摘要(yào):通過對(duì)渦街流(liu)量計
的(de)儀表常(cháng)數随着(zhe)流速的(de)變化而(ér)略有起(qi)伏這個(ge)規律的(de)觀察📞與(yu)總結,建(jian)立數學(xué)模型,并(bing)根據這(zhè)個數學(xue)🆚模型,可(kě)以在不(bu)同的流(liú)速🈚段對(duì)儀表常(chang)數做适(shi)當的補(bǔ)償,可以(yǐ)提高渦(wō)街流量(liang)計的計(jì)算精度(du)。該方案(an)通過單(dān)片機㊙️809C51實(shí)現。
1引言(yán)
根據多(duo)年的應(yīng)用經驗(yàn)以及大(dà)量的現(xiàn)場數據(jù),我們發(fa)現渦街(jie)流量計(jì)的儀表(biao)常數與(yu)流體的(de)流速存(cun)在🤩一定(ding)的關😍系(xi),本🔴文通(tōng)過尋找(zhǎo)渦街流(liu)量計儀(yi)表常數(shù)與流體(tǐ)流速的(de)關系，建(jian)立了兩(liǎng)者的數(shu)學模型(xing),在流量(liàng)計算時(shi)對它進(jin)行補償(chang),提高了(le)計算精(jing)👅度。
1.1渦街(jiē)流量計(ji)的工作(zuò)原理
渦(wō)街流量(liàng)計是基(ji)于卡門(men)渦街原(yuán)理制成(cheng)的一-種(zhǒng)流.體⛷️振(zhen)🈚蕩性流(liú)量計,即(ji)在流動(dong)的流體(ti)中放置(zhì)一個非(fēi)❓流線☁️型(xíng)的對稱(chēng)👨❤️👨形狀的(de)物體(渦(wō)街流量(liàng)傳感器(qì)中稱之(zhi)爲漩渦(wō)發生體(tǐ)),就會在(zài)其下流(liú)兩側♋産(chǎn)生兩列(liè)有規律(lü)的漩渦(wo),即卡門(mén)渦街其(qí)漩渦頻(pin)率正比(bǐ)于流體(ti)速度:
式(shi)中:F一旋(xuán)渦頻率(lü);d一漩渦(wō)發生體(tǐ)寬度;u一(yi)流體速(su)度;St一斯(sī)特勞🛀哈(ha)爾數。
St的(de)值與漩(xuán)渦發生(shēng)體寬度(du)d和雷諾(nuò)數Re有關(guan)。當Re<2x104時,S,爲(wei)變數:當(dang)👣Re在2x104~7x106的範(fàn)圍内,St值(zhi)基本上(shàng)保持不(bú)變。
上式(shì)表明,當(dang)d和St爲定(ding)值時,漩(xuán)渦産生(shēng)的頻率(lü)F與流體(tǐ)的平均(jun1)😍流速u成(cheng)正比，利(lì)用這-特(tè)性制成(chéng)了渦街(jiē)流量計(jì)。
1.2渦街流(liú)量計的(de)特點
(1)輸(shu)出的信(xin)号是與(yu)流速成(chéng)正比的(de)脈沖信(xin)号，便于(yu)數據處(chù)理和計(ji)算機聯(lián)網。
(2)量程(cheng)範圍寬(kuan),精度高(gāo)。
(3)無可動(dong)部件，可(kě)靠性較(jiao)高,結構(gou)簡單，便(bian)于安裝(zhuang)維修。
(4)檢(jiǎn)測元件(jiàn)與被測(cè)介質不(bu)直接接(jie)觸,不受(shou)流體的(de)化學性(xìng)質影響(xiang),應用範(fan)圍寬，壽(shou)命長。
(5)抗(kang)幹擾能(néng)力強,容(róng)易進行(háng)流量計(ji)算,不受(shou)流，體物(wu)理🔞性質(zhì)🌈的影響(xiang),給儀表(biǎo)的标定(ding)和使用(yong)帶來了(le)方便。
