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基于軟硬件聯(lián)合補(bǔ)償?shù)闹悄懿鄣懒髁坑?jì)

時(shí)間：2021-08-02 21:11:38 來源：本站點(diǎn)擊：1133次

0 引言

差壓式流量計(jì)是一類應(yīng)用比較成熟的流量計(jì)

，其中

，節(jié)流式差壓流量計(jì)應(yīng)用最廣泛，它適用于所有單相流體包括液

、氣

、蒸汽和部分混相流體如氣固

、氣液、液固的測量

。傳統(tǒng)的節(jié)流件多采用孔板或噴嘴

，流動分離嚴(yán)重。而南京航空航天大學(xué)明曉教授發(fā)明的槽道流量計(jì)[1]采用紡錘體節(jié)流件

，具有良好的低阻外形

，可以很好地調(diào)整流動和保持流動穩(wěn)定，而且完全避免了流動分離

，使得測量重復(fù)性和準(zhǔn)確度得到進(jìn)一步提高

，同時(shí)顯著減少了壓力損失。這就為復(fù)雜環(huán)境下構(gòu)建高精度的可靠性流量檢測系統(tǒng)提供了一個(gè)新的選擇

。同時(shí)

，由于流體計(jì)量十分復(fù)雜，受到壓力

、溫度

、密度、壓縮系數(shù)

、黏性系數(shù)及可膨脹系數(shù)等復(fù)雜因素的影響

，其準(zhǔn)確性、通用性等方面仍存在著一定的缺陷

，因此

，基于以上各種因素，在帶有紡錘體節(jié)流件的差壓式槽道流量計(jì)模型的基礎(chǔ)上

，提出了采用軟硬件聯(lián)合補(bǔ)償?shù)姆绞綄ζ溥M(jìn)行完全參數(shù)補(bǔ)償?shù)难芯糠桨浮?/p>

1 軟硬件結(jié)合的完全參數(shù)補(bǔ)償方案

差壓式槽道流量計(jì)是利用伯努利能量守恒方程原理設(shè)計(jì)的

，該流量計(jì)流量計(jì)量的數(shù)學(xué)模型可表示為

式中：Qm為質(zhì)量流量；QVN為標(biāo)況體積流量

；K為量系數(shù)

；ε為可膨脹系數(shù)；D為測量管內(nèi)徑

；Δp為差壓

；ρn為被測流體的標(biāo)況密度；ρ為被測流體的工況密度

。

對于不同的流體

，由于組分的不同或者組分比例的不同，其各參數(shù)也不相同

，這就決定了要想提高槽道流量檢測系統(tǒng)的精度：一方面要從硬件上對各傳感器的信號予以補(bǔ)償以保證得到可靠

、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；另一方面要對影響流量測量的其他可變因素進(jìn)行有效的補(bǔ)償。另外

，針對目前差壓流量計(jì)通用性差的缺陷，可對天然氣

、高爐煤氣

、過熱蒸汽、液化天然氣

、液化石油氣

、一般氣體、水

、石油

、一般液體分別進(jìn)行相應(yīng)的軟件補(bǔ)償，使其通用性明顯提高

。

2 硬件補(bǔ)償

系統(tǒng)硬件部分采用工業(yè)生產(chǎn)中十分常見的AT89C52

，輔以鍵盤、LCD構(gòu)成便捷的人機(jī)交換接口

，實(shí)現(xiàn)多界面

、多參數(shù)的選擇與修改。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用低成本

、低功耗

、高精度的三通道16位Δ-Σ型AD7707轉(zhuǎn)換電路，由于實(shí)際工作現(xiàn)場中常用的檢測平臺主要是基于RS-485協(xié)議和4~20mA電流環(huán)信號

，因此

，通信模塊中分別采用了支持RS-485通信協(xié)議的MAX485電路和支持4~20mA電流傳輸?shù)腁D5422電路，從而使系統(tǒng)的用戶充分利用現(xiàn)有資源

