三段流量系数修正算法在涡街流量计非线性修正中的应用

　　0　引言

　　液体和气体的流量测量涉及到了各行各业。流量测量精度的影响因素是多样的。通过理论分析和大量的测试数据证明,涡街(Vortex)流量计测量的指示值与实际值的非线性问题一直是影响其精度的主要因素。

　　本文通过分析大量的实验数据,采用三段流量系数修正算法对显示值进行修正,使得实际值与显示值误差减小,从而使得涡街流量计精度提高,测量范围增大。

　　1　涡街流量计测量原理

　　传统的涡街流量计是利用流体力学中卡门涡街的原理制作的一种仪表。当在流体流动的管道中放入一个柱体障碍物(漩涡发生体)时,在发生体的两侧就会交替地产生漩涡,这些漩涡称为卡门漩涡(如图1所示),由于漩涡之间相互影响,漩涡列一般是不稳定的,但当两漩涡列之间的距离h和同列的两个漩涡之间的距离L满足公式h /L=0.281时,非对称的漩涡列就能保持稳定。此时漩涡的频率f与流体的流速v及漩涡发生体的宽度d之间的关系为:

　　而频率f与流量q之间的关系为:

　　q=f/k (2)………………………………………

　　式中:q为流体流量,m³/h;k为涡街流量计的仪表系数,m^-3,它除了与发生体、测量管的几何尺寸有关外,还与斯特劳哈尔数Sr有关。

　　通过理论分析和大量的测试数据证明, k值是影响仪表测量精度的主要因素,也是导致仪表显示值与实际值成非线性关系的主要因素。

　　仪表显示值与实际值非线性的影响原因,一方面是由流体流动状态的变化造成的,流体在层流状态下流量系数为变数,而在紊流状态下其流量系数为近似常数,特别是在层流和紊流的临界流态下流量系数是不稳定的,这个问题的解决办法一般是采用改变流道结构、提高流体流速,使层流和紊流的临界流态下移,扩大真正测量的紊流状态的范围。另一方面,虽然在紊流状态范围内其流量系数是近似常数,仪表系数与实际流量仍然存在一定的非线性误差,这种非线性误差导致测量精度级别达不到很高的要求。因此,采用三段系数修正算法将流量函数进行线性化修正和补偿,经过使用该方法,其效果甚佳,方法简练、实用,涡街流量计中使用该法使测量范围比扩大到1∶18(原来为1∶8)。本文主要论述三段系数修正算法将流量函数进行线性化修正和补偿的方法。

　　2　采用三段流量系数算法进行修正策略

　　图2所示为实验所得的流量q与仪表系数k之间的关系曲线。依据实验数据取在紊流状态下(q=30~300m3/h)仪表系数的平均值作为流量计理想的仪表系数,根据这个仪表系数得到的流量值作为未修正的显示值。根据实验数据绘制了如图3所示的实际值与未修正的显示值的曲线图(虚线1为理想显示值曲线或是实际流量曲线,实线2为流量计表头显示值曲线),即在未修正以前将设计好的流量计表头设置一个比较理想的流量系数(即)在全量程范围内测量绘制的显示值曲线。