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智能涡街流量变送器对仪表系数校正的方法


发布日期:[2014-06-18] 共阅[933]次

涡街流量计因其构造简略、功能稳定、压损小。量程规模宽等特色在液体丈量中有着广泛应用。其原理是,当液体经过管道中的旋涡发作体时,所发生旋涡的振荡频率与流速成正比。在涡街流量变送器中,以压电晶体或差动电容作传感器,将检测到的微弱振荡信号扩大、滤波、驱动后,输出其频率与瞬时体积流量成正比的脉冲信号,整个电路制成贺型打印线路板,俗称扩大板。这种变送器适用于涣散形式,每一台变送器配接1台依据频率检测的流量积算仪。这些年许多企业已逐渐选用仪器分布管理形式,这就需求多个丈量点的流量信号一致改换成4-20mA,再送到核算机中会集挨近和管理,因而呈现了二线制的4-20mA涡街流量变送器,它是在本来扩大板后边连一块改换板而成,改换板由f / V和V / I电路组合,将本来扩大板输出的频率信号改换成4-20mA输出。

外表系数非线性的影响

传感器输出信号非线性是制约涡街流量变送器精度进步的zui重要要素,非线性造成各个流量区间表系数K不是常数。外表系数界说为每立方米流量所发作的及冲数。变送器的非线性差错界说为(Kmax-Kmin)/ (Kmax+Kmin)×。一般,输出脉冲频率信号的常量变送器的准确度标称只能到达1-2级。而关于以电流输出在涡街变送器,由于电路中f / V环节的参加,依据RC充放电的f / V改换电路虽然有较高的分辨率,但线性及稳定性却满意不了较高精度的改换需求。

2 校对的机理及作用

抽取1台江苏旭辉仪表自动化有限公司出产的f500mm电容式涡街流量计为例,其变送器查验数据列于表1。

表1

流量/Nm3·h-1

根本差错d I(%)

检定点重复性Eri(%)

150

0. 820

0. 169

300

0.169

0.226

450

-0.271

0.143

675

-0. 694

0.160

800

-0. 302

0.217

每个流量点测3次,取平均值。从表1的数据能够看出,这台表的根本差错zui大为0.82,只能被定为1级。设想,如能将5点的外表常数按对应点的差错给予校对,则有望将外表的精度进步。应该留意的是:外表精度等级的进步是建立在检定的重复差错较小根底之上的,而重复性较好正是涡街流量计的特色。反过来说,如果重复性欠好,非线性校对也就失去意义,非线性校对的作用受重复差错的约束。上述这台表的重复差错zui高为0.266%,经过非线性校对,准确度有望到达0.5级。

影响线性的要素许多,有能够来自检测部件的资料、构造、技术以及扩大电路的质量等诸多方面,其间变送器自身的智能化、信号改换与校对一体化是改善其精度的捷径。

3智能二线制4-20mA涡街流量变送器

3."> 构造框图

笔者掌管规划的二线制4-20mA涡街流量变送器构造框图如图1所示。

图1 二线制4-20mA涡街流量变送器构造框图

原扩大板的电路构造根本不变,只作微功耗改善,在此根底上加改换板,2块圆板固定在变送器圆柱型金属壳体两边,信号和电源线以接插件相连。选用通用的二线制,包括扩大板在内的悉数元器件都选用微功耗型,以满意零点电流不超越4mA的需求。MCU选用MCS-51系列的89C2051,内部的2个计数器/守时器T0、T1别离设为计数和工作方式,以对来自扩大板的脉冲频率进行高精度检测,运算的成果经过10位分辨率串行D/AMAX504操控输出电流。频率检测和D/A改换这两个中间进程的改换精度优于0.1%。

3.2 校对运算

变送器的第i点瞬时流量由下式给出:

                         (1)

