摘要(yao):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(gè)規律的(de)觀察與(yu)總結,建(jian)立數學(xué)模型,并(bìng)根據這(zhè)個數學(xué)🌈模型🐅,可(kě)以🔅在不(bú)同的🔞流(liú)速段對(duì)儀表常(chang)數做适(shì)當的補(bu)償,可以(yi)提高渦(wō)街流量(liang)計的♌計(ji)算精度(du)。該方案(àn)通🔱過單(dan)片機809C51實(shí)現。
1引言(yan)
　　根據多(duō)年的應(ying)用經驗(yàn)以及大(da)量的現(xian)場數據(ju),我們發(fā)現渦街(jiē)🔞流量計(ji)的儀表(biao)常數與(yǔ)流體的(de)流速存(cún)在🛀一定(dìng)的關系(xì),本文通(tōng)🔞過尋找(zhǎo)渦街流(liu)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(xing),在流量(liang)計算時(shí)對它進(jin)行補償(chang),提高了(le)計算精(jīng)度。
1.1渦街(jiē)流量計(ji)的工作(zuò)原理
　　渦(wo)街流量(liàng)計是基(jī)于卡門(mén)渦街原(yuán)理制成(cheng)的一-種(zhǒng)流.體振(zhen)蕩性流(liu)量計,即(jí)在流動(dòng)的流體(tǐ)中放置(zhi)一個非(fei)流線型(xíng)的☔對稱(cheng)形狀的(de)物體(渦(wo)街流量(liàng)傳感器(qi)中稱之(zhī)爲漩渦(wo)發生體(ti)),就會在(zai)其下♉流(liu)兩側産(chan)生兩列(lie)有規律(lü)的漩渦(wō),即卡門(men)渦街其(qí)漩渦頻(pín)率正比(bǐ)于流體(ti)㊙️速度:
 
　　式(shi)中:F一旋(xuán)渦頻率(lǜ);d一漩渦(wō)發生體(ti)寬度;u一(yī)流體速(su)度;St一斯(sī)特勞哈(hā)爾數。
　　St的(de)值與漩(xuan)渦發生(sheng)體寬度(du)d和雷諾(nuo)數Re有關(guān)。當Re<2x104時,S,爲(wèi)變數:當(dāng)Re在2x104~7x106的範(fàn)圍内,St值(zhí)基本上(shang)保持不(bú)變。
上式(shì)表明,當(dāng)d和St爲定(dìng)值時,漩(xuán)渦産生(sheng)的頻率(lü)F與流體(tǐ)的🔞平✌️均(jun1)流速u成(cheng)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(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(chu)理和計(jì)算機聯(lián)網。
(2)量程(chéng)範圍寬(kuan),精度高(gao)。
(3)無可動(dong)部件，可(kě)靠性較(jiào)高,結構(gòu)簡單，便(biàn)于安裝(zhuāng)維修。
(4)檢(jian)測元件(jiàn)與被測(cè)介質不(bú)直接接(jiē)觸,不受(shòu)流體的(de)化🏃🏻‍♂️學性(xìng)質影響(xiǎng)🚶‍♀️,應用範(fan)圍寬，壽(shòu)命長。
(5)抗(kàng)幹擾能(neng)力強,容(rong)易進行(hang)流量計(ji)算,不受(shòu)流，體物(wù)理性質(zhì)的影🈲響(xiang),給儀表(biao)的标定(ding)和使用(yòng)帶來了(le)方便。
2誤(wù)差的産(chan)生及補(bu)償
2.1非線(xian)性誤差(cha)的産生(shēng)
　　由于渦(wō)街傳感(gǎn)器所測(cè)的并不(bú)是平均(jun1)流速,而(er)是漩💁渦(wo)🚩發生體(ti)兩側的(de)流速。對(dui)于湍流(liu)狀态,不(bú)同的雷(léi)諾🏃‍♂️數下(xià),流速分(fen)布規律(lǜ)是不同(tong)的,即不(bú)同的流(liú)速下具(ju)有不同(tong)🌏的流速(su)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(fǎn)映漩渦(wō)發生體(tǐ)兩側的(de)流速,與(yu)管🛀道平(píng)均流速(su)的關系(xì)不是唯(wei)一确定(ding)的。這說(shuo)明渦街(jie)流量傳(chuan)感器的(de)非線性(xìng)誤差是(shi)其檢測(ce)機理所(suo)決定的(de)。在實際(ji)使用時(shi),先繪出(chū)傳感器(qi)的儀表(biǎo)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(wen)應用MCS-51單(dān)片機系(xi)列的89C51将(jiang)試驗曲(qu)線事先(xian)固化于(yu)流量計(ji)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(ping)均儀表(biao)常數Kp的(de)值(Kp=(Kmax+Kmin)/2),實現(xiàn)了渦街(jiē)傳感器(qi)的非線(xiàn)性修正(zhèng)。
2.2儀表常(chang)數與流(liu)體流速(su)的關系(xì)及分段(duan)補償
　　我(wo)們知道(dao)渦街流(liú)量計頻(pín)率與流(liu)量成正(zhèng)比,理論(lun)上講㊙️,渦(wō)街流量(liang)㊙️計輸出(chu)頻率與(yu)流速成(chéng)正比,也(yě)就是說(shuō)儀表😍常(chang)數恒定(dìng)。實際上(shang),由于流(liu)量計本(běn)身的因(yīn)素導📱緻(zhì)兩者之(zhi)間存在(zài)一定🍉程(cheng)度的非(fei)線性誤(wù)差。鑒此(cǐ),我們做(zuò)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(suo)示。圖中(zhong)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(lü),我們采(cǎi)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(sui)着流速(su)的降低(dī)，曲線偏(pian)離平均(jun1)🈲值越大(dà),對此我(wǒ)們采用(yòng)的方法(fa)可以達(da)到兩個(gè)目的:
(1)無(wú)論偏差(chà)值多大(dà),隻要它(tā)有規律(lü)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(zuo)移動,即(ji)擴大傳(chuán)感器的(de)量程。.
 
