渦街流量計儀表常數(shù)與流體流速的關系及分段補償，通過對渦街流量計的儀表常數(shù)隨著流速的變化而略有起伏這個規(guī)律的觀察與總結，建立數(shù)學模型，并根據(jù)這個數(shù)學模型，可以在不同的流速段對儀表常數(shù)做適當?shù)难a償，可以提高渦街流量計的計算精度，該方案通過單片機809C51實現(xiàn)。
根據(jù)多年的應用經(jīng)驗以及大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)渦街流量計的儀表常數(shù)與流體的流速存在一定的關系，本文通過尋找渦街流量計儀表常數(shù)與流體流速的關系，建立了兩者的數(shù)學模型，在流量計算時對它進行補償，提高了計算精度。
1.1 渦街流量計的工作原理
渦街流量計是基于卡門渦街原理制成的一種流體振蕩性流量計，即在流動的流體中放置一個非流線型的對稱形狀的物體(渦街流量傳感器中稱之為漩渦發(fā)生體)，就會在其下流兩側產生兩列有規(guī)律的漩渦，即卡門渦街其漩渦頻率正比于流體速度:
1.2 渦街流量計的特點
(1)輸出的信號是與流速成正比的脈沖信號，便于數(shù)據(jù)處理和計算機聯(lián)網(wǎng)。
(2)量程范圍寬，精度高。
(3)無可動部件，可靠性較高，結構簡單，便于安裝維修。
(4)檢測元件與被測介質不直接接觸，不受流體的化學性質影響，應用范圍寬，壽命長。
(5)抗干擾能力強，容易進行流量計算，不受流體物理性質的影響，給儀表的標定和使用帶來了方便。
2 誤差的產生及補償
2.1 非線性誤差的產生
由于渦街傳感器所測的并不是平均流速，而是漩渦發(fā)生體兩側的流速。對于湍流狀態(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，進而說明了渦街流量傳感器檢測到的主要反映漩渦發(fā)生體兩側的流速，渦街流量計出售，與管道平均流速的關系不是確定的。這說明渦街流量傳感器的非線性誤差是其檢測機理所決定的。在實際使用時，先繪出傳感器的儀表常數(shù)與流體流速的試驗曲線，據(jù)此得到不同流速段的實際儀表常數(shù)。本文應用MCS251單片機系列的89C51將試驗曲線事先固化于流量計的EPROM中，渦街流量計廠，用戶結合現(xiàn)場具體工作情況通過鍵盤輸入平均儀表常數(shù)KP的值(KP= (Kmax+Kmin) /2)，實現(xiàn)了渦街傳感器的非線性修正。
2.2 儀表常數(shù)與流體流速的關系及分段補償
我們知道渦街流量計頻率與流量成正比，理論上講，渦街流量計輸出頻率與流速成正比，也就是說儀表常數(shù)恒定。實際上，由于流量計本身的因素導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)與流速的實驗關系曲線，如圖1所示。圖中各點坐標分別為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(xiàn)(Vmax，KP)。
針對這種誤差規(guī)律，渦街流量計現(xiàn)貨，我們采取分段補償?shù)姆绞竭M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，對此我們采用的方法可以達到兩個目的:
(1)無論偏差值多大，只要它有規(guī)律可循，就可補償修正，還可以把流量的下限即Vmin在坐標上向左移動，即擴大傳感器的量程。
(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(見圖2)，坐標分別為G(12%Vmax，KP)，H(60%Vmax，0.998KP)。理由:
①Vmin/Vmax=8% ~9%;②DE曲線間無拐點且下凹;③AB曲線間無拐點且下凹。這樣，把整個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。
2.3 補償后非線性誤差計算及驗證
表2為補償后各段儀表常數(shù)的非線性誤差計算值。
下面用某廠生產口徑為Dg80的渦街流量計為例驗證補償效果(產品編號:04150)。表3為原始檢測數(shù)據(jù).
