摘要:通(tōng)過對渦街流(liu)量計 的儀表(biao)常數随着流(liu)速的變化而(er)略有起伏這(zhè)個規律的觀(guan)察與總結,建(jiàn)立數學模型(xíng),并根據這個(gè)數學模型,可(kě)以在不同的(de)流速段對儀(yi)表常數做适(shi)當的補償,可(kě)♻️以提高♍渦街(jiē)流量計的計(ji)算精🧡度。該方(fāng)案通過單片(pian)機809C51實現。
1引言(yán)
　　根據多年的(de)應用經驗以(yǐ)及大量的現(xiàn)場數據,我們(men)發❤️現渦街流(liú)🈚量計的儀表(biao)常數與流體(ti)的流速存在(zai)一定的關🔴系(xì),本文通過尋(xún)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(liú)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(liu)量計的工作(zuò)原理
　　渦街流(liu)量計是基于(yu)卡門渦街原(yuán)理制成的一(yi)-種流.體💰振蕩(dang)性流量計,即(ji)在流動的流(liu)體中放置一(yi)個非流線型(xíng)的對稱形狀(zhuàng)的物體(渦街(jie)流量傳感器(qì)中稱之爲漩(xuan)渦發生體),就(jiu)會在其下✉️流(liu)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(yu)流體速度:
 
　　式(shì)中:F一旋渦頻(pin)率;d一漩渦發(fā)生體寬度;u一(yi)流體速度;St一(yi)🏃‍♂️斯✂️特✏️勞哈爾(er)數。
　　St的值與漩(xuán)渦發生體寬(kuān)度d和雷諾數(shu)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(bu)變。
上式表明(ming),當d和St爲定值(zhí)時,漩渦産生(shēng)的頻率F與流(liu)體的平均流(liu)⭐速👅u成正比，利(lì)用這-特性制(zhì)成了渦街流(liú)量😍計。
1.2渦街流(liú)量計的特點(dian)
(1)輸出的信号(hao)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(jian)單，便于安裝(zhuang)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(zhi)影響,應用範(fàn)圍寬，壽命長(zhǎng)。
(5)抗幹擾能力(li)強,容易進行(hang)流量計算,不(bú)受流，體物理(lǐ)性質的影👄響(xiang),給儀表的标(biao)定和使用帶(dai)來了方便。
2誤(wù)差的産生及(jí)補償
2.1非線性(xìng)誤差的産生(shēng)
　　由于渦街傳(chuan)感器所測的(de)并不是平均(jun)流速,而是漩(xuan)渦發🤟生體兩(liang)側的流速。對(dui)于湍流狀态(tai),不同的雷諾(nuò)數下,流速分(fen)布規律是不(bú)同的,即不同(tong)的流速下具(ju)有不同的流(liú)速分布,進而(er)說明了渦街(jiē)🔞流量傳感器(qì)檢測到的主(zhu)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(shi)唯一确定的(de)。這說明渦街(jiē)流量傳感器(qì)🆚的非線性誤(wù)差是其檢測(cè)機理所決定(dìng)的。在實際使(shi)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(cǐ)得到不同流(liu)速段的實際(jì)儀表常數。本(běn)文應用MCS-51單片(pian)機系列的89C51将(jiang)試驗曲線事(shì)先固化于流(liú)量計的EPROM中,用(yòng)戶結合現場(chǎng)具體工作情(qing)況通過鍵盤(pán)輸人平均儀(yi)🌈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(bu)償
　　我們知道(dào)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(pín)率與流速成(cheng)正比,也就是(shì)說儀表常數(shù)恒定。實際上(shàng),由于流量計(ji)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(cǐ),我們做出了(le)一條儀表常(chang)數與流速的(de)實驗關系曲(qu)線,如圖1所示(shì)。圖🏃中各點坐(zuo)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(you)圖1可以看出(chū),随着流速的(de)降低，曲線偏(piān)離平均值越(yuè)大,對此我們(men)采用的方法(fǎ)可以達到兩(liǎng)個目的:
(1)無論(lun)偏差值多大(da),隻要它有規(guī)律可循,就可(kě)補償修正,還(hai)😍可以把流量(liang)的下限即Vmin在(zai)坐标上向左(zuǒ)移動,即擴大(dà)傳感器的量(liàng)程。.
 
(2)根據精度(du)要求合理劃(hua)分區間，在誤(wu)差大的低流(liú)速區間線段(duan)😘取🏃🏻‍♂️密一些,在(zài)誤差小的高(gao)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(zai)0.3%以下的要求(qiu)，我們根據理(li)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(biāo)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(guǎi)點且下凹;③AB曲(qǔ)線間無拐點(diǎn)且下凹。這樣(yàng)，把整個流速(su)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(xià)。
 
2.3補償後非線(xian)性誤差計算(suàn)及驗證
　　表2爲(wei)補償後各段(duàn)儀表常數的(de)非線性誤差(cha)計算值。
　　下面(mian)用某廠生産(chǎn)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(shǐ)檢測數據。
　　平(ping)均儀表常數(shu):
Kp=(Kmax+Kmin)/2=2132.4305
　　非線性誤差(cha):
δ=(Kmax-Kmin)/(Kmax+Kmin)x100%=0.62%
 
　　表4爲補償後(hòu)的各段儀表(biao)常數以及非(fēi)線性誤差計(jì)算🚶‍♀️值。由此可(kě)見,補償後精(jīng)度得到了提(ti)高。
 
2.4計算流量(liàng)
　　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(pín)率和相應的(de)儀表常數;t---累(lei)計☎️時💛間。
 
3系統(tong)的實現
3.1系統(tong)可以實現的(de)功能
(1)以89C51爲核(he)心元件,X25045存儲(chu)數據。
(2)采用82C79單(dan)片機，可以同(tóng)時顯示瞬時(shi)流量(4位)以及(jí)累積流量(6位(wèi)+2位幂數),其顯(xian)示單位爲體(ti)積流量。
(3)具有(you)掉電檢測、保(bǎo)護功能(HT7044監測(cè)電壓),掉電後(hou)數據存💃🏻人X25045中(zhōng)。
(4)具有看門狗(gou)功能。
(5)采用鍵(jiàn)盤輸人,輸入(rù)内容包括:儀(yí)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(xù)。
(2)定時器中斷(duan)服務程序。
(3)鍵(jiàn)盤中斷處理(li)子程序。
(4)掉電(diàn)處理子程序(xù)。
(5)25045讀/寫狀态寄(jì)存器子程序(xu)。
(6)瞬時流量計(jì)算程序SSJS。
(7)累積(ji)流量計算程(cheng)序LJJS。
(8)量程判别(bie)子程序CSDS。
4結束(shu)語
　　用單片機(ji)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(liàng)積算儀的設(she)計，通過對儀(yi)表常數的修(xiū)正使🤩系統的(de)精💋度有很大(dà)的提高，可以(yi)使渦街流量(liang)積算儀達到(dào)0.5級标準。采用(yong)89C51單片機使系(xi)統的穩定性(xìng)和快速性🏃‍♀️都(dou)得到了提高(gāo),82C79專用的鍵盤(pan)顯示接口芯(xīn)片,代替單片(piàn)機完成鍵盤(pán)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(ruǎn)硬件設計合(he)理、可行,具有(you)工程實用價(jià)值。

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