摘(zhai)要:通(tong)過對(dui)渦街(jie)流量(liang)計
的(de)儀表(biao)常數(shu)随着(zhe)流速(su)的變(bian)化而(er)略有(you)起伏(fu)這個(ge)規律(lü)的觀(guan)察與(yu)總結(jie),建立(li)數學(xue)模型(xing),并根(gen)據這(zhe)個數(shu)學模(mo)型,可(ke)以☁️在(zai)不同(tong)的流(liu)速段(duan)對儀(yi)表常(chang)數做(zuo)适當(dang)的補(bu)償,可(ke)以提(ti)高渦(wo)街流(liu)量計(ji)的計(ji)算精(jing)度。該(gai)方案(an)通🔴過(guo)單片(pian)機809C51實(shi)現。
1引(yin)言
根(gen)據多(duo)年的(de)應用(yong)經驗(yan)以及(ji)大量(liang)的現(xian)場數(shu)據,我(wo)們發(fa)現渦(wo)街流(liu)量計(ji)的儀(yi)表常(chang)數與(yu)流體(ti)的流(liu)速存(cun)在一(yi)定的(de)關系(xi),本文(wen)通🔴過(guo)尋找(zhao)渦街(jie)流量(liang)計儀(yi)表常(chang)數與(yu)流體(ti)流速(su)的關(guan)系，建(jian)立了(le)兩者(zhe)的數(shu)學模(mo)型,在(zai)流量(liang)計算(suan)時對(dui)它進(jin)行♍補(bu)償,提(ti)高了(le)計算(suan)精度(du)。
1.1渦街(jie)流量(liang)計的(de)工作(zuo)原理(li)
渦街(jie)流量(liang)計是(shi)基于(yu)卡門(men)渦街(jie)原理(li)制成(cheng)的一(yi)-種流(liu).體振(zhen)蕩性(xing)流量(liang)計,即(ji)在流(liu)動的(de)流體(ti)中放(fang)置一(yi)個非(fei)流線(xian)㊙️型的(de)🌈對稱(cheng)形狀(zhuang)的物(wu)體(渦(wo)街流(liu)量傳(chuan)感器(qi)中稱(cheng)之爲(wei)漩渦(wo)發生(sheng)體),就(jiu)會在(zai)其下(xia)流兩(liang)側産(chan)生兩(liang)列有(you)規律(lü)的漩(xuan)渦,即(ji)卡門(men)渦街(jie)其漩(xuan)渦頻(pin)率正(zheng)比于(yu)流體(ti)速度(du):
式中(zhong):F一旋(xuan)渦頻(pin)率;d一(yi)漩渦(wo)發生(sheng)體寬(kuan)度;u一(yi)流體(ti)速度(du);St一♋斯(si)特勞(lao)哈爾(er)數。
St的(de)值與(yu)漩渦(wo)發生(sheng)體寬(kuan)度d和(he)雷諾(nuo)數Re有(you)關。當(dang)Re<2x104時,S,爲(wei)變數(shu)⛱️:當Re在(zai)2x104~7x106的範(fan)圍内(nei),St值基(ji)本上(shang)保持(chi)不變(bian)。
上式(shi)表明(ming),當d和(he)St爲定(ding)值時(shi),漩渦(wo)産生(sheng)的頻(pin)率F與(yu)流體(ti)的平(ping)均流(liu)速u成(cheng)正比(bi)，利用(yong)這-特(te)性制(zhi)成了(le)渦街(jie)流量(liang)計。
1.2渦(wo)街流(liu)量計(ji)的特(te)點
(1)輸(shu)出的(de)信号(hao)是與(yu)流速(su)成正(zheng)比的(de)脈沖(chong)信号(hao)，便于(yu)數據(ju)處理(li)和計(ji)算機(ji)聯網(wang)。
(2)量程(cheng)範圍(wei)寬,精(jing)度高(gao)。
(3)無可(ke)動部(bu)件，可(ke)靠性(xing)較高(gao),結構(gou)簡單(dan)，便于(yu)安裝(zhuang)維修(xiu)。
(4)檢測(ce)元件(jian)與被(bei)測介(jie)質不(bu)直接(jie)接觸(chu),不受(shou)流體(ti)的化(hua)學性(xing)質影(ying)響,應(ying)用範(fan)圍寬(kuan)，壽命(ming)長。
(5)抗(kang)幹擾(rao)能力(li)強,容(rong)易進(jin)行流(liu)量計(ji)算,不(bu)受流(liu)，體物(wu)理性(xing)✍️質☁️的(de)影響(xiang)❓,給儀(yi)表的(de)标定(ding)和使(shi)用帶(dai)來了(le)方便(bian)。
