摘要:通(tong)過對渦(wo)街流量(liang)計 的儀(yi)表常數(shu)随着流(liu)速的變(bian)化而略(lue)有起伏(fu)這個規(gui)❤️律的觀(guan)察與總(zong)結,建立(li)數學模(mo)型,并根(gen)據這個(ge)數學模(mo)型,可以(yi)在不🐅同(tong)的🈚流速(su)段對儀(yi)表常數(shu)做适當(dang)的補償(chang),可以提(ti)高渦街(jie)流量計(ji)的計算(suan)精度。該(gai)方案通(tong)過單片(pian)機809C51實現(xian)。
1引言
　　根(gen)據多年(nian)的應用(yong)經驗以(yi)及大量(liang)的現場(chang)數據,我(wo)們🏃🏻發現(xian)渦街🔞流(liu)量計的(de)儀表常(chang)數與流(liu)體的流(liu)速存在(zai)一定的(de)關系,本(ben)文通過(guo)尋♉找渦(wo)街流量(liang)計儀表(biao)常數與(yu)流體流(liu)速的關(guan)系，建立(li)了兩者(zhe)的數👉學(xue)模型,在(zai)流量計(ji)算時對(dui)它進行(hang)補償,提(ti)高🧡了計(ji)算精度(du)。
1.1渦街流(liu)量計的(de)工作原(yuan)理
　　渦街(jie)流量計(ji)是基于(yu)卡門渦(wo)街原理(li)制成的(de)一-種流(liu).體振♊蕩(dang)性流量(liang)計,即在(zai)流動的(de)流體中(zhong)放置一(yi)個非流(liu)線⭐型的(de)☂️對稱✍️形(xing)狀的物(wu)體(渦街(jie)流量傳(chuan)感器中(zhong)稱之爲(wei)漩渦發(fa)生體),就(jiu)會在其(qi)下流兩(liang)側産生(sheng)兩列有(you)規律的(de)漩渦,即(ji)卡門㊙️渦(wo)街其漩(xuan)渦頻率(lü)正比于(yu)流體速(su)度:
 