式中:Ki外表系数,抱负的状况下为一常量。

图1中,流过采样负载电阻RL上的电流IiL=I0+Ii,其间I0为零点电流,调整为4mA,Ii由D/A操控,不考虑校对,有以下正比线性关系式建立:

    (2)

式中:N是对应输出电流Ii时输入到D/A中的数值。

但一般状况下,外表常数Ki不是常量,一般做法是在丈量规模内取平均值K作为参考。设各个流量点的实践外表常数为Ki,并界说校对系数mi为

        mi=K/Ki

所以,实践瞬时流量为

 (3)

上式标明,只需晓得校对系数mi,将mi与现有的、依据频率作线性核算出的电流Ii相乘,就可得到与校对后流量 所对应的电流。各mi在标定变送器时求出,由校对后的电流mi Ii得出数据N,并输入到D/A去操控输出电流,就能够到达校对意图。综上所述,在二线制变送器中,对输出电流的校对实践上就是对外表系数的非线性校对。

3.3 校对完成策略

理论上,只需有了5点校对系数mi,再经过体系机的核算和分析,就能够得到校对系数大略的曲线函数解析式,并据此校对。但详细完成的困难是:①涡街流量计外表系数的非线性形状具有涣散性,不适于用单一形式的曲线来拟合;②智能外表不适合于输入跨值很大的多项式系数。智能变送器的软硬件规划要充沛考虑到既能习惯检定规程和现场操作需求,又要与智能外表精约规划的风格相符,应力求以起码输入数据量来到达意图、输入法及算法应简略有用。

3.3."> 调整系数bi的输入

mi=1+0.001bi;I=1,2,3,4,5

bi界说为调整系数,为2位十进制,用bi来替代mi是由于前者输入简略,所用数据少,占用MCU的内存起码。规划中令bi总大于0,这样就避免了输入负数(下调电流)的不便利,当bi的值从00改变到99时,可对电流输出(或K值)完成zui大为9.9%起伏的调整,这个规模已能满意一般的需求。图2中,直线AB显现智能换板输出电流与输入频率挨近抱负的线性关系,为了确保bi总大于0即mi总大于1。在校验前,应经过调满量程参数先使各流量点的电流遍及下降,即使直线AB的低利率减小,给全区校对时电流的上拉预留下空间,一起在满量这一点专设了b5作上拉校对用,以确保校对后在经过满量程流量时能正确地回到20mA这一点。变送器中规划了手操软件,按参数设置键“S”,进入参数设定修正状况,其显现和键盘可参看图1。这一输入法确保了bi的便利置入。在线检守时,可依据实时标定流量调整对应的bi,当调至外表显现流量与实时标定流量持平时,按写入键将bi值写入E2PROM保留;也能够在校验后依据各点实践流量所对应输出电流与实时输出的电流之间的差错,核算出各点bi并置入。

3.3.2全量程校对

当5个流量点的输出电流校对后,则能够用过5点及零点的5段标号别离为1-5的折线来表明变送器校对后的电流输出曲线,如图2所示。程序依照线性插值法校对恣意流量点。

图2 线性插值法校对输出电流示意图

图2中,f1, f2, f3, f4及fmax依次对比,以确定在哪一段折线上校对,当确定为j号线上后,按式(4)核算该流量点的调整系数bx:

bx=bj+(bj-bj-1)        

在折线1上,b0按0计,由于零点事前已调好,校对量天然为0。图2中标出了对应频率为f这一点需求校对的电流 ?,按式(4)核算bx的算式为

bx=b4+(b4-b4-1)   

4 结束语

智能二线制4-20mA涡街流量变送器还可完成瞬时流量、输出电流、输出频率的边远地方或循环显现;可在线浏览、设定和存储以下参数:满量程数、5点调整系数、滤波输出阻尼系数以及零点和满度调整系数等。它除了有有效地进步外表的精度等级和层次,还具有操作简便,调试便利、通用等长处。它应DCS用户需求而开发,下一步的目标是向HART总线挨近。

 
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