1.非線性誤差的產(chǎn)生
由于渦街流量計(jì)傳感器所測(cè)的并不是平均流速,而是漩渦發(fā)生體兩側(cè)的流速。對(duì)于湍流狀態(tài),不同的雷諾數(shù)下,流速分布規(guī)律是不同的,即不同的流速下具有不同的流速分布,進(jìn)而說(shuō)明了渦街流量傳感器檢測(cè)到的主要反映漩渦發(fā)生體兩側(cè)的流速,與管道平均流速的關(guān)系不是唯一確定的。這說(shuō)明渦街流量傳感器的非線性誤差是其檢測(cè)機(jī)理所決定的。在實(shí)際使用時(shí),先繪出傳感器的儀表常數(shù)與流體流速的試驗(yàn)曲線,據(jù)此得到不同流速段的實(shí)際儀表常數(shù)。本文應(yīng)用MCS-51單片機(jī)系列的89C51將試驗(yàn)曲線事先固化于流量計(jì)的EPROM中,用戶結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)具體工作情況通過(guò)鍵盤輸人平均儀表常數(shù)Kp的值(Kp=(Kmax+Kmin)/2),實(shí)現(xiàn)了渦街傳感器的非線性修正。
2.儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系及分段補(bǔ)償
我們知道渦街流量計(jì)頻率與流量成正比,理論上講,渦街流量計(jì)輸出頻率與流速成正比,也就是說(shuō)儀表常數(shù)恒定。實(shí)際上,由于流量計(jì)本身的因素導(dǎo)致兩者之間存在一定程度的非線性誤差。鑒此,我們做出了一條儀表常數(shù)與流速的實(shí)驗(yàn)關(guān)系曲線,如圖1所示。圖中各點(diǎn)坐標(biāo)分別為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(duì)這種誤差規(guī)律,我們采取分段補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行誤差修正。由圖1可以看出,隨著流速的降低，曲線偏離平均值越大,對(duì)此我們采用的方法可以達(dá)到兩個(gè)目的:
(1)無(wú)論偏差值多大,只要它有規(guī)律可循,就可補(bǔ)償修正,還可以把流量的下限即Vmin在坐標(biāo)上向左移動(dòng),即擴(kuò)大傳感器的量程。
(2)根據(jù)精度要求合理劃分區(qū)間，在誤差大的低流速區(qū)間線段取密一些,在誤差小的高流速區(qū)間可適當(dāng)將區(qū)間放寬。
為了滿足修正后非線性誤差在0.3%以下的要求，我們根據(jù)理論分析和曲線規(guī)律,分別在12%Vmax、60%Vmax處增加兩點(diǎn)(見(jiàn)圖2),坐標(biāo)分別為G(12%Vmax,Kp),H(60%Vmax,0.998Kp)。理由:①Vmin/Vmax=8%~9%;②DE曲線間無(wú)拐點(diǎn)且下凹;③AB曲線間無(wú)拐點(diǎn)且下凹。這樣，把整個(gè)流速范圍分成了六段,如表1。這樣處理后,可修正非線性誤差在0.3%以下。
3.補(bǔ)償后非線性誤差計(jì)算及驗(yàn)證
表2為補(bǔ)償后各段儀表常數(shù)的非線性誤差計(jì)算值。
下面用某廠生產(chǎn)口徑為DN80的渦街流量計(jì)為例驗(yàn)證補(bǔ)償效果。
表3為原始檢測(cè)數(shù)據(jù)。
平均儀表常數(shù):
Kp=(Kmax+Kmin)/2=2132.4305
非線性誤差:
δ=(Kmax-Kmin)/(Kmax+Kmin)x100%=0.62%
表4為補(bǔ)償后的各段儀表常數(shù)以及非線性誤差計(jì)算值。由此可見(jiàn),補(bǔ)償后精度得到了提高。
4.計(jì)算流量
瞬時(shí)流量計(jì)算公式:
Q=qvt
式中:fi、Ki-----第i頻率段的漩渦分離頻率和相應(yīng)的儀表常數(shù);t---累計(jì)時(shí)間。
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