渦街流量計(jì)因其構(gòu)造簡(jiǎn)略、功能穩(wěn)定、壓損小。量程規(guī)模寬等特色在液體丈量中有著廣泛應(yīng)用。其原理是，當(dāng)液體經(jīng)過(guò)管道中的旋渦發(fā)作體時(shí)，所發(fā)生旋渦的振蕩頻率與流速成正比。在渦街流量變送器中，以壓電晶體或差動(dòng)電容作傳感器，將檢測(cè)到的微弱振蕩信號(hào)擴(kuò)大、濾波、驅(qū)動(dòng)后，輸出其頻率與瞬時(shí)體積流量成正比的脈沖信號(hào)，整個(gè)電路制成賀型打印線路板，俗稱擴(kuò)大板。這種變送器適用于渙散形式，每一臺(tái)變送器配接1臺(tái)依據(jù)頻率檢測(cè)的流量積算儀。這些年許多企業(yè)已逐漸選用儀器分布管理形式，這就需求多個(gè)丈量點(diǎn)的流量信號(hào)一致改換成4－20mA，再送到核算機(jī)中會(huì)集挨近和管理，因而呈現(xiàn)了二線制的4－20mA渦街流量變送器，它是在本來(lái)擴(kuò)大板后邊連一塊改換板而成，改換板由f / V和V / I電路組合，將本來(lái)擴(kuò)大板輸出的頻率信號(hào)改換成4－20mA輸出。

外表系數(shù)非線性的影響

傳感器輸出信號(hào)非線性是制約渦街流量變送器精度進(jìn)步的zui重要要素，非線性造成各個(gè)流量區(qū)間表系數(shù)K不是常數(shù)。外表系數(shù)界說(shuō)為每立方米流量所發(fā)作的及沖數(shù)。變送器的非線性差錯(cuò)界說(shuō)為（Kmax－Kmin）/ （Kmax＋Kmin）×。一般，輸出脈沖頻率信號(hào)的常量變送器的準(zhǔn)確度標(biāo)稱只能到達(dá)1－2級(jí)。而關(guān)于以電流輸出在渦街變送器，由于電路中f / V環(huán)節(jié)的參加，依據(jù)RC充放電的f / V改換電路雖然有較高的分辨率，但線性及穩(wěn)定性卻滿意不了較高精度的改換需求。

2　校對(duì)的機(jī)理及作用

抽取1臺(tái)江蘇旭輝儀表自動(dòng)化有限公司出產(chǎn)的f500mm電容式渦街流量計(jì)為例，其變送器查驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表1。

表1

每個(gè)流量點(diǎn)測(cè)3次，取平均值。從表1的數(shù)據(jù)能夠看出，這臺(tái)表的根本差錯(cuò)zui大為0.82，只能被定為1級(jí)。設(shè)想，如能將5點(diǎn)的外表常數(shù)按對(duì)應(yīng)點(diǎn)的差錯(cuò)給予校對(duì)，則有望將外表的精度進(jìn)步。應(yīng)該留意的是：外表精度等級(jí)的進(jìn)步是建立在檢定的重復(fù)差錯(cuò)較小根底之上的，而重復(fù)性較好正是渦街流量計(jì)的特色。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果重復(fù)性欠好，非線性校對(duì)也就失去意義，非線性校對(duì)的作用受重復(fù)差錯(cuò)的約束。上述這臺(tái)表的重復(fù)差錯(cuò)zui高為0.266%，經(jīng)過(guò)非線性校對(duì)，準(zhǔn)確度有望到達(dá)0.5級(jí)。

影響線性的要素許多，有能夠來(lái)自檢測(cè)部件的資料、構(gòu)造、技術(shù)以及擴(kuò)大電路的質(zhì)量等諸多方面，其間變送器自身的智能化、信號(hào)改換與校對(duì)一體化是改善其精度的捷徑。

