摘要(yào):通過對(duì)渦街流(liu)量計 的(de)儀表常(chang)數随着(zhe)流速的(de)變化而(ér)略有起(qi)伏這個(gè)規🐕律的(de)觀察🔴與(yu)總結,建(jiàn)立數學(xue)模型,并(bìng)根據這(zhè)個數學(xue)模型,可(ke)以在不(bú)同的流(liú)速㊙️段對(dui)儀表常(chang)數做适(shì)當的補(bǔ)償,可以(yǐ)提高渦(wo)街流量(liàng)計的😄計(jì)算精度(dù)。該方案(àn)通過單(dan)片機809C51實(shi)現。
1引言(yan)
　　根據多(duō)年的應(ying)用經驗(yàn)以及大(da)量的現(xiàn)場數據(jù),我們發(fa)現渦街(jie)流量計(ji)的儀表(biǎo)常數與(yǔ)流體的(de)流速存(cún)在一定(ding)的關系(xi),本文通(tōng)過尋找(zhǎo)渦街流(liú)量計儀(yi)表常數(shu)💋與流體(tǐ)🍓流速的(de)關系，建(jian)🤞立了兩(liǎng)者的數(shu)學模型(xíng),在流量(liàng)計算時(shi)對它進(jìn)行補償(chang),提高了(le)計算精(jing)度。
1.1渦街(jiē)流量計(jì)的工作(zuo)原理
　　渦(wo)街流量(liang)計是基(jī)于卡門(mén)渦街原(yuán)理制成(chéng)的一-種(zhǒng)流.體振(zhèn)蕩性流(liu)量計,即(ji)在流動(dòng)的流體(tǐ)中放置(zhi)一個非(fēi)🌂流線型(xíng)的㊙️對稱(cheng)🚶‍♀️形狀的(de)物⭕體(渦(wo)街流量(liang)傳感器(qi)中稱㊙️之(zhi)爲漩渦(wo)發生體(tǐ)),就會在(zai)其下流(liu)兩側産(chǎn)生兩列(liè)有規律(lǜ)的漩渦(wo),即卡門(men)渦街其(qí)漩渦頻(pin)率正比(bi)于流體(tǐ)速度:
 