，節(jié)約成本

。為了進(jìn)一步提高可靠性，采用單獨(dú)的AC-DC模塊對系統(tǒng)供電

。其具體的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示

。

對槽道式流量計(jì)來說，從傳感器獲得的介質(zhì)溫度

、差壓

、絕壓、環(huán)境溫度這幾個(gè)參數(shù)的準(zhǔn)確性直接影響著流量計(jì)的精確度

。而在現(xiàn)場中

，這幾路信號一般都疊加了高頻信號并有一定的漂移，因此

，提出首先通過硬件分別對各信號的采集進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償

，以提高可靠性和準(zhǔn)確性。其中對介質(zhì)溫度和差壓信號的補(bǔ)償尤為重要。

圖1 智能槽道流量計(jì)硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.1 介質(zhì)溫度信號的采集與補(bǔ)償

介質(zhì)溫度的采集采用工業(yè)中常用的Pt100

，測量熱電阻的電路是不平衡電橋

，熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，其連接導(dǎo)線也是橋臂電阻的一部分

，這部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度而變化

，由于熱電阻本身的電阻值很小，所以引線的電阻值及其變化就不能忽略

。一般而言

，為了消除誤差，測量電阻的引線大都采用三線制接線方式

。但三線制中

，熱電阻始終接在電路中，流過電流的熱電阻會產(chǎn)生熱量

，也會使電阻值發(fā)生變化

，造成測量的誤差，這個(gè)誤差是不能消除的

。因此

，提出采用一種可以更好消除誤差的四線制方式。

四線制如圖2所示

，接線時(shí)電流回路和電壓測量回路獨(dú)立分開

，為了減小電阻本身發(fā)熱造成的誤差，采用了小電流恒流源

，保證流經(jīng)傳感器的電流恒定

，經(jīng)差分放大，使得

式中：K為放大倍數(shù)

；R為傳感器零點(diǎn)值

；A為常數(shù)；T為溫度值

。從而使介質(zhì)溫度的測量與引線電阻無關(guān)

，實(shí)現(xiàn)十分精確的補(bǔ)償。

圖2 四線制原理圖

2.2 差壓信號的采集與補(bǔ)償

為了提高傳感器的靈敏度和克服某些外界因素（如電源電壓

、環(huán)境溫度等）對測量結(jié)果的影響

，差壓信號的測量采用差動式電容傳感器。差壓信號測量補(bǔ)償電路包括方波發(fā)生電路

、整形電路和電容-電壓轉(zhuǎn)換電路

，如圖3所示。

圖3 差壓測量補(bǔ)償電路

該差壓測量補(bǔ)償電路結(jié)構(gòu)簡單

，易于集成

，完全可以放入法蘭內(nèi)部

，最大限度地縮短了電容引線，減少了對分布電容的影響

，但激勵信號的周期

、幅值對測量值有直接的影響，應(yīng)保持穩(wěn)定

。

2.3 信號隔離電路

為了隔離現(xiàn)場干擾

、抑制噪聲、提高采集信號的可靠性

，在各信號的采集中加入了電路隔離模塊。一般傳統(tǒng)的信號隔離方法有2種：互感隔離的方式

；先A/D轉(zhuǎn)換

，再光耦隔離，最后D/A轉(zhuǎn)換的方式

。兩者都有一定的缺陷

，前者精度低、體積大

，后者精度取決于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器及其位數(shù)

，并且電路復(fù)雜。鑒于以上隔離方式的缺陷

，提出利用模擬電路原理

，采用獨(dú)特的調(diào)制電路和解調(diào)電路來實(shí)現(xiàn)信號的隔離。具體隔離電路如圖4所示

，電路中巧妙地利用開關(guān)三極管T1截止

、飽和導(dǎo)通兩種工作狀態(tài)的交替，使兩個(gè)光耦4N36處于開

、關(guān)的狀態(tài)

，制造出振蕩現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)采集信號的調(diào)制與解調(diào)

，達(dá)到高精度下信號隔離的目的

。

圖4 信號隔離電路

3 軟件補(bǔ)償

軟件補(bǔ)償是實(shí)現(xiàn)高精度流量檢測的一個(gè)重要因素，采用縱向橫向相結(jié)合的方式對流量測量進(jìn)行補(bǔ)償

，橫向上按照不同流體介質(zhì)的不同補(bǔ)償模型予以補(bǔ)償

，縱向上針對影響流量測量精度的流體參數(shù)分別實(shí)施補(bǔ)償。在實(shí)際的補(bǔ)償過程中

，縱向的補(bǔ)償又穿插在橫向補(bǔ)償?shù)倪^程中

，從而大大提高了流量計(jì)的測量精度和通用性。

3.1 密度補(bǔ)償

流量積算過程中

，現(xiàn)場溫度和壓力是經(jīng)常變化的

，有時(shí)溫度、壓力偏離設(shè)計(jì)值很小，引起密度變化的范圍卻很大

，由此造成的流量測量誤差可能超過允許的范圍

，所以工業(yè)現(xiàn)場中要想測量準(zhǔn)確的流量值，密度補(bǔ)償是一個(gè)重要的因素

。由于流量測量的對象范圍很廣

，有單組分的也有多組分的，這就決定了密度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ哺鞑幌嗤?/p>