3智能二線制4－20mA渦街流量變送器

3.">　構(gòu)造框圖

筆者掌管規(guī)劃的二線制4－20mA渦街流量變送器構(gòu)造框圖如圖1所示。

圖1　二線制4－20mA渦街流量變送器構(gòu)造框圖

原擴(kuò)大板的電路構(gòu)造根本不變，只作微功耗改善，在此根底上加改換板，2塊圓板固定在變送器圓柱型金屬殼體兩邊，信號(hào)和電源線以接插件相連。選用通用的二線制，包括擴(kuò)大板在內(nèi)的悉數(shù)元器件都選用微功耗型，以滿意零點(diǎn)電流不超越4mA的需求。MCU選用MCS－51系列的89C2051，內(nèi)部的2個(gè)計(jì)數(shù)器/守時(shí)器T0、T1別離設(shè)為計(jì)數(shù)和工作方式，以對(duì)來(lái)自擴(kuò)大板的脈沖頻率進(jìn)行高精度檢測(cè)，運(yùn)算的成果經(jīng)過(guò)10位分辨率串行D/AMAX504操控輸出電流。頻率檢測(cè)和D/A改換這兩個(gè)中間進(jìn)程的改換精度優(yōu)于0.1%。

3.2　校對(duì)運(yùn)算

變送器的第i點(diǎn)瞬時(shí)流量由下式給出：

　　　　                     (1)

式中：Ki外表系數(shù)，抱負(fù)的狀況下為一常量。

圖1中，流過(guò)采樣負(fù)載電阻RL上的電流IiL=I0＋I(xiàn)i，其間I0為零點(diǎn)電流，調(diào)整為4mA，Ii由D/A操控，不考慮校對(duì)，有以下正比線性關(guān)系式建立：

　　　?。?）

式中：N是對(duì)應(yīng)輸出電流Ii時(shí)輸入到D/A中的數(shù)值。

但一般狀況下，外表常數(shù)Ki不是常量，一般做法是在丈量規(guī)模內(nèi)取平均值K作為參考。設(shè)各個(gè)流量點(diǎn)的實(shí)踐外表常數(shù)為Ki，并界說(shuō)校對(duì)系數(shù)mi為

        mi=K/Ki

所以，實(shí)踐瞬時(shí)流量為

 (3)

上式標(biāo)明，只需曉得校對(duì)系數(shù)mi，將mi與現(xiàn)有的、依據(jù)頻率作線性核算出的電流Ii相乘，就可得到與校對(duì)后流量 所對(duì)應(yīng)的電流。各mi在標(biāo)定變送器時(shí)求出，由校對(duì)后的電流mi Ii得出數(shù)據(jù)N，并輸入到D/A去操控輸出電流，就能夠到達(dá)校對(duì)意圖。綜上所述，在二線制變送器中，對(duì)輸出電流的校對(duì)實(shí)踐上就是對(duì)外表系數(shù)的非線性校對(duì)。

3.3　校對(duì)完成策略

理論上，只需有了5點(diǎn)校對(duì)系數(shù)mi，再經(jīng)過(guò)體系機(jī)的核算和分析，就能夠得到校對(duì)系數(shù)大略的曲線函數(shù)解析式，并據(jù)此校對(duì)。但詳細(xì)完成的困難是：①渦街流量計(jì)外表系數(shù)的非線性形狀具有渙散性，不適于用單一形式的曲線來(lái)擬合；②智能外表不適合于輸入跨值很大的多項(xiàng)式系數(shù)。智能變送器的軟硬件規(guī)劃要充沛考慮到既能習(xí)慣檢定規(guī)程和現(xiàn)場(chǎng)操作需求，又要與智能外表精約規(guī)劃的風(fēng)格相符，應(yīng)力求以起碼輸入數(shù)據(jù)量來(lái)到達(dá)意圖、輸入法及算法應(yīng)簡(jiǎn)略有用。

