● 摘要
长期以来，工业现场普遍需要拆装方便、大量程的流量诊断装置，而传统串联接入式的测量装置装卸时需要破坏管道并且量程比小，其在工业现场的使用受到很大制约。本论文以气动节能工业中设备泄漏和管路气体流速的测量为背景，针对工业现场迫切需求接入方便的大量程流量测量诊断设备的现状，开展了并联接入式气体流量测量方法的基础研究，并首次提出了基于基准流量的并联接入式气体泄漏量测量方法和并联接入式管路气体流速测量方法。本论文开展的主要研究工作有：（1）提出了基于基准流量的并联接入式气体泄漏量测量方法，引入基准流量，消除未知容积的影响的同时可以增大量程比；采用一种非线性微分跟踪器的滤波方法求解压力的变化率，消除了采样过程中的噪声影响。由于温度对小流量的测量影响较大，本文根据集中参数法建立容器放气过程的数学模型，针对模型中难以测定的换热系数，提出了基于大空间自然对流换热模型，根据这个模型仿真得到的压力曲线与实验结果很一致。由于热交换的存在，容器的放气过程中多变指数不断变化，从1.4开始逐渐减小并趋近于1，论文把基于大空间自然对流换热的放气热力学模型和放气压力曲线相结合，从放气的初始状态递推得到放气过程中容器内空气的平均温度和放气过程的多变指数。最后通过实验，证明该方法能有效的减轻温度变化对测量精度的影响。（2）提出了基于压力波传播的并联接入式管路气体流速测量方法，根据分布参数法，以一维非定常流理论建立了压力波在管路中传播的数学模型，通过仿真计算分析了压力波在管路中顺流和逆流传播的压力衰减规律，并以此为依据设计压力波的发生装置。（3）利用压力波在管路中顺流和逆流传播的时间差计算管路气体的流速；为了提高测量精度，本文采用基于小波滤波理论和三次样条插值的时延估计方法设计了压力波的识别算法，并分析了算法的计算效率；同时根据Hilbert-Huang(HHT) 变换提取了压力波信号的时域、频域以及时频域特征，最后从理论上分析了测量误差的影响因素，并通过实验进行验证。（4）提出了基于管路压力差的工业管路气体流速测量方法，建立流速测量的数学模型，并比较基于小波滤波和均值滤波两种测量算法的计算精度和效率，并从理论上推导了测量误差的影响因素，最后通过结果进行验证。（5）搭建了流量测量的实验平台，根据美国气体工业联合会（Amercian Gas Assciosation, A.G.A.）的气体流量计详细检验流程，对并联接入式的流量测量方法进行实流标定，检验方法的可行性。（6）总结全文的研究工作，阐述研究结论和创新点。