　　式中(zhong):F一旋渦(wo)頻率;d一(yi)漩渦發(fa)生體寬(kuan)度;u一流(liu)體速度(du)🌈;St一😍斯特(te)勞㊙️哈爾(er)數。
　　St的值(zhi)與漩渦(wo)發生體(ti)寬度d和(he)雷諾數(shu)Re有關。當(dang)Re<2x104時,S,爲變(bian)數:當Re在(zai)2x104~7x106的範圍(wei)内,St值基(ji)本上保(bao)持不變(bian)。
上式表(biao)明,當d和(he)St爲定值(zhi)時,漩渦(wo)産生的(de)頻率F與(yu)流體的(de)☔平㊙️均流(liu)速🔞u成正(zheng)比，利用(yong)這-特性(xing)制成了(le)渦街流(liu)量計。
1.2渦(wo)街流量(liang)計的特(te)點
(1)輸出(chu)的信号(hao)是與流(liu)速成正(zheng)比的脈(mo)沖信号(hao)，便于數(shu)🌈據處理(li)和計算(suan)機聯網(wang)。
(2)量程範(fan)圍寬,精(jing)度高。
(3)無(wu)可動部(bu)件，可靠(kao)性較高(gao),結構簡(jian)單，便于(yu)安裝維(wei)修。
(4)檢測(ce)元件與(yu)被測介(jie)質不直(zhi)接接觸(chu),不受流(liu)體的化(hua)學性♉質(zhi)💋影響🍓,應(ying)用範圍(wei)寬，壽命(ming)長。
(5)抗幹(gan)擾能力(li)強,容易(yi)進行流(liu)量計算(suan),不受流(liu)，體物理(li)性質的(de)影響,給(gei)儀表的(de)标定和(he)使用帶(dai)來了方(fang)便。
2誤差(cha)的産生(sheng)及補償(chang)
2.1非線性(xing)誤差的(de)産生
　　由(you)于渦街(jie)傳感器(qi)所測的(de)并不是(shi)平均流(liu)速,而是(shi)漩渦發(fa)生體兩(liang)側的流(liu)速。對于(yu)湍流狀(zhuang)态,不同(tong)的雷諾(nuo)💛數下🍉,流(liu)速分布(bu)規律是(shi)不同的(de),即不同(tong)的流速(su)下具有(you)不同的(de)流速分(fen)布,進而(er)說明了(le)渦街流(liu)量傳感(gan)器檢測(ce)到的主(zhu)要反映(ying)漩渦發(fa)生體兩(liang)側的流(liu)速,與管(guan)道平均(jun)流速的(de)關系不(bu)是唯一(yi)确定的(de)。這說明(ming)渦街流(liu)量傳感(gan)器的非(fei)線性誤(wu)差是其(qi)檢測機(ji)理所決(jue)定的。在(zai)實際使(shi)用時,先(xian)繪出傳(chuan)感器的(de)⚽儀表常(chang)數與流(liu)♍體流速(su)的試驗(yan)曲線,據(ju)此得到(dao)不同流(liu)速段的(de)實際儀(yi)表常數(shu)。本文應(ying)用MCS-51單片(pian)機系😄列(lie)的89C51将試(shi)驗曲線(xian)事先固(gu)化于流(liu)量計的(de)EPROM中,用戶(hu)結合現(xian)場具體(ti)工作情(qing)況通過(guo)鍵盤輸(shu)人平均(jun)儀表常(chang)數Kp的值(zhi)(Kp=(Kmax+Kmin)/2),實現了(le)渦街🌈傳(chuan)感器的(de)非線性(xing)修正。
2.2儀(yi)表常數(shu)與流體(ti)流速的(de)關系及(ji)分段補(bu)償
　　我們(men)知道渦(wo)街流量(liang)計頻率(lü)與流量(liang)成正比(bi),理論上(shang)講,渦街(jie)流量☀️計(ji)輸出頻(pin)率與流(liu)速成正(zheng)比,也就(jiu)是說🔞儀(yi)表常數(shu)恒定。實(shi)際🙇‍♀️上,由(you)于流量(liang)計本身(shen)的因素(su)導緻兩(liang)者之間(jian)存在一(yi)定🈚程度(du)的💯非線(xian)性誤差(cha)。鑒此,我(wo)們做出(chu)了一條(tiao)儀表常(chang)數與流(liu)速的實(shi)驗關系(xi)曲線,如(ru)圖1所示(shi)。圖中各(ge)點坐标(biao)分别爲(wei)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)。
針對這(zhe)種誤差(cha)規律,我(wo)們采取(qu)分段補(bu)償的方(fang)式進行(hang)誤✏️差修(xiu)正🔞。由圖(tu)1可以看(kan)出,随着(zhe)流速的(de)降低，曲(qu)線偏離(li)平均值(zhi)越大,對(dui)此我們(men)采用的(de)方法可(ke)以達到(dao)兩個目(mu)的:
(1)無論(lun)偏差值(zhi)多大,隻(zhi)要它有(you)規律可(ke)循,就可(ke)補償修(xiu)正,還可(ke)以把流(liu)量的下(xia)限即Vmin在(zai)坐标上(shang)向左移(yi)動,即擴(kuo)大傳感(gan)器的量(liang)程。.
 
(2)根據(ju)精度要(yao)求合理(li)劃分區(qu)間，在誤(wu)差大的(de)低流速(su)區間線(xian)段取密(mi)一些,在(zai)誤差小(xiao)的高流(liu)速區間(jian)可适🚶‍♀️當(dang)将🔞區間(jian)放寬。
爲(wei)了滿足(zu)修正後(hou)非線性(xing)誤差在(zai)0.3%以下的(de)要求，我(wo)們根據(ju)理論分(fen)析和曲(qu)線規律(lü),分别在(zai)12%Vmax、60%Vmax處增加(jia)兩點(見(jian)圖2),坐☀️标(biao)分别爲(wei)G(12%Vmax,Kp),H(60%Vmax,0.998Kp)。理由:①Vmin/Vmax=8%~9%;②DE曲(qu)線㊙️間無(wu)拐點且(qie)下凹;③AB曲(qu)線間無(wu)拐點且(qie)下凹。這(zhe)樣，把🌈整(zheng)個流速(su)範圍分(fen)成了六(liu)段,如表(biao)1。這樣處(chu)理後,可(ke)修正非(fei)線性誤(wu)差在🤞0.3%以(yi)下。
 
