基于MEMS技术的热式流量检测方法及其系统研究

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本文结合杭州市科技创新项目“基于MEMS技术的嵌入式智能质量流量计”和国家自然科学基金资助项目“基于温度场模型及特征提取的大型变压器远程诊断方法与技术的研究”(编号:50575095),开展基于MEMS的热式流量检测方法和系统的研究工作,建立了热分布式微流量计在恒功率模式和恒温模式下的数学模型,分析了流量计的响应特性、灵敏度和测量误差,设计了基于虚拟仪器和多Agent系统技术的流量监测系统总体框架,对于研究和开发频响快、精度高、量程大的新型热式流量计以及开展远程流量监测,具有重要的意义和良好的前景。论文的主要研究内容及章节安排如下:第一章阐述了流量检测及其研究的意义,介绍了流量检测技术的主要分类方法和发展趋势,论述了热损失式、热分布式和热脉冲式等三种热式流量检测技术的研究现状及MEMS技术在热式流量计中的应用,分析了远程流量监测系统的应用现状和发展趋势,最后结合课题提出了本论文的研究内容,给出了论文的总体结构。第二章引入传热学基本理论,分析了热分布式微流量计的热传递规律,建立了流量计的传热微分方程。根据流量计在恒功率模式和恒温模式下不同的边界条件分别对微分方程进行求解,从而得出这两种模式下的热分布式微流量计数学模型。最后利用有限元分析方法对模型进行验证,分析了模型的误差来源。第三章根据建立的热分布式微流量计数学模型,分析了流量计的响应特性和灵敏度,论述了流量计结构尺寸参数的取值和加工误差对响应特性和测量误差的影响,最后对微流量传感器进行了总体设计。第四章阐述了流量监测系统的基本构成;分析了其目前发展中存在的重要问题;采用GPRS无线通讯技术、虚拟仪器技术和多Agent技术,设计并分析了基于Agent和空间概念的流量监测系统总体框架。第五章针对流量监测系统总体框架中软件空间实现时需要解决的两个关键问题,即通讯系统设计和运行机制实现,分析了LabVIEW开发平台和Agent概念的相关特性,并进行了流量监测原型系统的设计,最后提出了基于配置表的系统组态设计方式。第六章对全文研究工作进行了总结,并结合课题对其发展进行了展望。
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