摘要:通(tong)過對渦街(jie)流量計 的(de)儀表常數(shu)随着流速(su)的變化而(er)略有起伏(fu)這個規律(lü)的觀察💛與(yu)總結,建立(li)數學模型(xing),并根據這(zhe)個數學模(mo)型👣,可以在(zai)不同的流(liu)速段對儀(yi)表常數做(zuo)适當的❄️補(bu)償,可以提(ti)高♈渦街流(liu)量計的計(ji)算精度。該(gai)方案通過(guo)單片機809C51實(shi)現。
1引言
　　根(gen)據多年的(de)應用經驗(yan)以及大量(liang)的現場數(shu)據,我們發(fa)現渦💛街流(liu)量計的儀(yi)表常數與(yu)流體的流(liu)速存在一(yi)定的關系(xi),本文通過(guo)尋找渦街(jie)流量計儀(yi)表常數與(yu)流體流速(su)的關系，建(jian)立了兩者(zhe)的數學模(mo)型,在流量(liang)計算時🏃🏻‍♂️對(dui)它進行🈲補(bu)償,提高了(le)計算精度(du)。
1.1渦街流量(liang)計的工作(zuo)原理
　　渦街(jie)流量計是(shi)基于卡門(men)渦街原理(li)制成的一(yi)-種流.體振(zhen)蕩性流💰量(liang)計,即在流(liu)動的流體(ti)中放置一(yi)個非流線(xian)型的對稱(cheng)形狀❓的物(wu)🛀🏻體(渦街流(liu)量傳感器(qi)中稱之爲(wei)漩渦發生(sheng)體),就會在(zai)其下流兩(liang)側産生兩(liang)列有規律(lü)的漩渦,即(ji)卡門渦街(jie)其漩渦頻(pin)率正比于(yu)流體速度(du):
 
　　式中:F一旋(xuan)渦頻率;d一(yi)漩渦發生(sheng)體寬度;u一(yi)流體速度(du)♋;St一斯特勞(lao)⭐哈爾數。
　　St的(de)值與漩渦(wo)發生體寬(kuan)度d和雷諾(nuo)數Re有關。當(dang)Re<2x104時,S,爲變數(shu):當Re在2x104~7x106的範(fan)圍内,St值基(ji)本上保持(chi)不變。
上式(shi)表明,當d和(he)St爲定值時(shi),漩渦産生(sheng)的頻率F與(yu)流體的平(ping)均流速u成(cheng)正比，利用(yong)這-特性制(zhi)成了渦街(jie)流量計。
1.2渦(wo)街流量計(ji)的特點
(1)輸(shu)出的信号(hao)是與流速(su)成正比的(de)脈沖信号(hao)，便于數據(ju)處理和計(ji)算機聯網(wang)。
(2)量程範圍(wei)寬,精度高(gao)。
(3)無可動部(bu)件，可靠性(xing)較高,結構(gou)簡單，便于(yu)安裝維修(xiu)。
(4)檢測元件(jian)與被測介(jie)質不直接(jie)接觸,不受(shou)流體的化(hua)👄學性質影(ying)響,應用範(fan)圍寬，壽命(ming)長。
(5)抗幹擾(rao)能力強,容(rong)易進行流(liu)量計算,不(bu)受流，體物(wu)理性質的(de)影響,給儀(yi)表的标定(ding)和使用帶(dai)來了方便(bian)。
2誤差的産(chan)生及補償(chang)
2.1非線性誤(wu)差的産生(sheng)
　　由于渦街(jie)傳感器所(suo)測的并不(bu)是平均流(liu)速,而是漩(xuan)渦❌發生體(ti)🔴兩側的流(liu)速。對于湍(tuan)流狀态,不(bu)同的雷諾(nuo)數下,流速(su)分布規律(lü)是不同的(de),即不同的(de)流速下具(ju)有不同的(de)流速分布(bu),進而說明(ming)了渦街流(liu)量傳感器(qi)檢測到的(de)主要反映(ying)漩渦發生(sheng)體兩側的(de)流速,與管(guan)🈲道平均流(liu)速的關系(xi)不是唯一(yi)确定的。這(zhe)說明渦街(jie)🌈流量傳感(gan)器的☔非線(xian)性誤差是(shi)其檢測機(ji)理所決定(ding)的。在實際(ji)使用時🐆,先(xian)繪出🔴傳感(gan)器的儀表(biao)常數與流(liu)體流速的(de)試驗曲線(xian),據此得到(dao)不同流速(su)段的實際(ji)儀表常數(shu)。本文應用(yong)MCS-51單片機系(xi)列的89C51将試(shi)驗曲線事(shi)先固化于(yu)流量計的(de)EPROM中,用戶結(jie)合現場具(ju)體工作情(qing)況通過鍵(jian)盤輸人平(ping)均儀💞表常(chang)數Kp的值(Kp=(Kmax+Kmin)/2),實(shi)現了渦街(jie)傳感器的(de)非線性修(xiu)正。
2.2儀表常(chang)數與流體(ti)流速的關(guan)系及分段(duan)補償
　　我們(men)知道渦街(jie)流量計頻(pin)率與流量(liang)成正比,理(li)論上講,渦(wo)街🈲流量計(ji)輸出頻率(lü)與流速成(cheng)正比,也就(jiu)是說儀表(biao)常數恒定(ding)。實際上,由(you)于流量計(ji)本身的因(yin)素導緻兩(liang)者之間存(cun)在一定程(cheng)度的非線(xian)性誤差。鑒(jian)此,我們做(zuo)出了🏃🏻一條(tiao)儀表常數(shu)與流🌈速的(de)實驗關系(xi)曲線💁,如圖(tu)1所示。圖中(zhong)各點坐标(biao)分别爲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)對這種誤(wu)差規律,我(wo)們采取分(fen)段補償的(de)方式進行(hang)📱誤差修正(zheng)👉。由圖1可以(yi)看出,随着(zhe)流速的降(jiang)低，曲線偏(pian)離平均值(zhi)越大,對此(ci)我們采用(yong)的方法可(ke)以達到兩(liang)個目的:
(1)無(wu)論偏差值(zhi)多大,隻要(yao)它有規律(lü)可循,就可(ke)補償修💋正(zheng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼,還可以把(ba)💋流量的下(xia)限即Vmin在坐(zuo)标上向左(zuo)移動,即擴(kuo)大🔆傳感⭐器(qi)的量程。.
 
