气体流量测量补偿算法在仪器仪表中的实现

　　1　引　言

　　由于气体的可压缩性,导致其体积流量测量比液体的体积流量测量复杂,仪表的输出信号除了与输入信号有关,还与气体密度有关,而气体密度又是温度和压力(简称温压)的函数,因此,气体的流量测量普遍存在温压补偿问题。大部分气体可近似地视为理想气体,其密度可用经过补正的理想气体状态方程来表示。

　　用于检测的仪表,多采用8位或16位单片机为硬件平台。在有限的资源上,用浮点运算实现温压补偿算式存在运算速度低、内存占用过多等问题。为此,文本讨论一种快速无因次化的算法,该算法速度快、精度高、易于工程实现。

　　2　理想气体的温压补偿原理

　　孔板检测流量方法已为广大工程技术人员所熟悉,这里直接给出流量方程式:

　　3　理想气体温压补偿在8位或16位单片机上的工程实现

　　在流量测量过程中,温度和压力信号送入仪器仪表后,经模拟到数字的转换,被按一定比例转化为无因次的工程量。因此,为满足过程仪表的工程实现要求,要对补偿算式相应地进行无因次化转换。

　　为了确保精度且快速实现算式,对无因次化转换后的变量采用14位有符号定点小数进行运算,可大大提高运算速度。

　　3.1　补偿算式的无因次化转换

　　设计工况下的绝对压力和绝对温度分别为:

　3.2　采用14位有符号定点小数运算

　　定义数据类型:14位有符号定点小数。14位定点小数表示法由16位整数构成,包括1位符号位(当作为无符号数处理时,此位为整数位)、1位整数位和14位小数位,如图1所示。此表示法的运算精度为14位,可以精确到0.000 061 0,小于该值时认为是0。

　　3.2.1　同时进行温度和压力补偿

　　如果K2、K4中有一个数过大,则会出现运算溢出;如果K1~K4中有一个或多个过小,则运算精度较低。为此,可对K1~K4进行相同倍数的缩放(缩放系数为n,缩放后为:K′1~ K′4)而不影响运算结果,既提高了运算精度,又不会溢出。因式(10)中均为正数,因次可采用14位无符号定点小数进行运算,原14位有符号定点小数的符号位转化为整数位。约束如下:

　　3.2.2　实施温度或压力补偿

　　4　设计实例

　　图2是带温压补偿流量计的系统结构简图.

      本文阐述的温压补偿算法特别适合用于多路气体流量测量的仪器仪表中,该算法具有系统资源要求低、运算速度快和精度高等优点,并已取得了良好的效果。