摘要:通過(guò)對渦街流(liu)量計 的儀(yi)表常數随(suí)着流速的(de)變化而略(lue)有起伏這(zhè)個規律的(de)觀察與總(zong)結,建立數(shù)學模型,并(bing)根據這個(gè)數學模型(xing)👄,可以在不(bu)同的💃流速(sù)段對儀表(biǎo)常數做适(shi)當的🌈補償(cháng),可🌈以提高(gāo)📐渦街流量(liang)計的計算(suan)精度。該方(fang)案通過單(dān)片機809C51實現(xian)。
1引言
　　根據(jù)多年的應(yīng)用經驗以(yǐ)及大量的(de)現場數據(jù),我們發現(xiàn)渦街流量(liang)計的儀表(biǎo)常數與流(liu)體的流速(sù)存在🚩一定(ding)的關系,本(běn)♋文通過尋(xun)找渦街流(liu)量計儀表(biao)常數❗與流(liu)體流速的(de)關系，建立(lì)了兩者的(de)數學模型(xíng),在流量計(ji)算時對它(ta)進行補償(cháng),提高了計(ji)算精度。
1.1渦(wō)街流量計(jì)的工作原(yuán)理
　　渦街流(liu)量計是基(jī)于卡門渦(wō)街原理制(zhi)成的一-種(zhong)流.體🈚振✌️蕩(dang)性流量計(ji),即在流動(dong)的流體中(zhōng)放置一個(gè)非流線型(xíng)的對稱形(xíng)狀的物體(tǐ)(渦街流量(liang)傳感器中(zhong)稱之爲漩(xuán)渦發生體(tǐ)),就會在其(qí)下流兩側(cè)産生兩列(lie)有規律的(de)漩渦,即卡(kǎ)門渦街其(qi)漩渦頻率(lǜ)正比于流(liú)體🐇速度:
 
　　式(shi)中:F一旋渦(wo)頻率;d一漩(xuan)渦發生體(tǐ)寬度;u一流(liú)體速度🔴;St一(yi)斯特勞哈(ha)爾數。
　　St的值(zhí)與漩渦發(fā)生體寬度(dù)d和雷諾數(shu)Re有關。當Re<2x104時(shí),S,爲變數:當(dāng)Re在2x104~7x106的範圍(wéi)内,St值基本(ben)上保持不(bú)變。
上式表(biǎo)明,當d和St爲(wèi)定值時,漩(xuan)渦産生的(de)頻率F與流(liú)體的平均(jun1)流速u成正(zhèng)比，利用這(zhè)-特性制成(chéng)了渦街流(liu)量計。
1.2渦街(jie)流量計的(de)特點
(1)輸出(chū)的信号是(shi)與流速成(cheng)正比的脈(mò)沖信号，便(bian)于數據處(chu)理和計算(suàn)機聯網。
(2)量(liàng)程範圍寬(kuan),精度高。
(3)無(wú)可動部件(jian)，可靠性較(jiào)高,結構簡(jiǎn)單，便于安(ān)裝維修⛱️。
(4)檢(jian)測元件與(yǔ)被測介質(zhi)不直接接(jie)觸,不受流(liú)體的化學(xue)性質影響(xiǎng),應用範圍(wei)寬，壽命長(zhǎng)。
(5)抗幹擾能(néng)力強,容易(yi)進行流量(liang)計算,不受(shòu)流，體物理(li)性質的影(ying)響,給儀表(biǎo)的标定和(he)使用帶來(lai)了方便。
2誤(wù)差的産生(sheng)及補償
2.1非(fei)線性誤差(cha)的産生
　　由(you)于渦街傳(chuán)感器所測(ce)的并不是(shì)平均流速(sù),而是漩渦(wo)發⛹🏻‍♀️生體兩(liang)側的流速(sù)。對于湍流(liú)狀态,不同(tong)的雷諾數(shù)下,流速分(fen)布👣規律是(shi)不同的,即(jí)不同的流(liú)速下具有(you)不同的流(liu)速分布,進(jin)而說明🈲了(le)渦街流量(liang)傳感器檢(jian)測到的主(zhu)要反映漩(xuán)渦發生體(tǐ)兩側的💔流(liú)速,與管道(dao)平均流速(su)的關系不(bú)是唯一确(que)定的㊙️。這說(shuo)明渦街流(liú)量傳感器(qi)的非線性(xing)誤差是🎯其(qi)檢測機理(li)所決定❤️的(de)。在實際使(shǐ)用時,先繪(hui)出傳感器(qì)的儀表常(chang)數與流體(ti)☎️流速的試(shi)驗曲線,據(jù)此得到不(bú)同流速段(duan)的實際儀(yi)表常數。本(ben)文應用MCS-51單(dān)片機系列(lie)的89C51将試驗(yàn)曲線事先(xian)固化于流(liú)量計的EPROM中(zhong),用戶結合(he)現場具體(ti)工作情況(kuang)通過鍵盤(pan)輸人平均(jun)儀🛀表♋常數(shu)Kp的值(Kp=(Kmax+Kmin)/2),實現(xian)了渦街👨‍❤️‍👨傳(chuán)感器的非(fei)線性修正(zhèng)。
2.2儀表常數(shù)與流體流(liú)速的關系(xì)及分段補(bu)償
　　我們知(zhi)道渦街流(liú)量計頻率(lü)與流量成(cheng)正比,理論(lun)上講,渦街(jiē)流量計輸(shu)出頻率與(yu)流速成正(zhèng)比,也就是(shi)說♋儀表常(chang)數恒定。實(shí)際♊上,由于(yú)流量計本(běn)身的因素(sù)導緻兩者(zhě)之間存在(zai)一定🚶‍♀️程度(du)的非線性(xing)誤差。鑒此(cǐ),我們做出(chu)了一條儀(yí)表常數與(yu)流速的實(shí)驗關系曲(qǔ)線,如圖1所(suǒ)示。圖中各(gè)點坐标分(fen)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)。
針對(dui)這種誤差(cha)規律,我們(men)采取分段(duan)補償的方(fāng)式進行誤(wù)差修正。由(yóu)圖1可以看(kan)出,随着流(liu)速的降低(di)，曲線㊙️偏離(li)平均值越(yue)‼️大,對此我(wǒ)們采用的(de)方法可以(yi)達到兩個(gè)目的:
(1)無論(lùn)偏差值多(duō)大,隻要它(ta)有規律可(kě)循,就可補(bu)償修🔱正‼️,還(hái)可以把流(liú)量的下限(xian)即Vmin在坐标(biao)上向左移(yi)動,即擴大(da)傳感🏃🏻器的(de)量程。.
 