3.1.1 單組分流體的密度補(bǔ)償

對于單組分的流體

，如過熱蒸汽

、水、液氨等單純使用查表法時(shí)

，由于要把實(shí)驗(yàn)所需介質(zhì)的溫度

、壓力與密度列成表全部存入ROM中，占用空間太大

，嚴(yán)重限制了工程應(yīng)用

。針對這一缺陷，提出采用查表法與插值法相結(jié)合的方法

，在提高密度補(bǔ)償精度的同時(shí)

，又大大地節(jié)省了存儲空間。

以過熱蒸汽為例

。在文獻(xiàn)[4]中提供了大約1000個(gè)數(shù)據(jù)的密度表

，考慮到MCU的處理能力、存儲容量和系統(tǒng)精度的要求

，采用二元三點(diǎn)插值法進(jìn)行密度的補(bǔ)償

，溫度以20°C為間隔，壓力分別以0.03MPa

、1.5MPa

、4MPa等不等間隔對密度表進(jìn)行存儲，由此定義了一個(gè)二維數(shù)組d[][]

，行表示壓力值

，列表示溫度值。如果測得的實(shí)際溫度和實(shí)際壓力恰好是此區(qū)間值

，可立即查出相應(yīng)的密度值

；如果不是這些區(qū)間值，則要進(jìn)行插值處理

。從給定的m´n個(gè)結(jié)點(diǎn)中

，選取最靠近插值點(diǎn)（T，P）的相鄰3´2個(gè)結(jié)點(diǎn)

，x方向（壓力）應(yīng)用不等距拉格朗日三點(diǎn)插值公式

，y方向（溫度）應(yīng)用等距拉格朗日三點(diǎn)插值公式

，對列表函數(shù)進(jìn)行插值。

（1）插值結(jié)點(diǎn)的選擇：給定m´n個(gè)結(jié)點(diǎn)（Xi

，Yj）及對應(yīng)函數(shù)值（Xi

，Yj）（i=1，2

，…

，m；j=1

，2

，…，n）

，計(jì)算插值點(diǎn)上的函數(shù)值f（X

，Y）時(shí)，必須選擇包含插值點(diǎn)（X

，Y）最近的6個(gè)結(jié)點(diǎn)，其數(shù)學(xué)模型如下：

X向結(jié)點(diǎn)選取如下：

Y向結(jié)點(diǎn)選取如下：

（2）三點(diǎn)插值模型如下：

不等距三點(diǎn)插值為

若插值區(qū)間[a

，b]被等分為n-1個(gè)區(qū)間

，結(jié)點(diǎn)數(shù)為n，則等距拉格朗日三點(diǎn)插值為

（6）

式中：

最后

，通過查表和插值結(jié)合所得值即為現(xiàn)場實(shí)時(shí)壓力和溫度下介質(zhì)所對應(yīng)的密度

，由此可見，對于單組分的流體介質(zhì)

，用以上方法可以很好地實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的密度補(bǔ)償

。

3.1.2 多組分流體的密度補(bǔ)償

對于多組分的流體，如天然氣

、高爐煤氣

、石油、液化天然氣等

，它們有組分比例恒定和組分比例變化2種情況

，但其補(bǔ)償原理從根本上是一致的。其中

，天然氣組分更為復(fù)雜

，并且各油氣田出產(chǎn)的天然氣各組分的比例也各不相同。以組分復(fù)雜且各組分比例變化的天然氣為例

，進(jìn)行流體密度的補(bǔ)償

。天然氣密度的補(bǔ)償，主要是受壓力

、溫度

、各組分比例以及壓縮系數(shù)的影響

。其數(shù)學(xué)模型如下：

式中：ρ為工作狀態(tài)下天然氣密度；Ma為干空氣的分子量

；Za為標(biāo)況下干空氣的壓縮系數(shù)

