摘要:通(tōng)過對渦街流(liú)量計 的儀表(biǎo)常數随着流(liu)速的變化而(ér)略有起伏這(zhe)個規律👣的觀(guān)㊙️察與總結,建(jiàn)立數學模型(xíng),并根據這個(gè)數學模型🏃‍♂️,可(ke)以在不同的(de)流速🆚段對儀(yi)表常數做适(shì)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(piàn)機809C51實現。
1引言(yán)
　　根據多年的(de)應用經驗以(yi)及大量的現(xian)場數據,我們(men)發現渦街流(liú)量計的儀表(biao)常數與流體(tǐ)的流速存在(zài)一定的關系(xì),本🥰文通過尋(xun)找渦街流量(liang)計儀表常數(shù)與流體流速(sù)的關系，建立(lì)了兩者的數(shu)學模型,在流(liu)量計算時對(dui)它進行補償(chang),提高了計算(suan)精度。
1.1渦街流(liú)量計的工作(zuò)原理
　　渦街流(liu)量計是基于(yu)卡門渦街原(yuan)理制成的一(yi)-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(jie)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(shi)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(yi)斯特勞哈爾(ěr)數。
　　St的值與漩(xuan)渦發生體寬(kuan)度d和雷諾數(shù)Re有關。當Re<2x104時,S,爲(wei)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(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(li)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(diǎn)
(1)輸出的信号(hào)是與流速成(chéng)正比的脈沖(chong)信号，便于數(shù)據處理和計(jì)算機聯網。
(2)量(liang)程範圍寬,精(jīng)度高。
(3)無可動(dong)部件，可靠性(xing)較高,結構簡(jiǎn)單，便于安裝(zhuang)維修。
(4)檢測元(yuan)件與被測介(jiè)質不直接接(jiē)觸,不受流體(tǐ)的化學性👈質(zhi)‼️影響⁉️,應用範(fan)圍寬，壽命長(zhǎng)。
(5)抗幹擾能力(li)強,容易進行(háng)流量計算,不(bú)受流，體物理(li)性質的影響(xiang),給儀表的标(biāo)定和使用帶(dài)來了方便。
2誤(wù)差的産生及(ji)補償
2.1非線性(xing)誤差的産生(shēng)
　　由于渦街傳(chuán)感器所測的(de)并不是平均(jun1)流速,而是漩(xuan)渦發生體兩(liǎng)側的流速。對(duì)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(tóng)的流速下具(jù)🤩有不同的流(liú)速分布,進而(er)說明了渦街(jiē)流量傳感器(qi)檢測到的主(zhu)要反映漩渦(wo)發生體兩側(ce)的流速,與管(guǎn)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(wù)差是其檢測(ce)機理所決定(ding)的。在實際使(shǐ)用時,先繪出(chu)傳感器的儀(yí)表常數與流(liú)體🌈流速的試(shi)驗曲線🙇‍♀️,據此(ci)得到不同流(liú)速段的實際(ji)😄儀表常數♋。本(běn)文應用MCS-51單片(piàn)機系列的89C51将(jiang)試驗曲線事(shì)先固化于流(liu)量計的EPROM中,用(yong)💜戶結合現場(chǎng)具🔴體工作情(qing)🍉況通過鍵盤(pán)輸人平均儀(yí)表常數Kp的值(zhi)(Kp=(Kmax+Kmin)/2),實現了渦街(jiē)傳感器的非(fēi)線性修正。
2.2儀(yí)表常數與流(liú)體流速的關(guan)系及分段補(bu)償
　　我們知道(dao)渦街流量計(jì)頻率與流量(liang)成正比,理論(lun)上講,渦街流(liu)🈲量👌計輸出頻(pín)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(ji)本身的因素(sù)導緻兩者之(zhī)間存在一定(ding)程度的非線(xiàn)性🧑🏽‍🤝‍🧑🏻誤差。鑒此(ci),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(shi)。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(cha)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(yue)大,對此我👨‍❤️‍👨們(men)采用的方法(fǎ)可以達到兩(liang)個目⭐的:
(1)無論(lun)偏差值多大(dà),隻要它有規(guī)律可循,就可(kě)補償修正,還(hái)可以把🔴流量(liang)的下限即Vmin在(zài)坐标上向左(zuǒ)移動,即擴大(da)傳感🌂器的量(liang)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(gāo)流速區間可(kě)适當将區間(jiān)放寬。
爲了滿(man)足修正後非(fei)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(qu)線規律,分别(bie)在12%Vmax、60%Vmax處增加兩(liǎng)點(見📱圖2),坐👉标(biao)分别爲G(12%Vmax,Kp),H(60%Vmax,0.998Kp)。理由(you):①Vmin/Vmax=8%~9%;②DE曲線間無拐(guǎi)點且下凹;③AB曲(qu)線間無拐點(diǎn)且下凹。這樣(yang)，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(suan)及驗證
　　表2爲(wei)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(chǎn)口徑爲Dg80的渦(wo)街流量計爲(wèi)例驗證補償(cháng)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(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(biao)常數以及非(fei)線性誤差計(ji)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(liàng)
　　瞬時流量計(jì)算公式:
 
Q=qvt
　　式中(zhōng):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(he)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(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(yǒu)掉電檢測、保(bǎo)護功能(HT7044監測(cè)電壓),掉電後(hòu)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(shùn)時🔞流量下限(xian)等。
3.2主要程序(xù)模塊
(1)主程序(xu)。
(2)定時器中斷(duan)服務程序。
(3)鍵(jiàn)盤中斷處理(lǐ)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(chéng)序LJJS。
(8)量程判别(bie)子程序CSDS。
4結束(shù)語
　　用單片機(ji)89C51驗證了誤差(cha)補償的數學(xué)模型，并實現(xian)了高💜精度智(zhì)能渦街流量(liàng)積算儀的設(shè)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(yòng)89C51單片機使系(xi)統的穩定性(xing)和快速性都(dōu)得到了💰提高(gao),82C79專用的鍵盤(pan)顯⛹🏻‍♀️示接口芯(xīn)片,代替單片(pian)機完成鍵盤(pan)和顯示器的(de)許多接口操(cāo)作，X25045可以将數(shù)據實時存儲(chu)起來。系統軟(ruǎn)硬件設計合(he)📱理、可行🤞,具有(you)工程實用價(jia)值。

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