摘要:通過(guò)對渦(wō)街流(liú)量計(jì) 的儀表常數随着流速的(de)變化(huà)而略有(yǒu)起伏(fú)這(zhè)個規(guī)律的(de)觀察(chá)與總結,建立數(shù)學模型,并根據這個(gè)數(shù)學模型(xíng),可以在不(bú)同的流速段對(duì)儀表(biǎo)常數做(zuò)适當的補償(cháng),可以提高(gāo)渦街流量計的(de)計算精度。該方案通過單片機(jī)809c51實現。
1引言
　　根據(jù)多年(nián)的應用經(jīng)驗以及(jí)大量的(de)現場數據,我們(men)發現渦(wō)街(jiē)流量計的(de)儀表常數(shù)與流(liú)體(tǐ)的(de)流速(sù)存在一定(dìng)的關(guān)系,本(běn)文通(tōng)過尋(xún)找渦街流(liú)量計儀表(biǎo)常數(shù)與流體流速的關系(xì)，建立了(le)兩(liǎng)者的數學模型(xíng),在流(liú)量計算(suàn)時(shí)對它進行補償,提高(gāo)了計算精度。
1.1渦街流(liú)量計的工(gōng)作原理
　　渦(wō)街流(liú)量計是基于卡門渦街原(yuán)理制成的一-種流.體(tǐ)振蕩性流量計(jì),即在流動的(de)流(liú)體中放置(zhì)一個非流線(xiàn)型的對稱形(xíng)狀的(de)物體(tǐ)(渦街流量傳感(gǎn)器中稱之爲漩渦發生體(tǐ)),就會(huì)在其下(xià)流兩側(cè)産生(shēng)兩(liǎng)列有規(guī)律的漩渦,即卡(kǎ)門渦街其漩渦(wō)頻率正比(bǐ)于流(liú)體速(sù)度:
 