2誤差(cha)的産(chan)生及(ji)補償(chang)
2.1非線(xian)性誤(wu)差的(de)産生(sheng)
由于(yu)渦街(jie)傳感(gan)器所(suo)測的(de)并不(bu)是平(ping)均流(liu)速,而(er)是漩(xuan)渦發(fa)生體(ti)兩側(ce)的流(liu)速。對(dui)于湍(tuan)流狀(zhuang)态,不(bu)同的(de)雷諾(nuo)數下(xia),流速(su)分布(bu)規律(lü)‼️是不(bu)🔅同的(de),即不(bu)同的(de)流速(su)下具(ju)有不(bu)同的(de)流速(su)分布(bu),進而(er)說明(ming)了渦(wo)街🥰流(liu)量傳(chuan)感器(qi)檢測(ce)到的(de)主要(yao)反映(ying)漩渦(wo)發生(sheng)體兩(liang)側的(de)流速(su),與管(guan)道平(ping)均流(liu)速的(de)關系(xi)不是(shi)唯一(yi)确定(ding)的。這(zhe)說明(ming)渦街(jie)流量(liang)傳感(gan)器的(de)非線(xian)性誤(wu)差是(shi)其檢(jian)測機(ji)理所(suo)決定(ding)的。在(zai)實際(ji)使用(yong)時,先(xian)繪出(chu)傳感(gan)器的(de)儀表(biao)常數(shu)與流(liu)體流(liu)速的(de)試驗(yan)曲線(xian)🤟,據此(ci)得到(dao)不同(tong)流❓速(su)段的(de)實際(ji)儀表(biao)常數(shu)。本文(wen)應用(yong)MCS-51單片(pian)機系(xi)列的(de)89C51将試(shi)驗曲(qu)⭐線事(shi)🈲先固(gu)化于(yu)流量(liang)計㊙️的(de)EPROM中,用(yong)戶結(jie)合現(xian)場具(ju)體工(gong)作情(qing)況通(tong)過鍵(jian)盤輸(shu)人平(ping)均儀(yi)👉表常(chang)數Kp的(de)值(Kp=(Kmax+Kmin)/2),實(shi)現了(le)渦街(jie)傳感(gan)器的(de)非線(xian)性修(xiu)正。
2.2儀(yi)表常(chang)數與(yu)流體(ti)流速(su)的關(guan)系及(ji)分段(duan)補償(chang)
我們(men)知道(dao)渦街(jie)流量(liang)計頻(pin)率與(yu)流量(liang)成正(zheng)比,理(li)論上(shang)講,渦(wo)街流(liu)量計(ji)輸出(chu)頻率(lü)與流(liu)速成(cheng)正比(bi),也就(jiu)是說(shuo)儀表(biao)常數(shu)恒定(ding)。實際(ji)👅上,由(you)👌于流(liu)量計(ji)本身(shen)的因(yin)素導(dao)緻兩(liang)者之(zhi)間存(cun)在一(yi)定程(cheng)度的(de)非線(xian)性🌈誤(wu)差。鑒(jian)此,我(wo)💃們做(zuo)出了(le)一條(tiao)儀表(biao)常數(shu)與流(liu)速的(de)實驗(yan)關系(xi)曲線(xian)🔆,如圖(tu)1所示(shi)。圖中(zhong)各點(dian)坐标(biao)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(zhen)對這(zhe)種誤(wu)差規(gui)律,我(wo)們采(cai)取分(fen)段補(bu)償的(de)方式(shi)進行(hang)誤💁差(cha)修正(zheng)。由圖(tu)1可以(yi)看出(chu),随着(zhe)流速(su)的降(jiang)低，曲(qu)線偏(pian)離平(ping)均值(zhi)越大(da),對此(ci)我♊們(men)采用(yong)的方(fang)法可(ke)以達(da)到兩(liang)個目(mu)的:
(1)無(wu)論偏(pian)差值(zhi)多大(da),隻要(yao)它有(you)規律(lü)可循(xun),就可(ke)補償(chang)修正(zheng),還💛可(ke)以💜把(ba)流量(liang)的下(xia)限即(ji)Vmin在坐(zuo)标上(shang)向左(zuo)移動(dong),即擴(kuo)大傳(chuan)感㊙️器(qi)的量(liang)程。.