；Zn為標(biāo)況下天然氣的壓縮系數(shù)；Gr為標(biāo)況下天然氣的相對密度

；R為通用氣體常數(shù)

；p為工作壓力；

為天然氣j組分的求和因子

；XH為天然氣中氫氣含量的摩爾分?jǐn)?shù)

；Gii為天然氣的理想相對密度；Xj為天然氣j組分的摩爾分?jǐn)?shù)

；Gij為天然氣j組分的理想相對密度

；n為天然氣組分總數(shù)；T為工作溫度

；Z為工況下的氣體壓縮系數(shù)

。

通常情況下，在其密度補(bǔ)償過程中首先要進(jìn)行壓縮系數(shù)的補(bǔ)償

。對于壓縮系數(shù)

，在絕壓以8963MPa和1379MPa為分界點(diǎn)的條件下，其數(shù)學(xué)補(bǔ)償模型均為Z=（Mn

，MC）的函數(shù)關(guān)系

，其中MC，Mn分別為二氧化氮和氮?dú)獾哪柗謹(jǐn)?shù)

。因此在補(bǔ)償過程中可以通過計(jì)算法和公式法對其進(jìn)行補(bǔ)償

。對于天然氣各組分的相對密度Gij和求和因子流量計(jì)信息網(wǎng)內(nèi)容圖片

可以通過查表法進(jìn)行軟件補(bǔ)償。從而實(shí)現(xiàn)多組分流體的密度補(bǔ)償

。

3.2 其他參數(shù)的補(bǔ)償

在流量計(jì)量的補(bǔ)償中

，還有其他參數(shù)，如黏性系數(shù)

、可膨脹系數(shù)的補(bǔ)償?shù)?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，其中可膨脹系?shù)ε是對流量系數(shù)在可壓縮性流體中密度變化的修正，對于不可壓縮流體

，ε通常取1

。對于給定的節(jié)流裝置，ε只取決于差壓

、絕壓和等熵指數(shù)

。等熵指數(shù)的補(bǔ)償可利用等距拉格朗日三點(diǎn)插值法和查表法結(jié)合的方式對其數(shù)學(xué)模型中的比熱容比進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)等熵指數(shù)和可膨脹系數(shù)的精確補(bǔ)償

。

對于黏性系數(shù)的補(bǔ)償

，文獻(xiàn)[4]提供了相應(yīng)參數(shù)表

，因此可以得出黏性系數(shù)的數(shù)學(xué)補(bǔ)償模型是關(guān)于參數(shù)X、Y的函數(shù)關(guān)系

。即黏性系數(shù)μ=μ（X

，Y），其中參數(shù)X

、Y可以用數(shù)組的方式予以存儲

，再通過查表法和計(jì)算法實(shí)現(xiàn)軟件上的補(bǔ)償。整個(gè)系統(tǒng)軟件補(bǔ)償?shù)牧鞒倘鐖D5所示

。

圖5 系統(tǒng)軟件補(bǔ)償?shù)牧鞒虉D

4 實(shí)驗(yàn)及結(jié)論

設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行了相關(guān)的測試實(shí)驗(yàn)

，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)補(bǔ)償、環(huán)境參數(shù)檢測

、瞬時(shí)流量及累積流量計(jì)算

、LCD顯示、按鍵控制

、數(shù)據(jù)存儲

、遠(yuǎn)程通訊與控制等功能，并針對水

、天然氣等分別進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)調(diào)試

，其中，水在不同條件下的瞬時(shí)流量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示

，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過軟硬件聯(lián)合補(bǔ)償?shù)牟鄣懒髁繖z測系統(tǒng)精度有了明顯提高，一般可達(dá)0.3%~0.5%

。但對于特殊介質(zhì)仍然具有一定的誤差

，需進(jìn)一步提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]明曉.紡錘體流量計(jì)：中國

，200420093532.2004.
[2]米勒RW.流量測量工程手冊.孫延祚譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社

，1990.
[3]鐘偉，明曉.紡錘體流量計(jì)的流場數(shù)值模擬.計(jì)量學(xué)報(bào)

，2007

，28（3）：262-265.
[4]孫淮清，王建中.流量測量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊

，北京：化學(xué)工業(yè)出版社

，2005.

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