(2)根(gen)據精度(dù)要求合(hé)理劃分(fen)區間，在(zài)誤差大(da)的低流(liú)速區間(jian)🔞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(qu)間放寬(kuan)。
爲了滿(man)足修正(zheng)後非線(xiàn)性誤差(chà)在0.3%以下(xia)的要求(qiú)，我們🏃🏻‍♂️根(gēn)據理論(lun)分析和(hé)曲線規(gui)律,分别(bié)在12%Vmax、60%Vmax處增(zēng)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(diǎn)且下凹(āo);③AB曲線間(jian)無拐點(dian)且下凹(āo)。這樣，把(bǎ)整個流(liu)速範圍(wéi)分成了(le)六段,如(rú)表1。這樣(yang)處理後(hou),可修正(zheng)非線性(xìng)誤差在(zài)0.3%以下。
 
2.3補(bu)償後非(fēi)線性誤(wu)差計算(suàn)及驗證(zhèng)
　　表2爲補(bǔ)償後各(ge)段儀表(biao)常數的(de)非線性(xìng)誤差計(jì)算值👉。
　　下(xià)面用某(mou)廠生産(chan)口徑爲(wei)Dg80的渦街(jie)流量計(ji)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(ce)數據。
　　平(ping)均儀表(biao)常數:
Kp=(Kmax+Kmin)/2=2132.4305
　　非(fēi)線性誤(wù)差:
δ=(Kmax-Kmin)/(Kmax+Kmin)x100%=0.62%
 
　　表4爲(wèi)補償後(hou)的各段(duan)儀表常(chang)數以及(ji)非線性(xing)誤差計(jì)算⚽值。由(you)此可✏️見(jiàn),補償後(hòu)精度得(dé)到了提(tí)高。
 
2.4計算(suan)流量
　　瞬(shun)時流量(liàng)計算公(gōng)式:
 
Q=qvt
　　式中(zhong):fi、Ki-----第i頻率(lü)段的漩(xuan)渦分離(lí)頻率和(hé)相應的(de)儀表常(cháng)數;t---累計(ji)時間。
 
3系(xi)統的實(shi)現
3.1系統(tong)可以實(shí)現的功(gōng)能
(1)以89C51爲(wei)核心元(yuan)件,X25045存儲(chǔ)數據。
(2)采(cai)用82C79單片(piàn)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(xiǎn)示單位(wei)爲體積(jī)流量。
(3)具(jù)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(kan)門狗功(gōng)能。
(5)采用(yòng)鍵盤輸(shū)人,輸入(rù)内容包(bao)括:儀表(biao)常數、瞬(shùn)時流量(liang)上限、瞬(shùn)時🐕流♻️量(liàng)下限等(deng)。
3.2主要程(chéng)序模塊(kuài)
(1)主程序(xù)。
(2)定時器(qì)中斷服(fú)務程序(xù)。
(3)鍵盤中(zhong)斷處理(li)子程序(xu)。
(4)掉電處(chu)理子程(chéng)序。
(5)25045讀/寫(xie)狀态寄(ji)存器子(zi)程序。
(6)瞬(shun)時流量(liàng)計算程(chéng)序SSJS。
(7)累積(jī)流量計(ji)算程序(xù)LJJS。
(8)量程判(pàn)别子程(chéng)序CSDS。
4結束(shu)語
　　用單(dan)片機89C51驗(yàn)證了誤(wù)差補償(cháng)的數學(xué)模型，并(bing)實現了(le)🐪高精度(dù)智能✌️渦(wō)街流量(liang)積算儀(yi)的設計(ji)，通過對(dui)儀表常(chang)數的修(xiu)正使系(xi)統😍的精(jing)度有很(hen)大的提(tí)高，可以(yi)使渦街(jie)流量積(jī)算✏️儀達(da)到0.5級标(biāo)準。采用(yong)89C51單片機(ji)使系統(tong)的穩定(dìng)性和快(kuài)速性都(dou)得到了(le)🏃🏻提高,82C79專(zhuan)用的鍵(jiàn)盤顯示(shì)接口芯(xīn)片,代替(tì)單片機(ji)完成鍵(jian)盤和顯(xiǎn)示器的(de)許㊙️多接(jie)口操作(zuo)，X25045可以将(jiāng)數據實(shi)時存儲(chǔ)起來。系(xì)統✔️軟硬(ying)件設計(jì)合理、可(kě)行❤️,具有(you)工程實(shí)用價值(zhí)。

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