2誤(wù)差的産(chǎn)生及補(bǔ)償
2.1非線(xian)性誤差(chà)的産生(sheng)
由于渦(wō)街傳感(gan)器所測(cè)的并不(bú)是平均(jun)流速,而(ér)是漩渦(wō)發生體(ti)📧兩側的(de)流速。對(dui)于湍流(liu)狀态,不(bu)同的雷(lei)諾數下(xia),流速分(fèn)布🧑🏾🤝🧑🏼規律(lü)🐆是不⛹🏻♀️同(tóng)的,即不(bu)同的流(liú)速下具(jù)有不同(tóng)🐇的流速(sù)分布,進(jin)而說明(míng)了渦街(jie)流量傳(chuan)感器檢(jian)測到的(de)主要反(fan)映漩渦(wo)發生體(tǐ)兩側的(de)流速,與(yǔ)管🙇🏻道平(ping)均流速(sù)的關系(xi)不是唯(wei)一确定(ding)的。這說(shuo)明渦街(jiē)流量傳(chuan)感器的(de)非線性(xìng)誤差是(shi)🔞其檢測(cè)機理所(suo)決定的(de)。在實際(jì)使用時(shi),先繪出(chū)傳感器(qì)的儀表(biao)常數與(yǔ)流體流(liú)速的試(shì)驗曲線(xiàn)🏃♂️,據此得(de)到不同(tóng)流速段(duàn)的實際(jì)儀表常(cháng)數。本文(wén)應用MCS-51單(dan)片機系(xì)列的89C51将(jiāng)試驗曲(qu)線事🚩先(xiān)固化于(yu)流量計(jì)的EPROM中,用(yòng)戶結合(he)現場具(ju)體工作(zuo)情況通(tōng)過鍵盤(pan)輸人平(píng)均儀表(biao)常數Kp的(de)值(Kp=(Kmax+Kmin)/2),實現(xiàn)了渦街(jiē)傳感器(qì)的非線(xiàn)性修正(zhèng)。
2.2儀表常(cháng)數與流(liu)體流速(su)的關系(xì)及分段(duàn)補償
我(wǒ)們知道(dào)渦街流(liu)量計頻(pín)率與流(liú)量成正(zheng)比,理論(lun)上講,渦(wō)街流量(liàng)計輸出(chū)頻率與(yu)流速成(cheng)正比,也(yě)就是說(shuo)儀表常(cháng)數恒定(ding)。實際上(shang),由于流(liu)量計本(ben)身的因(yīn)素導😍緻(zhì)兩者之(zhi)間存在(zài)一定程(chéng)度的☔非(fei)線性誤(wu)差。鑒此(ci),我們做(zuo)出了一(yī)條儀表(biao)常數與(yu)流速的(de)實驗♍關(guān)系曲線(xiàn),如圖1所(suǒ)示。圖中(zhōng)各點坐(zuò)标分别(bie)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)。
針對(dui)這種誤(wu)差規律(lü),我們采(cǎi)取分段(duan)補償的(de)方式進(jìn)👈行誤⚽差(cha)修正。由(yóu)圖1可以(yǐ)看出,随(suí)着流速(sù)的降低(dī)，曲線偏(piān)離平均(jun1)值越✏️大(da),對此我(wǒ)們采用(yong)的方法(fǎ)可以達(da)到兩個(ge)目🤟的:
(1)無(wú)論偏差(chà)值多大(dà),隻要它(tā)有規律(lǜ)可循,就(jiù)可補償(cháng)修正,還(hai)可以☔把(ba)流量的(de)下限即(jí)Vmin在坐标(biao)上向左(zuǒ)移動,即(jí)擴大傳(chuán)感器的(de)量程。.
