智能化涡街流量计测量系统

　　前　言

　　在石油、化工等生产过程中,对管道内液体和气体的流量进行测量和控制是实现生产过程自动化的重要组成部分。涡街流量计具有量程宽,无可动部件,运行可靠,维护简单,压力损失小,具有一定的计量精度等优点。[1]特别是在很宽的范围内,它的测量与介质的密度、粘度等物性参数无关,因而受到普遍欢迎。本文介绍应用MCS-51单片机设计的智能涡街流量计,对涡街流量计固有的非线性进行修正,并具有显示、打印、检测参数的种类以及数据处理等功能,从而拓宽了涡街流量计的应用范围

　　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,其漩涡频率正比于来流速度^:[2]

　　式中　F—涡街频率

　　d—漩涡发生体宽度

　　u—来流速度

　　St—斯特劳哈尔数

　　St的值与漩涡发生体宽度d和雷诺数Re有关当雷诺数Re<2×104情况下,St为变数:当Re在2×10 ⁴~7×10 ⁶的范围内,St值基本上保持不变,这段范围为流量计的基本测量范围。

　　式(1)表明,当d和St为定值时,漩涡产生的频率F与流体的平均流速u成正比,利用这一特性制成了涡街流量计。由于涡街传感器所测的并不是平均流速,而大约是漩涡发生体两侧的流速。 ^[3] 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系数与频率的试验曲线f(F)。

　　式中G(F)是同一口径的各台仪表相同的曲线形状(仅是位移不同)。K是平均仪表系数。在本文应用MCS-51单片机的智能涡街流量计中,通过将试验曲线形状G(F)事先固化于流量计的EPROM中,和让用户结合现场具体工况通过键盘输入K的值,实现涡街传感器的非线性修正。

　　硬件设计

　　图1是系统的硬件原理框图

　　根据设计要求,单片机应用系统^[4] 包括:(1)接受变送器送来的与流量成正比的脉冲,并对其定时、计数的电路;(2)显示器,键盘,打印机接口电路;(3)外部存储器的扩展电路;主要电路介绍如下:

　　1　键盘/显示器及打印机接口^[5]