渦街流量計(jì)儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系及分段補(bǔ)償，通過對(duì)渦街流量計(jì)的儀表常數(shù)隨著流速的變化而略有起伏這個(gè)規(guī)律的觀察與總結(jié)，建立數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)這個(gè)數(shù)學(xué)模型，可以在不同的流速段對(duì)儀表常數(shù)做適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，可以提高渦街流量計(jì)的計(jì)算精度，該方案通過單片機(jī)809C51實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)多年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)以及大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)渦街流量計(jì)的儀表常數(shù)與流體的流速存在一定的關(guān)系，本文通過尋找渦街流量計(jì)儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系，建立了兩者的數(shù)學(xué)模型，在流量計(jì)算時(shí)對(duì)它進(jìn)行補(bǔ)償，提高了計(jì)算精度。
1.1 渦街流量計(jì)的工作原理
渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理制成的一種流體振蕩性流量計(jì)，即在流動(dòng)的流體中放置一個(gè)非流線型的對(duì)稱形狀的物體(渦街流量傳感器中稱之為漩渦發(fā)生體)，就會(huì)在其下流兩側(cè)產(chǎn)生兩列有規(guī)律的漩渦，即卡門渦街其漩渦頻率正比于流體速度:
1.2 渦街流量計(jì)的特點(diǎn)
(1)輸出的信號(hào)是與流速成正比的脈沖信號(hào)，便于數(shù)據(jù)處理和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。
(2)量程范圍寬，精度高。
(3)無可動(dòng)部件，可靠性較高，結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝維修。
(4)檢測元件與被測介質(zhì)不直接接觸，不受流體的化學(xué)性質(zhì)影響，應(yīng)用范圍寬，壽命長。
(5)抗干擾能力強(qiáng)，容易進(jìn)行流量計(jì)算，不受流體物理性質(zhì)的影響，給儀表的標(biāo)定和使用帶來了方便。
2 誤差的產(chǎn)生及補(bǔ)償
2.1 非線性誤差的產(chǎn)生
由于渦街傳感器所測的并不是平均流速，而是漩渦發(fā)生體兩側(cè)的流速。對(duì)于湍流狀態(tài)，不同的雷諾數(shù)下，流速分布規(guī)律是不同的，即不同的流速下具有不同的流速分布，進(jìn)而說明了渦街流量傳感器檢測到的主要反映漩渦發(fā)生體兩側(cè)的流速，渦街流量計(jì)出售，與管道平均流速的關(guān)系不是確定的。這說明渦街流量傳感器的非線性誤差是其檢測機(jī)理所決定的。在實(shí)際使用時(shí)，先繪出傳感器的儀表常數(shù)與流體流速的試驗(yàn)曲線，據(jù)此得到不同流速段的實(shí)際儀表常數(shù)。本文應(yīng)用MCS251單片機(jī)系列的89C51將試驗(yàn)曲線事先固化于流量計(jì)的EPROM中，渦街流量計(jì)廠，用戶結(jié)合現(xiàn)場具體工作情況通過鍵盤輸入平均儀表常數(shù)KP的值(KP= (Kmax+Kmin) /2)，實(shí)現(xiàn)了渦街傳感器的非線性修正。
2.2 儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系及分段補(bǔ)償
我們知道渦街流量計(jì)頻率與流量成正比，理論上講，渦街流量計(jì)輸出頻率與流速成正比，也就是說儀表常數(shù)恒定。實(shí)際上，由于流量計(jì)本身的因素導(dǎo)致兩者之間存在一定程度的非線性誤差。鑒此，我們做出了一條儀表常數(shù)與流速的實(shí)驗(yàn)關(guān)系曲線，如圖1所示。圖中各點(diǎn)坐標(biāo)分別為A(Vmin，1.004 9KP)，B(15%Vmax，0.997KP)，C(30%Vmax，0.992853KP)，D(50%Vmax，0.994883KP)，E(75%Vmax，KP)，F(xiàn)(Vmax，KP)。
針對(duì)這種誤差規(guī)律，渦街流量計(jì)現(xiàn)貨，我們采取分段補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行誤差修正。由圖1可以看出，隨著流速的降低，曲線偏離平均值越大，對(duì)此我們采用的方法可以達(dá)到兩個(gè)目的:
(1)無論偏差值多大，只要它有規(guī)律可循，就可補(bǔ)償修正，還可以把流量的下限即Vmin在坐標(biāo)上向左移動(dòng)，即擴(kuò)大傳感器的量程。
(2)根據(jù)精度要求合理劃分區(qū)間，在誤差大的低流速區(qū)間線段取密一些，在誤差小的高流速區(qū)間可適當(dāng)將區(qū)間放寬。
為了滿足修正后非線性誤差在0. 3%以下的要求，我們根據(jù)理論分析和曲線規(guī)律，分別在12%Vmax、60%Vmax處增加兩點(diǎn)(見圖2)，坐標(biāo)分別為G(12%Vmax，KP)，H(60%Vmax，0.998KP)。理由:
?、賄min/Vmax=8% ~9%;②DE曲線間無拐點(diǎn)且下凹;③AB曲線間無拐點(diǎn)且下凹。這樣，把整個(gè)流速范圍分成了六段，如表1。這樣處理后，可修正非線性誤差在0.3%以下。
2.3 補(bǔ)償后非線性誤差計(jì)算及驗(yàn)證
表2為補(bǔ)償后各段儀表常數(shù)的非線性誤差計(jì)算值。
下面用某廠生產(chǎn)口徑為Dg80的渦街流量計(jì)為例驗(yàn)證補(bǔ)償效果(產(chǎn)品編號(hào):04150)。表3為原始檢測數(shù)據(jù).