　　式中:f一旋渦頻率;d一漩(xuán)渦發生體寬度(dù);u一流體(tǐ)速度;st一(yī)斯特(tè)勞(láo)哈爾數(shù)。
　　st的值(zhí)與(yǔ)漩渦發生體(tǐ)寬度d和雷(léi)諾數re有關。當re<2x104時,s,爲變數:當(dāng)re在2x104~7x106的(de)範圍内,st值基本上保(bǎo)持不變。
上(shàng)式表明,當d和st爲(wèi)定(dìng)值時,漩渦産(chǎn)生的頻率f與流(liú)體的(de)平均(jun1)流速(sù)u成正(zhèng)比，利用這(zhè)-特性(xìng)制成了渦(wō)街流量計。
1.2渦街(jiē)流量(liàng)計的特(tè)點
(1)輸出的信号是(shì)與流速成正比(bǐ)的脈(mò)沖信(xìn)号，便于數據處理和(hé)計算機(jī)聯(lián)網。
(2)量(liàng)程範圍寬(kuān),精度(dù)高。
(3)無可(kě)動部件(jiàn)，可靠性較(jiào)高,結(jié)構簡單(dān)，便于安(ān)裝維(wéi)修。
(4)檢(jiǎn)測元件與被測(cè)介質不直接(jiē)接(jiē)觸,不(bú)受流(liú)體的(de)化學(xué)性質影響,應用(yòng)範圍寬，壽(shòu)命(mìng)長。
(5)抗幹擾能(néng)力強(qiáng),容易進(jìn)行(háng)流量計算(suàn),不受流，體物理性質(zhì)的影(yǐng)響,給儀表的标(biāo)定和使(shǐ)用(yòng)帶來(lái)了方便(biàn)。
2誤差的(de)産生及補償
2.1非線(xiàn)性誤(wù)差的産(chǎn)生
　　由于渦街傳(chuán)感器所測的并(bìng)不是(shì)平(píng)均流速,而是(shì)漩渦發生(shēng)體兩側的流速(sù)。對于(yú)湍流狀(zhuàng)态(tài),不同(tóng)的(de)雷諾數(shù)下,流速分布規律是不(bú)同的,即不同的流速下(xià)具有不同的流(liú)速分布,進(jìn)而說明了渦(wō)街流量傳感器檢測到(dào)的主要反(fǎn)映漩(xuán)渦發生體兩(liǎng)側(cè)的流(liú)速(sù),與管道平均(jun1)流速的關系不(bú)是唯一确(què)定的(de)。這說明渦(wō)街流量傳感器的非(fēi)線性誤差(chà)是其檢(jiǎn)測機理(lǐ)所決定(dìng)的。在實(shí)際使(shǐ)用時(shí),先繪(huì)出傳感器的儀表常數(shù)與(yǔ)流體(tǐ)流速(sù)的試驗曲(qǔ)線,據此得到不同流速段的實(shí)際儀表常數。本(běn)文應用mcs-51單片機系列(liè)的(de)89c51将試驗曲線(xiàn)事先固化(huà)于流量計(jì)的eprom中(zhōng),用戶結合現場(chǎng)具體工作情況(kuàng)通過鍵盤輸人(rén)平均(jun1)儀表(biǎo)常數kp的值(zhí)(kp=(kmax+kmin)/2),實現了渦(wō)街傳(chuán)感(gǎn)器的非線性(xìng)修正。
2.2儀表(biǎo)常數與流(liú)體流(liú)速的(de)關系及分(fèn)段補償
　　我們知(zhī)道渦(wō)街流量計(jì)頻率與流量成(chéng)正比,理論(lùn)上講(jiǎng),渦街流量(liàng)計輸(shū)出頻率(lǜ)與流速(sù)成正(zhèng)比,也就(jiù)是說儀(yí)表常(cháng)數恒(héng)定。實際(jì)上(shàng),由于(yú)流量計本身的(de)因(yīn)素導(dǎo)緻兩者(zhě)之間(jiān)存在一定程度的非(fēi)線性(xìng)誤差(chà)。鑒此,我們(men)做出(chū)了一條儀表常(cháng)數與流速(sù)的實驗關(guān)系曲(qǔ)線,如圖1所(suǒ)示。圖(tú)中各點坐(zuò)标分(fèn)别爲a(vmin,1.0049kp),b(15%vmax,0.997kp),c(30%vmax0.992853kp),d(50%vmax,0.94883kp),e(75%vmax,kp),f(vmax,kp)。
針(zhēn)對這種(zhǒng)誤差規律,我們(men)采取(qǔ)分段補償(cháng)的方式進行誤(wù)差修(xiū)正。由圖1可(kě)以看出,随着流(liú)速的降低，曲線(xiàn)偏離平均值越(yuè)大,對此我們采(cǎi)用的(de)方法可以(yǐ)達到兩(liǎng)個(gè)目的(de):
(1)無論(lùn)偏差(chà)值多(duō)大,隻要(yào)它(tā)有規(guī)律可(kě)循,就可補償修(xiū)正(zhèng),還可以(yǐ)把流量的下限(xiàn)即(jí)vmin在(zài)坐标(biāo)上向(xiàng)左移動,即(jí)擴大(dà)傳感器(qì)的量程(chéng)。.
 
(2)根據精度(dù)要求合理(lǐ)劃分區間，在誤差大(dà)的低(dī)流速區間線段(duàn)取密一些,在誤差小(xiǎo)的高(gāo)流速(sù)區間(jiān)可适當将(jiāng)區間(jiān)放寬(kuān)。
爲了(le)滿足(zú)修正(zhèng)後(hòu)非線性誤差在0.3%以(yǐ)下的(de)要(yào)求(qiú)，我們根據理論(lùn)分析(xī)和曲線規律,分(fèn)别在12%vmax、60%vmax處增加兩(liǎng)點(見圖2),坐(zuò)标分别爲(wèi)g(12%vmax,kp),h(60%vmax,0.998kp)。理由:①vmin/vmax=8%~9%;②de曲線間無拐點(diǎn)且下(xià)凹;③ab曲線間(jiān)無拐(guǎi)點且下凹(āo)。這樣，把整個流(liú)速範(fàn)圍分成了(le)六段(duàn),如表(biǎo)1。這樣處理(lǐ)後,可修(xiū)正非線(xiàn)性誤差(chà)在(zài)0.3%以(yǐ)下。
 
