提高涡街流量计精度的一种补偿算法及实现

　　1　引　言

　　根据多年的应用经验以及大量的现场数据,我们发现涡街流量计的仪表常数与流体的流速存在一定的关系,本文通过寻找涡街流量计仪表常数与流体流速的关系,建立了两者的数学模型,在流量计算时对它进行补偿,提高了计算精度。

　　1.1　涡街流量计的工作原理

　　涡街流量计是基于卡门涡街原理制成的一种流体振荡性流量计,即在流动的流体中放置一个非流线型的对称形状的物体(涡街流量传感器中称之为漩涡发生体),就会在其下流两侧产生两列有规律的漩涡,即卡门涡街其漩涡频率正比于流体速度:

　　1.2　涡街流量计的特点

　　(1)输出的信号是与流速成正比的脉冲信号,便于数据处理和计算机联网。

　　(2)量程范围宽,精度高。

　　(3)无可动部件,可靠性较高,结构简单,便于安装维修。

　　(4)检测元件与被测介质不直接接触,不受流体的化学性质影响,应用范围宽,寿命长。

　　(5)抗干扰能力强,容易进行流量计算,不受流体物理性质的影响,给仪表的标定和使用带来了方便。

　　2　误差的产生及补偿

　　2.1　非线性误差的产生

　　由于涡街传感器所测的并不是平均流速,而是漩涡发生体两侧的流速。对于湍流状态,不同的雷诺数下,流速分布规律是不同的,即不同的流速下具有不同的流速分布,进而说明了涡街流量传感器检测到的主要反映漩涡发生体两侧的流速,与管道平均流速的关系不是唯一确定的。这说明涡街流量传感器的非线性误差是其检测机理所决定的。在实际使用时,先绘出传感器的仪表常数与流体流速的试验曲线,据此得到不同流速段的实际仪表常数。本文应用MCS251单片机系列的89C51将试验曲线事先固化于流量计的EPROM中,用户结合现场具体工作情况通过键盘输入平均仪表常数KP的值(KP= (Kmax+Kmin) /2),实现了涡街传感器的非线性修正。

　　2.2　仪表常数与流体流速的关系及分段补偿

　　我们知道涡街流量计频率与流量成正比,理论上讲,涡街流量计输出频率与流速成正比,也就是说仪表常数恒定。实际上,由于流量计本身的因素导致两者之间存在一定程度的非线性误差。鉴此,我们做出了一条仪表常数与流速的实验关系曲线,如图1所示。图中各点坐标分别为A(Vmin,1.004 9KP),B(15%Vmax,0.997KP),C(30%Vmax,0.992853KP),D(50%Vmax,0.994883KP),E(75%Vmax,KP),F(Vmax,KP)。

　　针对这种误差规律,我们采取分段补偿的方式进行误差修正。由图1可以看出,随着流速的降低,曲线偏离平均值越大,对此我们采用的方法可以达到两个目的: