基于软硬件联合补偿的智能槽道流量计

0　引言

差压式流量计是一类应用比较成熟的流量计,其中,节流式差压流量计应用最广泛,它适用于所有单相流体包括液、气、蒸汽和部分混相流体如气固、气液、液固的测量。传统的节流件多采用孔板或喷嘴,流动分离严重。而南京航空航天大学明晓教授发明的槽道流量计[1]采用纺锤体节流件,具有良好的低阻外形,可以很好地调整流动和保持流动稳定,而且完全避免了流动分离,使得测量重复性和准确度得到进一步提高,同时显著减少了压力损失。这就为复杂环境下构建高精度的可靠性流量检测系统提供了一个新的选择。同时,由于流体计量十分复杂,受到压力、温度、密度、压缩系数、黏性系数及可膨胀系数等复杂因素的影响,其准确性、通用性等方面仍存在着一定的缺陷,因此,基于以上各种因素,在带有纺锤体节流件的差压式槽道流量计模型的基础上,提出了采用软硬件联合补偿的方式对其进行完全参数补偿的研究方案。

1　软硬件结合的完全参数补偿方案

差压式槽道流量计是利用伯努利能量守恒方程原理设计的,该流量计流量计量的数学模型可表示为

式中:Qm为质量流量;QVN为标况体积流量;K为量系数;ε为可膨胀系数;D为测量管内径;Δp为差压;ρn为被测流体的标况密度;ρ为被测流体的工况密度。对于不同的流体,由于组分的不同或者组分比例的不同,其各参数也不相同,这就决定了要想提高槽道流量检测系统的精度:一方面要从硬件上对各传感器的信号予以补偿以保证得到可靠、准确的数据;另一方面要对影响流量测量的其他可变因素进行有效的补偿。另外,针对目前差压流量计通用性差的缺陷,可对天然气、高炉煤气、过热蒸汽、液化天然气、液化石油气、一般气体、水、石油、一般液体分别进行相应的软件补偿,使其通用性明显提高。

2　硬件补偿

系统硬件部分采用工业生产中十分常见的AT89C52,辅以键盘、LCD构成便捷的人机交换接口,实现多界面、多参数的选择与修改。模数转换模块采用低成本、低功耗、高精度的三通道16位Δ-Σ型AD7707转换电路,由于实际工作现场中常用的检测平台主要是基于RS-485协议和4~20 mA电流环信号,因此,通信模块中分别采用了支持RS-485通信协议的MAX485电路和支持4~20 mA电流传输的AD5422电路,从而使系统的用户充分利用现有资源,节约成本。为了进一步提高可靠性,采用单独的AC-DC模块对系统供电。其具体的硬件结构框图如图1所示。

对槽道式流量计来说,从传感器获得的介质温度、差压、绝压、环境温度这几个参数的准确性直接影响着流量计的精确度。而在现场中,这几路信号一般都叠加了高频信号并有一定的漂移,因此,提出首先通过硬件分别对各信号的采集进行相应补偿,以提高可靠性和准确性。其中对介质温度和差压信号的补偿尤为重要。