　　式(shì)中:F一旋(xuan)渦頻率(lü);d一漩渦(wo)發生體(tǐ)寬度;u一(yī)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(sheng)體寬度(dù)d和雷諾(nuò)數Re有關(guān)。當Re<2x104時,S,爲(wei)變數✌️:當(dāng)Re在2x104~7x106的範(fan)🏃圍内,St值(zhi)基本上(shang)保持不(bu)變。
上式(shì)表明,當(dāng)d和St爲定(ding)值時,漩(xuán)渦産生(shēng)的頻率(lǜ)F與流體(tǐ)的平均(jun1)流速u成(chéng)正比，利(li)用這-特(te)性制成(cheng)了渦街(jie)流量計(jì)。
1.2渦街流(liu)量計的(de)特點
(1)輸(shu)出的信(xin)号是與(yǔ)流速成(cheng)正比的(de)脈沖信(xìn)号，便于(yú)數據☔處(chu)理和計(jì)算機聯(lian)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(biàn)于安裝(zhuāng)維修。
(4)檢(jiǎn)測元件(jian)與被測(ce)介質不(bú)直接接(jie)觸,不受(shou)流體的(de)化學性(xing)質影響(xiang),應用範(fan)圍寬，壽(shou)命長。
(5)抗(kang)幹擾能(neng)力強,容(rong)易進行(háng)流量計(jì)算,不受(shou)流，體物(wu)理性🌍質(zhì)的影響(xiǎng),給儀表(biǎo)的标定(dìng)和使用(yòng)帶來了(le)方便。
2誤(wù)差的産(chan)生及補(bǔ)償
2.1非線(xiàn)性誤差(chà)的産生(shēng)
　　由于渦(wo)街傳感(gǎn)器所測(ce)的并不(bu)是平均(jun)流速,而(ér)是漩渦(wo)發生體(tǐ)兩側的(de)流速。對(dui)于湍流(liu)狀态,不(bu)同的雷(léi)諾數下(xia),流速分(fèn)布規律(lü)是不同(tóng)的,即不(bu)同的流(liu)速下具(jù)有不同(tong)的流速(sù)分布,進(jìn)而說明(ming)了渦街(jiē)流量傳(chuan)感器檢(jian)測到的(de)主要反(fan)映漩渦(wō)發生體(tǐ)兩側的(de)流速,與(yǔ)管😍道平(píng)均流速(sù)💯的關系(xi)不是唯(wei)一确定(dìng)的。這說(shuō)明渦街(jiē)流量傳(chuán)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(chu)傳感器(qi)的儀表(biao)常數與(yǔ)流體流(liú)速的試(shi)驗曲線(xian)🐪,據此得(dé)到不同(tong)流速段(duan)的實際(ji)儀表常(cháng)數🈚。本文(wén)應用MCS-51單(dan)片機系(xi)列的89C51将(jiāng)試驗曲(qǔ)線事🌏先(xiān)固化于(yú)流量計(jì)的EPROM中,用(yong)戶結合(he)現場具(jù)體工作(zuo)情況通(tōng)過鍵盤(pan)輸人平(píng)均儀表(biǎo)常數Kp的(de)值(Kp=(Kmax+Kmin)/2),實現(xian)了渦街(jie)🌈傳感❄️器(qi)的非線(xiàn)性修正(zheng)。
2.2儀表常(cháng)數與流(liú)體流速(sù)的關系(xì)及分段(duàn)補償
　　我(wo)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(wo)街流量(liang)計輸出(chū)頻率與(yǔ)流速成(cheng)正比,也(yě)就是說(shuō)儀表常(cháng)數✉️恒定(dìng)。實際上(shang),由于流(liú)量計本(běn)身的因(yīn)素導緻(zhì)兩者之(zhī)間存在(zài)一定⛹🏻‍♀️程(cheng)度的❗非(fei)線性誤(wu)差。鑒此(cǐ),我們做(zuo)出了‼️一(yi)條儀表(biao)☎️常數與(yu)流速的(de)實驗關(guan)系曲線(xian),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(wù)差規律(lǜ),我們采(cai)取分段(duàn)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(su)的降低(dī)，曲線偏(piān)離平均(jun)值越大(da),對此我(wǒ)們采用(yòng)的方法(fǎ)可以達(da)到兩個(ge)目的:
(1)無(wu)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(biāo)上向左(zuǒ)移動,即(ji)擴大傳(chuán)感器的(de)量程。.
 
(2)根(gēn)據精度(dù)要求合(he)理劃分(fèn)區間，在(zài)誤差大(da)的低流(liu)速區間(jiān)線段取(qu)密一些(xie),在誤差(chà)小的高(gāo)流速區(qū)間可适(shi)當将區(qū)間放寬(kuan)。
爲了滿(man)足修正(zheng)後非線(xian)性誤差(chà)在0.3%以下(xia)的要求(qiú)，我們🔅根(gēn)據理論(lùn)分析和(hé)曲線規(gui)律,分别(bie)在12%Vmax、60%Vmax處增(zeng)加兩點(diǎn)(見圖2),坐(zuò)标分别(bié)爲G(12%Vmax,Kp),H(60%Vmax,0.998Kp)。理由(yóu):①Vmin/Vmax=8%~9%;②DE曲線間(jiān)無拐點(dian)且下凹(ao);③AB曲線間(jiān)無拐點(dian)且下凹(ao)。這樣，把(ba)整個流(liu)速範圍(wei)分成了(le)六段,如(rú)表1。這樣(yàng)處理後(hou),可修正(zhèng)非線🏃‍♂️性(xìng)誤差在(zai)0.3%以下。
 
