浅述涡街流量计对仪表系数校正的方法

1引言

涡街流量计因其结构简单、性能稳定、压损小、量程范围宽等特点在流体计量中有着广泛应用。其原理是，当流体经过管道中的漩涡发生体时，所产生漩涡的震动频率与流速成正比。在涡街流量变送器中，以压电晶体或差动电容做传感器,将检测到的微弱振动信号放大、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，整个电路制成放大板。这种变送器适用于分散模式，每一台变送器配接1台基于频率检测的流量积算仪。近年来我公司已逐步采用集中分布管理模式，将多个测量点的流量信号统一转换成4~20mA，再送到计算机中集中监控和管理，它是在原来放大板后面连一块转换板而成，转换板由f/V和V/I电路组合，将原来放大板输出的频率信号转换成4~20mA输出。

2 仪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计变送器精确度提高的最重要因素，非线性造成各个流量区间的仪表系数K不是常数。仪表系数定义为每立方米流量所发生的脉冲数。变送器的非线性误差定义为

通常，输出脉冲频率信号的流量变送器的准确度标称只能达到1~2级。而对于以电流输出的涡街变送器，由于电路中f/V环节的加入，基于RC充放电的f/V转换电路虽然有较高的分辨率，但线性及稳定性却满足不了较高精度的转换要求。

3 校正的机理及效果

抽取一台大连中隆仪表厂生产的DN80mm的涡街流量计为例,其变送器校验数据如表1。

每个流量点测5次，取平均值。从表1的数据可以看出，这台表的基本误差最大为0.82，只能被定为1.0级。设想，如果能将5点的仪表常数按对应点的误差给予校正，则有望将仪表的精度提高。应该注意的是：仪表精度等级的提高是建立在检定的重复误差较小基础之上的，而重复性较好正是涡街流量计的特点。反过来说，如果重复性不好，非线性校正就失去意义，非线性校正的效果受重复误差的限制。上述这台表的重复误差最高为0.266%，经过非线性校正，准确度有望达到0.5级。

影响线性的因素很多，有可能来自检测部件的材料、结构、工艺及放大电路的品质等诸多方面，其中变送器本身的智能化、信号变换与校正一体化是改善其精度的捷径。

4智能二线制4~20mA涡街流量变送器

4.1 结构框图

二线制4~20mA涡街流量变送器结构框图如图1所示。

图中采用通用的二线制,包括放大板在内的全部元器件都采用微功耗型,以满足零点电流不超过4mA的要求。

图1  二线制4~20mA电流输出的智能涡街流量变送器结构框图

4.2校正运算

变送器的第i点瞬时流量由下式给出：

对仪表系数的非线性校正。

4.3校正实现策略

理论上，只要有了5点校正系数m，再通过计算和分析，就可以得到校正系数粗略的曲线函数解析式,并据此校正。但具体实现的困难是：①涡街流量计仪表系数的非线性形态具有分散性，不适于用单一模式的曲线来拟合；②智能仪表不适合于输入跨值很大的多项式系数。智能变送器应力求以最少输入数据量来达到目的、输入法及算法应简单实用。

4.3.1 调整系数b_i的输入

令

b_i定义为调整系数，为2位十进制，用b_i来代替m_i是因为前者输入简单，所用数据少。令b_i总大于0，这样就避免了输入负数（下调电流）的不便，当b_i的值从00变化到99时，可对电流输出（或K值）实现最大为9.9%幅度的调整，这个范围已能满足通常的要求。图2中，直线AB显示智能转换板输出电流与输入频率接近理想的线性关系,为了保证b_i总大于0,即m_i总大于1。在校验前，应通过调满量程参数先使各流量点的电流普遍适当降低，即使直线AB的斜率减小，给全区间校正时电流的上拉预留下空间，同时在满量程流量这一点专设了b₅作上拉校正用，以保证校正后在通过满量程流量时能正确地回到20mA这一点。变送器中设计有手操软件，在线检定时，可根据实际标定流量调整对应的b_i，当调至仪表显示流量与实际标定流量相等时，按写入键将b_i值写入E²PROM保存；也可以在校验后根据各点的实际流量所对应输出电流与实际输出的电流之间的误差，计算出各点的b_i并输入。

4.3.2全量程校正

当5个流量点的输出电流校正后，则可以用过5点及零点的5段标号分别为1~5的折线来表示变送器校正后的电流输出曲线，如图2所示。程序按照线性插值法校正任意流量点。

图2中，f₁，f₂，f₃，f₄及f_max分别是检定时5个流量点对应的脉冲频率。当5个调整系数输入到仪表并保存后，程序首先将当前检测到的f₁，f₂，f₃，f₄及f_max依次比较，以确定在那一段折线上校正，当确定为j号线上后，按式(4)计算该流量点的调整系数b_x：

5结束语

二线制4~20mA涡街流量变送器通过线性插值法校正输出电流，能有效地提高仪表的精确等级和档次。