2.4 計(jì)算流量
瞬時(shí)流量計(jì)算公式:
3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
3.1 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能
(1)以89C51為元件，X25045存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
(2)采用82C79單片機(jī)，可以同時(shí)顯示瞬時(shí)流量(4位)以及累積流量(6位+2位冪數(shù))，其顯示單位為體積流量。
(3)具有掉電檢測、保護(hù)功能(HT7044監(jiān)測電壓)，掉電后數(shù)據(jù)存入X25045中。
(4)具有看門狗功能。
(5)采用鍵盤輸入，輸入內(nèi)容包括:儀表常數(shù)、瞬時(shí)流量上限、瞬時(shí)流量下限等。
3.2 主要程序模塊
(1)主程序。
(2)定時(shí)器中斷服務(wù)程序。
(3)鍵盤中斷處理子程序。
(4)掉電處理子程序。
(5)25045讀/寫狀態(tài)寄存器子程序。
(6)瞬時(shí)流量計(jì)算程序SSJS。
(7)累積流量計(jì)算程序LJJS。
(8)量程判別子程序CSDS。
用單片機(jī)89C51驗(yàn)證了誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型，并實(shí)現(xiàn)了智能渦街流量積算儀的設(shè)計(jì)，通過對(duì)儀表常數(shù)的修正使系統(tǒng)的精度有很大的提高，可以使渦街流量積算儀達(dá)到0. 5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，采用89C51單片機(jī)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性都得到了提高，82C79的鍵盤顯示接口芯片，代替單片機(jī)完成鍵盤和顯示器的許多接口操作，渦街流量計(jì)，X25045可以將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)起來，系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)合理、可行，具有工程實(shí)用價(jià)值。
分體式渦街流量計(jì)是一種適用于高溫場合測量蒸汽的流量計(jì)，可以避免干擾信號(hào)對(duì)儀表測量的影響。那么它有哪些特點(diǎn)呢？
1、不受溫度、壓力的影響，同時(shí)不易堵，不易結(jié)垢，耐高溫，高壓，適用于惡劣環(huán)境。
2、產(chǎn)品無磨損、耐臟污，無須機(jī)械維修，使用壽命長。
3、電流輸出均為電隔離型，具有良好的共模干擾***能力。
4、可在很寬的流量范圍內(nèi)準(zhǔn)確測量氣體、液體和蒸汽的流量而不受流體物理性質(zhì)的影響。
5、同時(shí)顯示流量值與累計(jì)流量值，不必輪流切換。
6、采用抗振動(dòng)探頭，有效消除外界振動(dòng)影響。
7、采用分體式信號(hào)轉(zhuǎn)換器，電纜長10米。
8、電路采用表面貼裝工藝，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高。
以上幾個(gè)就是分體式渦街流量計(jì)的主要特點(diǎn)。
渦街流量計(jì)的安裝要求：1、合理選擇安裝場所和環(huán)境。避開強(qiáng)電力設(shè)備，高頻設(shè)備，強(qiáng)電源開關(guān)設(shè)備;避開高溫?zé)嵩春洼椛湓吹挠绊懀荛_強(qiáng)烈震動(dòng)場所和強(qiáng)腐蝕環(huán)境等，同時(shí)要考慮安裝維修方便。2、上下游必須有足夠的直管段。若傳感器安裝點(diǎn)的上游在同一平面上有二個(gè)90。彎頭，則：上游直管段≥25D，下游直管段≥5D 。若渦街流量計(jì)安裝點(diǎn)的上游在不同平面上有二個(gè)90。彎頭，則：上游直管段≥40D，下游直管段≥5D 。調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在傳感器的下游5D以外處，若必須安裝在傳感器的上游，傳感器上游直管段應(yīng)不小于50D，下游應(yīng)有不小于5D。3、安裝點(diǎn)上下游的配管應(yīng)與傳感器同心，同軸偏差應(yīng)不小于0.5DN。4、管道采取減振動(dòng)措施。傳感器盡量避免安裝在振動(dòng)較強(qiáng)的管道上，特別是橫向振動(dòng)。若不得已要安裝時(shí)，必須采取減振措施，在傳感器的上下游2D處分別設(shè)置管道緊固裝置，并加防振墊。5.在水平管道上安裝是流量傳感器常用的安裝方式。測量氣體流量時(shí)，若被測氣體中含有少量的液體，傳感器應(yīng)安裝在管線的較高處。測量液體流量時(shí)，若被測液體中含有少量的氣體，渦街流量計(jì)應(yīng)安裝在管線的較低處。6.傳感器在垂直管道的安裝。測量氣體流量時(shí)，傳感器可以安裝在垂直管道上，流向不限。若被測氣體中含有少量的液體，氣體流向應(yīng)由下向上。測量液體流量時(shí)，液體流向應(yīng)由下向上：這樣不會(huì)將液體重量額外附加在探頭上。7、傳感器在水平管道的側(cè)裝。無論測量何種流體，傳感器可以在水平管道上側(cè)裝，特別是測量過熱蒸汽，飽和蒸汽和低溫液體，若條件允許盡量采用側(cè)裝，這樣流體的溫度對(duì)放大器的影響較小。8.渦街流量計(jì)在水平管道的倒裝。一般情況下不推薦用此安裝方法。此安裝方法不適用于測量一般氣體、過熱蒸汽?？捎糜跍y量飽和蒸汽，適用于測量高溫液體或需經(jīng)常清洗管道的情況。9.傳感器在有保溫層管道上的安裝。測量高溫蒸汽時(shí)，保溫層多不能超過支架高度的三分之一。
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