2.4 計算流量
瞬時流量計算公式:
3 系統(tǒng)的實現(xiàn)
3.1 系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能
(1)以89C51為元件，X25045存儲數(shù)據(jù)。
(2)采用82C79單片機，可以同時顯示瞬時流量(4位)以及累積流量(6位+2位冪數(shù))，其顯示單位為體積流量。
(3)具有掉電檢測、保護功能(HT7044監(jiān)測電壓)，掉電后數(shù)據(jù)存入X25045中。
(4)具有看門狗功能。
(5)采用鍵盤輸入，輸入內容包括:儀表常數(shù)、瞬時流量上限、瞬時流量下限等。
3.2 主要程序模塊
(1)主程序。
(2)定時器中斷服務程序。
(3)鍵盤中斷處理子程序。
(4)掉電處理子程序。
(5)25045讀/寫狀態(tài)寄存器子程序。
(6)瞬時流量計算程序SSJS。
(7)累積流量計算程序LJJS。
(8)量程判別子程序CSDS。
用單片機89C51驗證了誤差補償?shù)臄?shù)學模型，并實現(xiàn)了智能渦街流量積算儀的設計，通過對儀表常數(shù)的修正使系統(tǒng)的精度有很大的提高，可以使渦街流量積算儀達到0. 5級標準，采用89C51單片機使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性都得到了提高，82C79的鍵盤顯示接口芯片，代替單片機完成鍵盤和顯示器的許多接口操作，渦街流量計，X25045可以將數(shù)據(jù)實時存儲起來，系統(tǒng)軟硬件設計合理、可行，具有工程實用價值。
分體式渦街流量計是一種適用于高溫場合測量蒸汽的流量計，可以避免干擾信號對儀表測量的影響。那么它有哪些特點呢？
1、不受溫度、壓力的影響，同時不易堵，不易結垢，耐高溫，高壓，適用于惡劣環(huán)境。
2、產品無磨損、耐臟污，無須機械維修，使用壽命長。
3、電流輸出均為電隔離型，具有良好的共模干擾***能力。
4、可在很寬的流量范圍內準確測量氣體、液體和蒸汽的流量而不受流體物理性質的影響。
5、同時顯示流量值與累計流量值，不必輪流切換。
6、采用抗振動探頭，有效消除外界振動影響。
7、采用分體式信號轉換器，電纜長10米。
8、電路采用表面貼裝工藝，結構緊湊，可靠性高。
以上幾個就是分體式渦街流量計的主要特點。
渦街流量計的安裝要求：1、合理選擇安裝場所和環(huán)境。避開強電力設備，高頻設備，強電源開關設備;避開高溫熱源和輻射源的影響，避開強烈震動場所和強腐蝕環(huán)境等，同時要考慮安裝維修方便。2、上下游必須有足夠的直管段。若傳感器安裝點的上游在同一平面上有二個90。彎頭，則：上游直管段≥25D，下游直管段≥5D 。若渦街流量計安裝點的上游在不同平面上有二個90。彎頭，則：上游直管段≥40D，下游直管段≥5D 。調節(jié)閥應安裝在傳感器的下游5D以外處，若必須安裝在傳感器的上游，傳感器上游直管段應不小于50D，下游應有不小于5D。3、安裝點上下游的配管應與傳感器同心，同軸偏差應不小于0.5DN。4、管道采取減振動措施。傳感器盡量避免安裝在振動較強的管道上，特別是橫向振動。若不得已要安裝時，必須采取減振措施，在傳感器的上下游2D處分別設置管道緊固裝置，并加防振墊。5.在水平管道上安裝是流量傳感器常用的安裝方式。測量氣體流量時，若被測氣體中含有少量的液體，傳感器應安裝在管線的較高處。測量液體流量時，若被測液體中含有少量的氣體，渦街流量計應安裝在管線的較低處。6.傳感器在垂直管道的安裝。測量氣體流量時，傳感器可以安裝在垂直管道上，流向不限。若被測氣體中含有少量的液體，氣體流向應由下向上。測量液體流量時，液體流向應由下向上：這樣不會將液體重量額外附加在探頭上。7、傳感器在水平管道的側裝。無論測量何種流體，傳感器可以在水平管道上側裝，特別是測量過熱蒸汽，飽和蒸汽和低溫液體，若條件允許盡量采用側裝，這樣流體的溫度對放大器的影響較小。8.渦街流量計在水平管道的倒裝。一般情況下不推薦用此安裝方法。此安裝方法不適用于測量一般氣體、過熱蒸汽?？捎糜跍y量飽和蒸汽，適用于測量高溫液體或需經(jīng)常清洗管道的情況。9.傳感器在有保溫層管道上的安裝。測量高溫蒸汽時，保溫層多不能超過支架高度的三分之一。
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