2.3補償(cháng)後非線性(xìng)誤差計算及驗(yàn)證
　　表2爲補償後(hòu)各段(duàn)儀表常數(shù)的非線(xiàn)性誤差(chà)計算(suàn)值。
　　下面用(yòng)某廠生(shēng)産口徑(jìng)爲dg80的渦街流量(liàng)計爲例驗(yàn)證補(bǔ)償效(xiào)果(産品編号:04150)。
　　表3爲原始檢測數(shù)據(jù)。
　　平均儀表常數:
kp=(kmax+kmin)/2=2132.4305
　　非(fēi)線性誤差(chà):
δ=(kmax-kmin)/(kmax+kmin)x100%=0.62%
 
　　表4爲補償(cháng)後的各段儀表(biǎo)常數(shù)以及非線性誤差(chà)計(jì)算值。由此(cǐ)可見(jiàn),補償(cháng)後精(jīng)度(dù)得(dé)到了提高(gāo)。
 
2.4計算流量(liàng)
　　瞬時流量(liàng)計算(suàn)公式(shì):
 
q=qvt
　　式中:fi、ki-----第i頻(pín)率段(duàn)的漩(xuán)渦分(fèn)離(lí)頻(pín)率和相應(yīng)的儀表常(cháng)數(shù);t---累(lèi)計時(shí)間。
 
3系統的(de)實現
3.1系統可以(yǐ)實現(xiàn)的功能
(1)以89c51爲核心元(yuán)件,x25045存(cún)儲數據(jù)。
(2)采(cǎi)用82c79單(dān)片機，可以(yǐ)同時(shí)顯示瞬時流量(liàng)(4位)以及累積流量(6位(wèi)+2位幂數),其(qí)顯示單位爲體(tǐ)積流量。
(3)具有掉電檢測、保護功(gōng)能(ht7044監(jiān)測電壓),掉(diào)電後數據(jù)存人(rén)x25045中。
(4)具有看門狗(gǒu)功能(néng)。
(5)采(cǎi)用鍵盤(pán)輸人,輸入内容(róng)包括(kuò):儀表常數、瞬時流量上限(xiàn)、瞬時流(liú)量下限等。
3.2主要程序模(mó)塊
(1)主程序。
(2)定時器中斷服務程(chéng)序。
(3)鍵盤(pán)中斷處(chù)理子(zǐ)程序。
(4)掉電(diàn)處理子程(chéng)序。
(5)25045讀(dú)/寫狀态(tài)寄存器(qì)子程(chéng)序。
(6)瞬(shùn)時流量(liàng)計算(suàn)程序ssjs。
(7)累(lèi)積流量計算(suàn)程(chéng)序ljjs。
(8)量程判别子(zǐ)程序csds。
4結(jié)束語
　　用(yòng)單片(piàn)機89c51驗證了(le)誤差補償(cháng)的數(shù)學模(mó)型，并實現(xiàn)了高精度(dù)智能渦街流量積算(suàn)儀的設計，通過對儀(yí)表常數的(de)修正(zhèng)使系統的精度有很大的(de)提高，可(kě)以使渦(wō)街流量(liàng)積算儀(yí)達到0.5級标準。采(cǎi)用89c51單片機使系(xì)統的穩(wěn)定性和(hé)快速(sù)性都得到了提高,82c79專用的鍵(jiàn)盤顯(xiǎn)示接口(kǒu)芯片,代替(tì)單片(piàn)機完成鍵盤和(hé)顯示器(qì)的(de)許多接口(kǒu)操作(zuò)，x25045可以(yǐ)将數據實時存(cún)儲起(qǐ)來。系統軟(ruǎn)硬件設計(jì)合理、可行(háng),具有工程(chéng)實用(yòng)價(jià)值。

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