2.3補(bǔ)償後非(fei)線性誤(wu)差計算(suàn)及驗證(zhèng)
　　表2爲補(bu)償後各(gè)段儀表(biǎo)常數的(de)非線性(xìng)誤差計(ji)算值。
　　下(xià)面用某(mou)廠生産(chǎn)口徑爲(wèi)Dg80的渦街(jie)流量計(jì)爲例驗(yan)證👈補償(chang)效果(産(chan)品編号(hao):04150)。
　　表3爲原(yuán)始檢測(cè)數據。
　　平(píng)均儀表(biǎo)常數:
Kp=(Kmax+Kmin)/2=2132.4305
　　非(fēi)線性誤(wu)差:
δ=(Kmax-Kmin)/(Kmax+Kmin)x100%=0.62%
 
　　表4爲(wèi)補償後(hòu)的各段(duan)儀表常(chang)數以及(jí)非線性(xìng)誤差計(jì)🐇算值。由(you)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼此可見(jian),補償後(hòu)精度得(de)到了提(tí)高。
 
2.4計算(suàn)流量
　　瞬(shun)時流量(liàng)計算公(gong)式:
 
Q=qvt
　　式中(zhong):fi、Ki-----第i頻率(lǜ)段的漩(xuán)渦分離(li)頻率和(he)相應的(de)儀表常(cháng)數🛀🏻;t---累計(ji)時🌈間。
 
3系(xì)統的實(shi)現
3.1系統(tǒng)可以實(shí)現的功(gong)能
(1)以89C51爲(wèi)核心元(yuán)件,X25045存儲(chu)數據。
(2)采(cai)用82C79單片(pian)機，可以(yǐ)同時顯(xiǎn)示瞬時(shí)流量(4位(wèi))以及累(lèi)積🐉流量(liang)(6位+2位幂(mi)數),其顯(xian)示單位(wèi)爲體積(jī)流量。
(3)具(jù)有掉電(diàn)檢測、保(bao)護功能(néng)(HT7044監測電(dian)壓),掉電(dian)後數據(jù)存人X25045中(zhōng)👉。
(4)具有看(kan)門狗功(gong)能。
(5)采用(yòng)鍵盤輸(shu)人,輸入(ru)内容包(bao)括:儀表(biǎo)常數、瞬(shùn)時流量(liàng)🌈上✍️限⭐、瞬(shùn)㊙️時流量(liang)下限等(deng)。
3.2主要程(cheng)序模塊(kuài)
(1)主程序(xù)。
(2)定時器(qì)中斷服(fu)務程序(xù)。
(3)鍵盤中(zhōng)斷處理(lǐ)子程序(xù)。
(4)掉電處(chu)理子程(cheng)序。
(5)25045讀/寫(xiě)狀态寄(ji)存器子(zǐ)程序。
(6)瞬(shun)時流量(liang)計算程(chéng)序SSJS。
(7)累積(ji)流量計(jì)算程序(xù)LJJS。
(8)量程判(pàn)别子程(chéng)序CSDS。
4結束(shù)語
　　用單(dan)片機89C51驗(yàn)證了誤(wu)差補償(cháng)的數學(xue)模型，并(bìng)實現了(le)高精度(du)智能⭐渦(wō)街流量(liàng)積算儀(yí)的設計(ji)，通過對(dui)儀表常(cháng)數的修(xiu)正使系(xì)統的精(jīng)度有很(hen)大的提(ti)高，可以(yi)使渦街(jiē)流量積(jī)算儀達(dá)到0.5級标(biao)準。采用(yòng)89C51單片機(jī)使系統(tong)的穩定(ding)性和快(kuai)速性都(dōu)得到了(le)提高,82C79專(zhuān)用的鍵(jian)盤顯示(shì)接口芯(xīn)片,代替(ti)單片機(jī)完成鍵(jiàn)盤和顯(xiǎn)示器的(de)許🈲多接(jie)口操作(zuò)，X25045可☁️以将(jiang)數據實(shí)時存儲(chu)起來。系(xi)統軟硬(ying)件設計(jì)合理、可(ke)行,具有(yǒu)工程實(shí)用價🔴值(zhí)。

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