(2)根(gen)據精度(dù)要求合(hé)理劃分(fèn)區間，在(zài)誤差大(dà)的低流(liu)速👌區間(jiān)線段取(qǔ)密一些(xiē),在誤差(chà)小的高(gāo)流速區(qū)間可适(shi)當将區(qu)間✉️放寬(kuān)。
爲了滿(mǎn)足修正(zhèng)後非線(xiàn)性誤差(cha)在0.3%以下(xia)的要求(qiú)，我們根(gen)據🤟理論(lùn)分🌈析和(hé)曲線規(guī)律,分别(bié)在12%Vmax、60%Vmax處增(zēng)加兩點(dian)(見圖2),坐(zuò)标分别(bie)爲G(12%Vmax,Kp),H(60%Vmax,0.998Kp)。理由(you):①Vmin/Vmax=8%~9%;②DE曲線間(jiān)無拐點(dian)且下凹(ao);③AB曲線間(jian)無拐點(diǎn)㊙️且下凹(āo)。這樣，把(bǎ)整個流(liú)速範圍(wéi)分成了(le)六段,如(rú)表1。這樣(yang)🔅處理後(hòu),可修正(zhèng)非線性(xing)誤差在(zai)0.3%以下。
2.3補(bu)償後非(fei)線性誤(wù)差計算(suan)及驗證(zheng)
表2爲補(bu)償後各(ge)段儀表(biao)常數的(de)非線性(xìng)誤差計(ji)算值。
下(xia)面用某(mǒu)廠生産(chan)口徑爲(wèi)Dg80的渦街(jiē)流量計(ji)爲例驗(yan)證補償(cháng)效果(産(chan)品編号(hao):04150)。
表3爲原(yuan)始檢測(ce)數據。
平(ping)均儀表(biǎo)常數:
Kp=(Kmax+Kmin)/2=2132.4305
非(fei)線性誤(wù)差:
δ=(Kmax-Kmin)/(Kmax+Kmin)x100%=0.62%
表4爲(wei)補償後(hòu)的各段(duan)儀表常(cháng)數以及(ji)非線性(xing)誤差計(jì)🏃♂️算💔值😍。由(you)此可見(jiàn),補償後(hou)精度得(dé)到了提(ti)高。
2.4計算(suàn)流量
瞬(shun)時流量(liang)計算公(gōng)式:
Q=qvt
式中(zhōng):fi、Ki-----第i頻率(lü)段的漩(xuan)渦分離(lí)頻率和(he)相應的(de)儀表常(chang)數;t---累計(ji)時間。
3系(xì)統的實(shí)現
3.1系統(tǒng)可以實(shí)現的功(gōng)能
(1)以89C51爲(wei)核心元(yuan)件,X25045存儲(chu)數據。
(2)采(cǎi)用82C79單片(pian)機，可以(yǐ)同時顯(xian)示瞬時(shí)流量(4位(wei))以及累(lei)積流量(liang)(6位+2位幂(mì)數),其顯(xiǎn)示單位(wèi)爲體積(jī)流量。
(3)具(ju)有掉電(diàn)檢測、保(bǎo)護功能(néng)(HT7044監測電(diàn)壓),掉電(diàn)後數據(jù)存人X25045中(zhong)。
(4)具有看(kàn)門狗功(gong)能。
(5)采用(yong)鍵盤輸(shu)人,輸入(rù)内容包(bāo)括:儀表(biǎo)常數、瞬(shun)時流量(liàng)上限、瞬(shun)時流量(liàng)下限等(děng)。
3.2主要程(cheng)序模塊(kuai)
(1)主程序(xù)。
(2)定時器(qi)中斷服(fú)務程序(xu)。
(3)鍵盤中(zhōng)斷處理(lǐ)子程序(xu)。
(4)掉電處(chu)理子程(cheng)序。
(5)25045讀/寫(xiě)狀态寄(jì)存器子(zǐ)程序。
(6)瞬(shun)時流量(liàng)計算程(chéng)序SSJS。
(7)累積(jī)流量計(jì)算程序(xu)LJJS。
(8)量程判(pan)别子程(chéng)序CSDS。
4結束(shu)語
用單(dān)片機89C51驗(yàn)證了誤(wu)差補償(cháng)的數學(xué)模型，并(bing)實現了(le)高精☂️度(dù)智能渦(wo)街流量(liang)積算儀(yi)的設計(jì)，通過對(dui)儀表常(chang)數的修(xiū)正使系(xi)統的精(jīng)度有很(hen)大的提(tí)高，可以(yi)使渦街(jie)流💛量積(ji)算✌️儀達(dá)到0.5級标(biāo)準。采用(yòng)89C51單片機(ji)使系統(tong)的穩定(dìng)性和快(kuài)速性都(dōu)得到了(le)提高,82C79專(zhuān)用的鍵(jiàn)盤顯示(shi)接口芯(xīn)片,代替(ti)單片機(ji)完成鍵(jiàn)盤和顯(xiǎn)示器的(de)許㊙️多接(jiē)口操作(zuo)，X25045可以将(jiāng)數據實(shí)時存儲(chu)起來。系(xì)統軟硬(yìng)🤟件設計(ji)合理、可(kě)行,具有(yǒu)工程實(shí)用價值(zhi)。
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