摘要:通(tōng)過對渦街流(liu)量計 的儀表(biǎo)常數随着流(liú)速的變化而(er)略有起伏這(zhè)個規律🈚的觀(guan)察與總結,建(jian)立數學模型(xíng),并根據這個(ge)數學模型⚽,可(ke)以在不⚽同的(de)流速段對儀(yí)表常數做适(shi)當的補償,可(kě)以提高❤️渦街(jie)流量計的計(jì)算精度。該方(fang)案通過單片(pian)機809C51實現。
1引言(yan)
　　根據多年的(de)應用經驗以(yi)及大量的現(xiàn)場數據,我們(men)🐅發🔞現渦街流(liu)量計的儀表(biǎo)常數與流體(tǐ)的流速存在(zai)一定的關系(xi),本文通過尋(xun)找渦街流量(liàng)計儀表常數(shu)與流體流速(su)的關系，建立(lì)了兩者的數(shù)學模型,在流(liu)量計算時對(dui)它進行補償(chang),提高了計算(suàn)精度。
1.1渦街流(liú)量計的工作(zuo)原理
　　渦街流(liu)量計是基于(yu)卡門渦街原(yuan)理制成的一(yī)-種流.體振蕩(dang)性流🏃‍♂️量計,即(jí)在流動的流(liú)體中放置一(yi)個非流線型(xing)的㊙️對稱形狀(zhuàng)⛷️的物體(渦街(jiē)流量傳感器(qi)中稱⛱️之爲漩(xuán)渦發生體),就(jiu)會在其下流(liú)兩側産生兩(liǎng)列有規律的(de)漩🐕渦,即卡門(mén)渦街其漩♉渦(wo)頻率正比于(yú)流體速度:
 
　　式(shì)中:F一旋渦頻(pin)率;d一漩渦發(fa)生體寬度;u一(yi)流體速度;St一(yī)斯特勞哈爾(ěr)數。
　　St的值與漩(xuán)渦發生體寬(kuān)度d和雷諾數(shù)Re有關。當Re<2x104時,S,爲(wèi)變數:當Re在2x104~7x106的(de)範圍内,St值基(jī)本上保持不(bú)變。
上式表明(ming),當d和St爲定值(zhi)時,漩渦産生(sheng)的頻率F與流(liú)體的平均流(liu)速u成正比，利(lì)用這-特性制(zhì)成了渦街流(liu)量計。
1.2渦街流(liu)量計的特點(dian)
(1)輸出的信号(hào)是與流速成(cheng)正比的脈沖(chòng)信号，便于數(shù)⭕據處理和計(ji)⛷️算機聯網。
(2)量(liàng)程範圍寬,精(jing)度高。
(3)無可動(dòng)部件，可靠性(xìng)較高,結構簡(jiǎn)單，便于安裝(zhuāng)維修。
(4)檢測元(yuán)件與被測介(jie)質不直接接(jie)觸,不受流體(tǐ)的化🌏學性質(zhì)影響,應用範(fan)圍寬，壽命長(zhǎng)。
(5)抗幹擾能力(lì)強,容易進行(háng)流量計算,不(bú)受流，體物理(lǐ)性質的影😘響(xiang),給儀表的标(biāo)定和使用帶(dai)來了方便。
2誤(wu)差的産生及(jí)補償
2.1非線性(xìng)誤差的産生(sheng)
　　由于渦街傳(chuán)感器所測的(de)并不是平均(jun)流速,而是漩(xuán)渦發生體兩(liǎng)側的流速。對(duì)于湍流狀态(tai),不同的雷諾(nuo)數下,流速分(fen)布😘規律📞是不(bu)同的,即不同(tóng)的流速下具(ju)有不同的流(liu)速分布,進而(ér)說明了渦街(jie)流量傳感器(qì)🔴檢測到的主(zhǔ)要反映漩渦(wo)發生體兩側(cè)的流速,與管(guan)💯道平均流速(su)的關系不是(shì)唯一确定的(de)🌈。這說明渦街(jie)流量傳感器(qi)的非線性誤(wu)差是其檢測(ce)機理所決定(dìng)的。在實際使(shǐ)用時,先繪出(chū)🔞傳感器的💃🏻儀(yí)表常數與流(liú)體流速的試(shì)驗曲線,據此(ci)得到不同流(liu)速段的實際(ji)儀表常數。本(běn)文應用MCS-51單片(pian)機系列的89C51将(jiāng)試驗曲線事(shì)先固化于流(liú)量計的EPROM中,用(yong)戶結合現場(chǎng)具體工作情(qing)況通過鍵盤(pan)輸人平均儀(yí)表㊙️常數Kp的值(zhi)(Kp=(Kmax+Kmin)/2),實現了渦街(jie)☁️傳感器的非(fēi)線性修正。
2.2儀(yi)表常數與流(liú)體流速的關(guan)系及分段補(bǔ)償
　　我們知道(dao)渦街流量計(ji)頻率與流量(liang)成正比,理論(lùn)上講,渦街♊流(liu)量計輸出頻(pin)率與流速成(cheng)正比,也就是(shi)說儀表常數(shu)☀️恒定。實際上(shang),由于流量計(jì)本身的因素(sù)導緻兩者之(zhi)間存在一定(dìng)程度的非線(xiàn)性誤差。鑒此(ci),我們做出了(le)🤞一條儀表常(cháng)數與流速的(de)實驗💁關系曲(qu)線,如圖1所示(shì)。圖中各點坐(zuò)标分别爲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(zhen)對這種誤差(chà)規律,我們采(cai)取分段補償(chang)的方式進❓行(hang)誤差修正。由(yóu)圖1可以看出(chū),随着流速的(de)降低，曲線偏(pian)離👌平均值越(yue)大,對此我們(men)采用的方法(fa)可以達到兩(liǎng)個目的:
(1)無論(lùn)偏差值多大(dà),隻要它有規(gui)律可循,就可(ke)補償修正,還(hai)🐕可💯以把流量(liang)的下限即Vmin在(zài)坐标上向左(zuǒ)移動,即擴大(dà)傳感器的量(liang)程。.
 
