MCS-51单片机在饱和蒸汽的流量计量补偿中的应用

　　0　引　言

　　流体流量的检测与控制是各行各业加强能源、物料管理、进行经济分析、结算和决策的重要依据,也是监控生产过程使其保持优质、安全、提高效率和改善环境的重要手段。尽管目前流量计量计已有几十种之多,然而对于越来越高的计量精确性而言,往往都要采用补偿措施。如用差压式流量计检测饱和蒸汽的流量,设计压力为0.5 MPa,当蒸汽压力变化到1.0 MPa时其流量误差达-26%左右[1]。工况变化越大,引入的误差越大。所以,在一些需要精确计量或者工况波动范围大而且波动频繁的场合必须采用补偿措施。

　　流体计量补偿技术,就是针对不同的流量计,检测不同流体而建立的一种修正方法。随着自动化技术的进步,计算机及其它智能装置的出现,自动补偿的技术工具已日趋完善,但流体计量补偿的数学模型建立过程考虑并不十分周全,计量的准确性仍然不高。

　　本研究即是针对这一情况,采用MCS-51单片机,以锅炉饱和蒸汽流量为对象,进行流量测量的密度补偿。本研究在传统的流体计量补偿思想的基础上,将温度变化值与密度变化值进行曲线拟合,针对传统流量计补偿方法采用单一数学模型,从而使得工况大范围变化时,补偿后流量计的精度无法满足要求这一问题,提出了用分段拟合进行流量补偿的方法。并且将智能仪表的思想引入补偿技术,采用MCS-51单片机进行数据处理,利用单片机较强的存储能力和快速的运算能力,不仅提高了补偿的精度,并且使补偿装置成本下降,简单灵活,便于掌握。同时,程序的编制中对拟合曲线的系数以查表的形式进行读取,这样当系数改变或用于其他类似的补偿应用时,只需改变表中相应的数值而无须对程序进行大的变动,较为灵活并具有一定的通用性。

　　1　饱和蒸汽的流量测量及其补偿

　　差压式流量计是目前计量饱和蒸汽的主要仪表,其刻度方程式如下:

　(1)

　　式中:M———饱和蒸汽的质量流量,kg/h;

　　α0———根据设计条件确定的流量系数;

　　ε———根据设计条件确定的气体膨胀系数;

　　γRe———根据设计条件确定的管内壁粗糙度修正系数;

　　d———设计温度下孔板的孔径,mm;

　　Δp———孔板前后的差压,Pa;

　　ρs———设计条件下饱和蒸汽的密度,kg/m³.

　　流量计安装好后,α0、ε及γRe和d为定值。当蒸汽的操作条件(压力或温度)变化时,设此时的蒸汽密度为ρ,如果孔板前后的差压不变,仍是Δp,此时流量变为M实