2.3補償(chang)後非線(xian)性誤差(cha)計算及(ji)驗證
　　表(biao)2爲補償(chang)後各段(duan)儀表常(chang)數的非(fei)線性誤(wu)差計算(suan)值。
　　下面(mian)用某廠(chang)生産口(kou)徑爲Dg80的(de)渦街流(liu)量計爲(wei)例驗證(zheng)💯補償效(xiao)果(産品(pin)編号:04150)。
　　表(biao)3爲原始(shi)檢測數(shu)據。
　　平均(jun)儀表常(chang)數:
Kp=(Kmax+Kmin)/2=2132.4305
　　非線(xian)性誤差(cha):
δ=(Kmax-Kmin)/(Kmax+Kmin)x100%=0.62%
 
　　表4爲補(bu)償後的(de)各段儀(yi)表常數(shu)以及非(fei)線性誤(wu)差計算(suan)值😄。由此(ci)可見,補(bu)償後精(jing)度得到(dao)了提高(gao)。
 
2.4計算流(liu)量
　　瞬時(shi)流量計(ji)算公式(shi):
 
Q=qvt
　　式中:fi、Ki-----第(di)i頻率段(duan)的漩渦(wo)分離頻(pin)率和相(xiang)應的儀(yi)表常🌐數(shu);t---累📱計時(shi)間。
 
3系統(tong)的實現(xian)
3.1系統可(ke)以實現(xian)的功能(neng)
(1)以89C51爲核(he)心元件(jian),X25045存儲數(shu)據。
(2)采用(yong)82C79單片機(ji)，可以同(tong)時顯示(shi)瞬時流(liu)量(4位)以(yi)及累積(ji)✍️流量(6位(wei)+2位幂數(shu)),其顯示(shi)單位爲(wei)體積流(liu)量。
(3)具有(you)掉電檢(jian)測、保護(hu)功能(HT7044監(jian)測電壓(ya)),掉電後(hou)數據存(cun)人⭕X25045中。
(4)具(ju)有看門(men)狗功能(neng)。
(5)采用鍵(jian)盤輸人(ren),輸入内(nei)容包括(kuo):儀表常(chang)數、瞬時(shi)流量上(shang)限、瞬♍時(shi)流量下(xia)限等。
3.2主(zhu)要程序(xu)模塊
(1)主(zhu)程序。
(2)定(ding)時器中(zhong)斷服務(wu)程序。
(3)鍵(jian)盤中斷(duan)處理子(zi)程序。
(4)掉(diao)電處理(li)子程序(xu)。
(5)25045讀/寫狀(zhuang)态寄存(cun)器子程(cheng)序。
(6)瞬時(shi)流量計(ji)算程序(xu)SSJS。
(7)累積流(liu)量計算(suan)程序LJJS。
(8)量(liang)程判别(bie)子程序(xu)CSDS。
4結束語(yu)
　　用單片(pian)機89C51驗證(zheng)了誤差(cha)補償的(de)數學模(mo)型，并實(shi)現了高(gao)精度智(zhi)能渦街(jie)流量積(ji)算儀的(de)設計，通(tong)過對儀(yi)表常數(shu)的修正(zheng)使⛷️系統(tong)的精度(du)有很大(da)的提高(gao)，可以使(shi)渦街流(liu)量積算(suan)儀達到(dao)0.5級标準(zhun)🌂。采用89C51單(dan)片機使(shi)系統的(de)穩定性(xing)和快速(su)性都得(de)到了提(ti)高,82C79專用(yong)的鍵盤(pan)顯㊙️示接(jie)口芯片(pian),代替單(dan)片機完(wan)成鍵盤(pan)和顯示(shi)器的許(xu)多接口(kou)操作🔴，X25045可(ke)以将數(shu)據實時(shi)👄存儲起(qi)來。系統(tong)軟硬💛件(jian)設計合(he)理、可行(hang),具有工(gong)程實用(yong)價值。

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