
• 3.4 液晶显示电路36-37
• 3.5 日历时钟电路37
• 3.6 按键电路37-38
• 3.7 通讯模块38-39
• 3.8 外部存储电路39
• 3.9 本章小结39-40
• 4 系统软件设计40-46
• 4.1 软件主程序流程40-41
• 4.2 中断服务程序41
• 4.3 流量检测子程序41-42
• 4.4 能量计算子程序42
• 4.5 温度压力检测子程序42-43
• 4.6 键盘子程序43-44
• 4.7 通讯子程序44-45
• 4.8 本章小结45-46
• 5 实验研究及数据分析46-59
• 5.1 温度传感器实验46-47
• 5.2 压力传感器的温度补偿实验47-49
• 5.2.1 实验设备介绍47-48
• 5.2.2 实验方案介绍和数据分析48-49
• 5.2.3 实验结果验证49
• 5.3 流量实验49-51
• 5.3.1 实验平台介绍49
• 5.3.2 实验方案介绍和数据分析49-51
• 5.4 分流比实验51-55
• 5.4.1 实验平台介绍51-52
• 5.4.2 实验方案介绍和误差分析52-55
• 5.5 不确定度分析55-58
• 5.5.1 不确定度的分类和评定方法55-56
• 5.5.2 仪表的不确定度评定56-58
• 5.6 本章小结58-59
• 6 全文总结及展望59-61
• 6.1 全文总结59
• 6.2 展望59-61
• 参考文献61-64
• 附录A 天然气能量仪表实物图64-65
• 附录B 高低温下压力传感器实验数据表格65-70
• 作者简介70

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