(2)根據精度(dù)要求合理劃(huà)分區間，在誤(wu)差大的低流(liu)速區❤️間線段(duan)取密一些,在(zài)誤差小的高(gāo)流速區間可(ke)适當将區間(jian)放寬。
爲了滿(man)足修正後非(fēi)線性誤差在(zài)0.3%以下的要求(qiú)，我們根據🔴理(lǐ)論㊙️分析和曲(qǔ)線規律,分别(bié)在12%Vmax、60%Vmax處增加兩(liang)點(見圖2),坐标(biao)分别爲G(12%Vmax,Kp),H(60%Vmax,0.998Kp)。理由(yóu):①Vmin/Vmax=8%~9%;②DE曲線間無拐(guai)點且下凹;③AB曲(qu)線間無拐點(dian)⭕且下凹。這樣(yang)，把整個流速(sù)範圍分成了(le)六段,如表1。這(zhe)樣📐處理後,可(ke)修正非線🐉性(xing)誤差在0.3%以下(xia)。
 
2.3補償後非線(xiàn)性誤差計算(suàn)及驗證
　　表2爲(wèi)補償後各段(duàn)儀表常數的(de)非線性誤差(chà)計算值。
　　下面(mian)用某廠生産(chan)口徑爲Dg80的渦(wō)街流量計爲(wei)例驗證補償(chang)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻效☂️果(産品編(bian)号:04150)。
　　表3爲原始(shi)檢測數據。
　　平(ping)均儀表常數(shù):
Kp=(Kmax+Kmin)/2=2132.4305
　　非線性誤差(chà):
δ=(Kmax-Kmin)/(Kmax+Kmin)x100%=0.62%
 
　　表4爲補償後(hou)的各段儀表(biǎo)常數以及非(fēi)線性誤差計(jì)算值☁️。由此可(ke)見,補償後精(jīng)度得到了提(ti)高。
 
2.4計算流量(liang)
　　瞬時流量計(ji)算公式:
 
Q=qvt
　　式中(zhong):fi、Ki-----第i頻率段的(de)漩渦分離頻(pin)率和相應的(de)儀表常數;t---累(lèi)計時間。
 
3系統(tǒng)的實現
3.1系統(tǒng)可以實現的(de)功能
(1)以89C51爲核(hé)心元件,X25045存儲(chǔ)數據。
(2)采用82C79單(dan)片機，可以同(tóng)時顯示瞬時(shí)流量(4位)以及(ji)累積流♈量(6位(wei)+2位‼️幂數),其顯(xiǎn)示單位爲體(ti)積流量。
(3)具有(yǒu)掉電檢測、保(bao)護功能(HT7044監測(ce)電壓),掉電後(hou)數據存人X25045中(zhōng)📧。
(4)具有看門狗(gǒu)功能。
(5)采用鍵(jian)盤輸人,輸入(rù)内容包括:儀(yi)表常數、瞬時(shi)流量上限、瞬(shun)時😍流量下限(xiàn)等。
3.2主要程序(xu)模塊
(1)主程序(xu)。
(2)定時器中斷(duàn)服務程序。
(3)鍵(jian)盤中斷處理(lǐ)子程序。
(4)掉電(dian)處理子程序(xu)。
(5)25045讀/寫狀态寄(jì)存器子程序(xu)。
(6)瞬時流量計(ji)算程序SSJS。
(7)累積(jī)流量計算程(chéng)序LJJS。
(8)量程判别(bie)子程序CSDS。
4結束(shu)語
　　用單片機(jī)89C51驗證了誤差(chà)補償的數學(xué)模型，并實現(xiàn)了高🏒精度智(zhì)能渦街流量(liang)積算儀的設(shè)計，通過對儀(yí)表常數的修(xiū)正使系統的(de)精度有很大(dà)的提高，可以(yǐ)使渦街流量(liang)積算儀達到(dao)0.5級标準。采用(yòng)89C51單片機使系(xì)統的穩定性(xìng)和快速性都(dou)得到了提高(gāo),82C79專用的鍵盤(pán)顯示接口芯(xin)片🐕,代替單片(pian)機完成鍵盤(pan)和顯示器的(de)許多接口操(cao)作，X25045可♈以将數(shu)據實時㊙️存儲(chǔ)起來。系統🤩軟(ruan)硬件設計合(hé)理、可行,具有(you)工程實用價(jià)⭕值。

本文來源(yuán)于網絡,如有(yǒu)侵權聯系即(ji)删除！