(2)根據(ju)精度要求(qiu)合理劃分(fen)區間，在誤(wu)差大的低(dī)流速區☂️間(jiān)線💃段取密(mì)一些,在誤(wù)差小的高(gāo)流速區間(jiān)可适當将(jiāng)區間放寬(kuān)。
爲了滿足(zú)修正後非(fei)線性誤差(chà)在0.3%以下的(de)要求，我們(men)根據💋理論(lun)分析和曲(qu)線規律,分(fen)别在12%Vmax、60%Vmax處增(zēng)加兩點(見(jiàn)圖2),坐✂️标分(fèn)🚩别爲G(12%Vmax,Kp),H(60%Vmax,0.998Kp)。理由(yóu):①Vmin/Vmax=8%~9%;②DE曲線間無(wu)拐點且下(xià)凹;③AB曲線間(jian)無拐點且(qie)下凹。這樣(yang)，把💋整個流(liu)速範圍🙇‍♀️分(fen)成了六段(duàn),如表1。這樣(yang)🔱處理後,可(kě)修正非線(xiàn)性誤差在(zai)0.3%以下。
 
2.3補償(chang)後非線性(xìng)誤差計算(suan)及驗證
　　表(biǎo)2爲補償後(hou)各段儀表(biǎo)常數的非(fēi)線性誤差(cha)計算值。
　　下(xia)面用某廠(chǎng)生産口徑(jing)爲Dg80的渦街(jiē)流量計爲(wèi)例驗證補(bǔ)償效果(産(chan)品編号:04150)。
　　表(biao)3爲原始檢(jiǎn)測數據。
　　平(píng)均儀表常(chang)數:
Kp=(Kmax+Kmin)/2=2132.4305
　　非線性(xing)誤差:
δ=(Kmax-Kmin)/(Kmax+Kmin)x100%=0.62%
 
　　表4爲(wèi)補償後的(de)各段儀表(biao)常數以及(ji)非線性誤(wu)差計⛱️算值(zhi)。由此可見(jiàn),補償後精(jing)度得到了(le)提高。
 
2.4計算(suàn)流量
　　瞬時(shi)流量計算(suan)公式:
 
Q=qvt
　　式中(zhōng):fi、Ki-----第i頻率段(duan)的漩渦分(fen)離頻率和(hé)相應的儀(yi)表常數;t---累(lèi)計㊙️時間。
 
3系(xì)統的實現(xian)
3.1系統可以(yi)實現的功(gong)能
(1)以89C51爲核(hé)心元件,X25045存(cún)儲數據。
(2)采(cai)用82C79單片機(jī)，可以同時(shí)顯示瞬時(shi)流量(4位)以(yǐ)及累積⛹🏻‍♀️流(liu)量(6位+2位🧑🏾‍🤝‍🧑🏼幂(mì)數),其顯示(shì)單位爲體(tǐ)積流量。
(3)具(jù)有掉電檢(jiǎn)測、保護功(gong)能(HT7044監測電(diàn)壓),掉電後(hou)數據存💋人(ren)X25045中。
(4)具有看(kàn)門狗功能(néng)。
(5)采用鍵盤(pan)輸人,輸入(rù)内容包括(kuò):儀表常數(shù)、瞬時流量(liàng)上限、瞬時(shí)流量下限(xiàn)等。
3.2主要程(cheng)序模塊
(1)主(zhu)程序。
(2)定時(shí)器中斷服(fu)務程序。
(3)鍵(jian)盤中斷處(chù)理子程序(xù)。
(4)掉電處理(li)子程序。
(5)25045讀(dú)/寫狀态寄(jì)存器子程(cheng)序。
(6)瞬時流(liú)量計算程(chéng)序SSJS。
(7)累積流(liú)量計算程(chéng)序LJJS。
(8)量程判(pàn)别子程序(xu)CSDS。
4結束語
　　用(yong)單片機89C51驗(yàn)證了誤差(cha)補償的數(shù)學模型，并(bing)實現了高(gāo)精度☔智能(neng)渦街流量(liang)積算儀的(de)設計，通過(guò)對儀表🐅常(chang)數的修正(zheng)使系統的(de)精✂️度有很(hen)大的提高(gao)，可以使渦(wō)街流量積(ji)算儀達到(dao)0.5級标準👌。采(cai)用89C51單片機(ji)使系統的(de)穩定性和(he)快速性都(dou)得到了提(ti)高,82C79專用👄的(de)鍵盤顯🔞示(shi)接口芯片(piàn),代替單片(pian)機完成鍵(jian)盤和顯示(shi)器的許多(duo)接口操作(zuo)，X25045可以将數(shu)據實時存(cun)儲起來。系(xi)統🔞軟硬件(jiàn)設計合理(li)、可行,具有(yǒu)工程實用(yòng)價⁉️值。

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