温度噪声相关测速方法的系统误差与自标定

    1前言

    相关法测速是一种在线测量流动参数的方法.它具有许多独到的优点，特别是在测量环境受到限制、普通方法不能使用的场合，优点尤为突出。

    相关法测速最早的成功应用是固体运动速度的测量，它被理论上和实践上证明是一种绝对速度的测量方法。假定流体流动为凝固态的，人们将相关测速应用于流体流 速的测量，很自然地也期望它是一种绝对流速测量方法。但分析表明，流体的温度噪声相关测速方法存在系统误差，使得相关测速方法不能作为绝对流速测量方法。 那么，相关测速系统是否需要标定?在许多场合，如在反应堆上，标定是无法进行的.本文提出了一种不依赖外加设备而仅仅由系统本身的特性得到系统误差的修正 量的方法—自标定方法.该方法不受测量环境的.限制，适用于任何温噪声相关测速的场合

    2流体温度噪声在湍流扩散作用下系统误差的主要来源和分析

    2.1流体温度嗓声在湍流扩散作用下的传递行为

    流体温度噪声是非热平衡态流体内部的具有不同温度的流体团在空间上分布不均匀引起的。这些不同温度的流体团在流体流动过程中，由于热传导和湍流扩散作用在 流体团之间不断进行能量交换，这一过程支配了温度噪声在流体流动中的传递行为。对相关测速的研究，只需关心流体噪声在运动方向上的轴向传递。基于这些假 设，可以得到流动噪声的传递过程的时间脉冲响应函数〔，〕:

    式中，D为湍流扩散系数，v为流体流速，m/s;T为真实的渡越时间，S;t为时间变量，s。

    对直径26m亩的试验管道，对不同的传感器间距L(L一Tv)和不同流速v，计算脉冲响应函数如图1和图2所示，(图中，T为真实的渡越时间，扩散系数D参考了文献【2〕的结果，自变量选时间变量t与真实渡越时间T的比值(m一t/T)。图1、2表明:

    1.在湍流扩散作用支配下，温度噪声传递过程的脉冲响应函数的峰值位置小于真实渡越时间T;

    2.脉冲响应函数相对于峰值位置是左右不对称的，其右侧面积大于左侧面积;

    3.脉冲响应函数的峰值位置相对于真实渡越时间的偏移及其不对称性随传感器间距L的增大而减小(见图1)。

    2.2窄带温度噪声信号与不对称脉冲响应函数的卷积作用

    温度噪声信号的频带很窄，因而其自相关函数压(ACF)的峰较宽(见图3)。由前面的分析可知，温度噪声传递过程的脉冲响应函数的峰值左右侧是不对称的，右侧具有一定的拖尾。