3.3.">　調(diào)整系數(shù)bi的輸入

令

mi＝1＋0.001bi；I＝1，2，3，4，5

bi界說(shuō)為調(diào)整系數(shù)，為2位十進(jìn)制，用bi來(lái)替代mi是由于前者輸入簡(jiǎn)略，所用數(shù)據(jù)少，占用MCU的內(nèi)存起碼。規(guī)劃中令bi總大于0，這樣就避免了輸入負(fù)數(shù)（下調(diào)電流）的不便利，當(dāng)bi的值從00改變到99時(shí)，可對(duì)電流輸出（或K值）完成zui大為9.9%起伏的調(diào)整，這個(gè)規(guī)模已能滿意一般的需求。圖2中，直線AB顯現(xiàn)智能換板輸出電流與輸入頻率挨近抱負(fù)的線性關(guān)系，為了確保bi總大于0即mi總大于1。在校驗(yàn)前，應(yīng)經(jīng)過(guò)調(diào)滿量程參數(shù)先使各流量點(diǎn)的電流遍及下降，即使直線AB的低利率減小，給全區(qū)校對(duì)時(shí)電流的上拉預(yù)留下空間，一起在滿量這一點(diǎn)專設(shè)了b5作上拉校對(duì)用，以確保校對(duì)后在經(jīng)過(guò)滿量程流量時(shí)能正確地回到20mA這一點(diǎn)。變送器中規(guī)劃了手操軟件，按參數(shù)設(shè)置鍵“S”，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定修正狀況，其顯現(xiàn)和鍵盤可參看圖1。這一輸入法確保了bi的便利置入。在線檢守時(shí)，可依據(jù)實(shí)時(shí)標(biāo)定流量調(diào)整對(duì)應(yīng)的bi，當(dāng)調(diào)至外表顯現(xiàn)流量與實(shí)時(shí)標(biāo)定流量持平時(shí)，按寫入鍵將bi值寫入E2PROM保留；也能夠在校驗(yàn)后依據(jù)各點(diǎn)實(shí)踐流量所對(duì)應(yīng)輸出電流與實(shí)時(shí)輸出的電流之間的差錯(cuò)，核算出各點(diǎn)bi并置入。

3.3.2全量程校對(duì)

當(dāng)5個(gè)流量點(diǎn)的輸出電流校對(duì)后，則能夠用過(guò)5點(diǎn)及零點(diǎn)的5段標(biāo)號(hào)別離為1－5的折線來(lái)表明變送器校對(duì)后的電流輸出曲線，如圖2所示。程序依照線性插值法校對(duì)恣意流量點(diǎn)。

圖2　線性插值法校對(duì)輸出電流示意圖

圖2中，f1, f2, f3, f4及fmax依次對(duì)比，以確定在哪一段折線上校對(duì)，當(dāng)確定為j號(hào)線上后，按式（4）核算該流量點(diǎn)的調(diào)整系數(shù)bx：

bx=bj＋（bj－bj-1）        

在折線1上，b0按0計(jì)，由于零點(diǎn)事前已調(diào)好，校對(duì)量天然為0。圖2中標(biāo)出了對(duì)應(yīng)頻率為f這一點(diǎn)需求校對(duì)的電流 ?，按式（4）核算bx的算式為

bx=b4＋（b4－b4-1）   

4　結(jié)束語(yǔ)

智能二線制4－20mA渦街流量變送器還可完成瞬時(shí)流量、輸出電流、輸出頻率的邊遠(yuǎn)地方或循環(huán)顯現(xiàn)；可在線瀏覽、設(shè)定和存儲(chǔ)以下參數(shù)：滿量程數(shù)、5點(diǎn)調(diào)整系數(shù)、濾波輸出阻尼系數(shù)以及零點(diǎn)和滿度調(diào)整系數(shù)等。它除了有有效地進(jìn)步外表的精度等級(jí)和層次，還具有操作簡(jiǎn)便，調(diào)試便利、通用等長(zhǎng)處。它應(yīng)DCS用戶需求而開(kāi)發(fā)，下一步的目標(biāo)是向HART總線挨近。