(2)根(gen)據精度要(yao)求合理劃(hua)分區間，在(zai)誤差大的(de)低流速區(qu)🔴間線㊙️段取(qu)密一些,在(zai)誤差小的(de)高流速區(qu)間可适當(dang)将區間放(fang)寬。
爲了滿(man)足修正後(hou)非線性誤(wu)差在0.3%以下(xia)的要求，我(wo)們根☎️據理(li)🛀🏻論分析和(he)曲線規律(lü),分别在12%Vmax、60%Vmax處(chu)增加兩點(dian)(見🔴圖2),坐标(biao)分别爲G(12%Vmax,Kp),H(60%Vmax,0.998Kp)。理(li)由:①Vmin/Vmax=8%~9%;②DE曲線間(jian)無拐點且(qie)下凹;③AB曲線(xian)間無拐點(dian)且下凹。這(zhe)樣，把整個(ge)流速範圍(wei)分成了六(liu)段,如表1。這(zhe)樣處理後(hou),可👨‍❤️‍👨修正非(fei)線性誤差(cha)在0.3%以下。
 
2.3補(bu)償後非線(xian)性誤差計(ji)算及驗證(zheng)
　　表2爲補償(chang)後各段儀(yi)表常數的(de)非線性誤(wu)差計算值(zhi)。
　　下面用某(mou)廠生産口(kou)徑爲Dg80的渦(wo)街流量計(ji)爲例驗證(zheng)補償效果(guo)(産品編号(hao):04150)。
　　表3爲原始(shi)檢測數據(ju)。
　　平均儀表(biao)常數:
Kp=(Kmax+Kmin)/2=2132.4305
　　非線(xian)性誤差:
δ=(Kmax-Kmin)/(Kmax+Kmin)x100%=0.62%
 
　　表(biao)4爲補償後(hou)的各段儀(yi)表常數以(yi)及非線性(xing)誤差計算(suan)值。由此可(ke)❗見,補償後(hou)精度得到(dao)了提高。
 
2.4計(ji)算流量
　　瞬(shun)時流量計(ji)算公式:
 
Q=qvt
　　式(shi)中:fi、Ki-----第i頻率(lü)段的漩渦(wo)分離頻率(lü)和相應的(de)儀表常數(shu);t---累計時間(jian)。
 
3系統的實(shi)現
3.1系統可(ke)以實現的(de)功能
(1)以89C51爲(wei)核心元件(jian),X25045存儲數據(ju)。
(2)采用82C79單片(pian)機，可以同(tong)時顯示瞬(shun)時流量(4位(wei))以及累積(ji)流量(6位+2位(wei)幂數),其顯(xian)示單位爲(wei)體積流量(liang)。
(3)具有掉電(dian)檢測、保護(hu)功能(HT7044監測(ce)電壓),掉電(dian)後數據存(cun)人X25045中⚽。
(4)具有(you)看門狗功(gong)能。
(5)采用鍵(jian)盤輸人,輸(shu)入内容包(bao)括:儀表常(chang)數、瞬時流(liu)量上🍓限、瞬(shun)時流💁量下(xia)限等。
3.2主要(yao)程序模塊(kuai)
(1)主程序。
(2)定(ding)時器中斷(duan)服務程序(xu)。
(3)鍵盤中斷(duan)處理子程(cheng)序。
(4)掉電處(chu)理子程序(xu)。
(5)25045讀/寫狀态(tai)寄存器子(zi)程序。
(6)瞬時(shi)流量計算(suan)程序SSJS。
(7)累積(ji)流量計算(suan)程序LJJS。
(8)量程(cheng)判别子程(cheng)序CSDS。
4結束語(yu)
　　用單片機(ji)89C51驗證了誤(wu)差補償的(de)數學模型(xing)，并實現了(le)✍️高💔精度智(zhi)能渦街流(liu)量積算儀(yi)的設計，通(tong)過對儀表(biao)常數的修(xiu)正使系統(tong)的精度有(you)很大的提(ti)高，可以使(shi)渦街流量(liang)積算儀達(da)到0.5級标準(zhun)。采用89C51單片(pian)機使系統(tong)🚶的穩定性(xing)和快速性(xing)都得到了(le)提高,82C79專用(yong)的鍵盤顯(xian)示接口芯(xin)片,代替單(dan)片機完成(cheng)鍵盤和顯(xian)示器的許(xu)多接口操(cao)作，X25045可以将(jiang)數據實時(shi)存儲起來(lai)。系統軟硬(ying)件設計合(he)理、可行,具(ju)有工程實(shi)用價值。

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