(2)根(gen)據精(jing)度要(yao)求合(he)理劃(hua)分區(qu)間，在(zai)誤差(cha)大的(de)低流(liu)速區(qu)間線(xian)段取(qu)密一(yi)些,在(zai)誤差(cha)小的(de)高流(liu)速區(qu)間可(ke)适📧當(dang)将🐪區(qu)間放(fang)寬🔆。
爲(wei)了滿(man)足修(xiu)正後(hou)非線(xian)性誤(wu)差在(zai)0.3%以下(xia)的要(yao)求，我(wo)們根(gen)據理(li)🏃論分(fen)析和(he)曲線(xian)規律(lü),分别(bie)在12%Vmax、60%Vmax處(chu)增加(jia)兩點(dian)(見圖(tu)2),坐标(biao)分🏃🏻别(bie)爲G(12%Vmax,Kp),H(60%Vmax,0.998Kp)。理(li)由:①Vmin/Vmax=8%~9%;②DE曲(qu)線間(jian)無拐(guai)點且(qie)下凹(ao);③AB曲線(xian)間無(wu)拐點(dian)🌂且下(xia)凹。這(zhe)樣，把(ba)整個(ge)流💃🏻速(su)範圍(wei)分成(cheng)了六(liu)段,如(ru)表1。這(zhe)樣📞處(chu)理後(hou),可修(xiu)正非(fei)線性(xing)誤差(cha)在0.3%以(yi)下。
2.3補(bu)償後(hou)非線(xian)性誤(wu)差計(ji)算及(ji)驗證(zheng)
表2爲(wei)補償(chang)後各(ge)段儀(yi)表常(chang)數的(de)非線(xian)性誤(wu)差計(ji)算值(zhi)。
下面(mian)用某(mou)廠生(sheng)産口(kou)徑爲(wei)Dg80的渦(wo)街流(liu)量計(ji)爲例(li)驗證(zheng)☂️補🈲償(chang)效果(guo)(産👅品(pin)編号(hao):04150)。
表3爲(wei)原始(shi)檢測(ce)數據(ju)。
平均(jun)儀表(biao)常數(shu):
Kp=(Kmax+Kmin)/2=2132.4305
非線(xian)性誤(wu)差:
δ=(Kmax-Kmin)/(Kmax+Kmin)x100%=0.62%
表(biao)4爲補(bu)償後(hou)的各(ge)段儀(yi)表常(chang)數以(yi)及非(fei)線性(xing)誤差(cha)計算(suan)值。由(you)此可(ke)見,補(bu)償後(hou)精度(du)得到(dao)了提(ti)高。
2.4計(ji)算流(liu)量
瞬(shun)時流(liu)量計(ji)算公(gong)式:
Q=qvt
式(shi)中:fi、Ki-----第(di)i頻率(lü)段的(de)漩渦(wo)分離(li)頻率(lü)和相(xiang)應的(de)儀表(biao)常數(shu);t---累計(ji)時間(jian)☔。
3系統(tong)的實(shi)現
3.1系(xi)統可(ke)以實(shi)現的(de)功能(neng)
(1)以89C51爲(wei)核心(xin)元件(jian),X25045存儲(chu)數據(ju)。
(2)采用(yong)82C79單片(pian)機，可(ke)以同(tong)時顯(xian)示瞬(shun)時流(liu)量(4位(wei))以及(ji)累積(ji)流量(liang)(6位🤞+2位(wei)幂❄️數(shu)),其顯(xian)示單(dan)位爲(wei)體積(ji)流量(liang)。
(3)具有(you)掉電(dian)檢測(ce)、保護(hu)功能(neng)(HT7044監測(ce)電壓(ya)),掉電(dian)後數(shu)據存(cun)人🏒X25045中(zhong)。
(4)具有(you)看門(men)狗功(gong)能。
(5)采(cai)用鍵(jian)盤輸(shu)人,輸(shu)入内(nei)容包(bao)括:儀(yi)表常(chang)數、瞬(shun)時流(liu)量上(shang)限、瞬(shun)時❄️流(liu)✨量下(xia)限等(deng)。
3.2主要(yao)程序(xu)模塊(kuai)
(1)主程(cheng)序。
(2)定(ding)時器(qi)中斷(duan)服務(wu)程序(xu)。
(3)鍵盤(pan)中斷(duan)處理(li)子程(cheng)序。
(4)掉(diao)電處(chu)理子(zi)程序(xu)。
(5)25045讀/寫(xie)狀态(tai)寄存(cun)器子(zi)程序(xu)。
(6)瞬時(shi)流量(liang)計算(suan)程序(xu)SSJS。
(7)累積(ji)流量(liang)計算(suan)程序(xu)LJJS。
(8)量程(cheng)判别(bie)子程(cheng)序CSDS。
4結(jie)束語(yu)
用單(dan)片機(ji)89C51驗證(zheng)了誤(wu)差補(bu)償的(de)數學(xue)模型(xing)，并實(shi)現了(le)高☀️精(jing)💚度✨智(zhi)能渦(wo)街流(liu)量積(ji)算儀(yi)的設(she)計，通(tong)過對(dui)儀表(biao)常數(shu)的修(xiu)正使(shi)㊙️系統(tong)☂️的精(jing)度有(you)很大(da)的提(ti)高，可(ke)以使(shi)渦街(jie)流量(liang)積算(suan)儀達(da)到0.5級(ji)标準(zhun)。采用(yong)89C51單片(pian)機使(shi)系統(tong)的穩(wen)定性(xing)♉和快(kuai)速性(xing)都得(de)到了(le)提高(gao),82C79專用(yong)的鍵(jian)盤顯(xian)示接(jie)口芯(xin)片,代(dai)替單(dan)片機(ji)完成(cheng)鍵盤(pan)和顯(xian)示器(qi)的許(xu)㊙️多接(jie)口操(cao)作，X25045可(ke)🎯以将(jiang)數據(ju)實時(shi)存儲(chu)起來(lai)。系統(tong)軟硬(ying)件設(she)計合(he)🤞理、可(ke)行,具(ju)有工(gong)程實(shi)用價(jia)值。
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