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由以上分析可知,要提高煤氣流量計(jì)的測(cè)試精度和量程比,必須采取相應(yīng)的軟、硬件措施來(lái)提高或補(bǔ)償傳感器的性能:
1 流體密度的補(bǔ)償(以體積流量為例)
a.被測(cè)流體與標(biāo)定流體密度不同時(shí),流量的補(bǔ)償煤氣流量計(jì)的標(biāo)定介質(zhì)通常是水或空氣,當(dāng)被測(cè)流體為其它介質(zhì)時(shí),介質(zhì)密度發(fā)生變化,標(biāo)定介質(zhì)的體積流量q6與被測(cè)介質(zhì)體積流量q 的關(guān)系是:
b. 同*體在不同溫度壓力時(shí)的密度補(bǔ)償
① 液體密度補(bǔ)償
對(duì)于液體,壓力的變化對(duì)密度的影響可忽略不計(jì)。在一定溫度范圍內(nèi),液體密度與溫度之間可表示為線性關(guān)系為
ρ=ρo[1+β(to—t)]
式中:ρo是流體在溫度為t0時(shí)的密度;ρ是流體在溫度為t時(shí)的密度; 為膨脹系數(shù)。對(duì)水或油類介質(zhì),當(dāng)溫度變化在±40℃ 范圍內(nèi),用上式補(bǔ)償?shù)拿芏葴?zhǔn)確度
可達(dá)到0.2% 。在實(shí)際測(cè)量或標(biāo)定時(shí),工作溫度與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度不同,所以式(11)中的ρ6與ρ5需要用式(12)來(lái)修正。
若溫度變化范圍比較寬,如有幾百攝氏度的變化時(shí),線性公式會(huì)產(chǎn)生很大誤差,因此需要用二次曲線擬合(或用三次,或用zui小二乘法擬合),這樣在儀表中需要輸入擬合曲線的3個(gè)(或4個(gè))系數(shù):
ρ= C1— C2·t— C3·t
或ρ=C1—C2·t—C3·t。-C4·t
② 氣體密度補(bǔ)償
對(duì)理想氣體,密度ρ隨壓力、溫度變化將基本滿足理想氣體狀態(tài)方程:
其中:R為理想氣體常數(shù),因氣體種類不同而異;Z為氣體的壓縮性系數(shù)。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)不是空氣時(shí),式(12)中的ρb、ρ5需要用式(13)來(lái)修正。
氣表工作狀態(tài)下的體積流量不能確切的表示實(shí)際流量,工程中一般都以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的體積流量或質(zhì)量流量表示
式中:To,Po及q如為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下被測(cè)氣體的溫度、壓力和體積流量;T,P 及q 為工作狀態(tài)下被測(cè)氣體的溫度、壓力和體積流量
2 .零點(diǎn)的修正
① 應(yīng)變電橋的零漂修正 應(yīng)變電橋的零漂包含空載零漂和溫漂。若用硬件調(diào)節(jié),可在橋臂加上調(diào)零電阻和溫度補(bǔ)償電阻;若用軟件修正,可在二次儀表中通過(guò)單片機(jī)檢測(cè)傳感器零點(diǎn)電壓。
② 靶桿的零漂修正 在煤氣流量計(jì)每次移動(dòng)位置后,儀表必須對(duì)零點(diǎn)進(jìn)行修正,消除誤差;另外,為了消除靶桿的非彈性變形,儀表運(yùn)行一段時(shí)間以后,必須對(duì)傳感器零點(diǎn)進(jìn)行重新修正。
以上兩種零漂,可通過(guò)將流體瞬時(shí)流量設(shè)置為零,二次儀表自動(dòng)記錄此時(shí)傳感器的輸出電壓,并在正常計(jì)量時(shí)除去這個(gè)電壓值。
③ 二次儀表的零漂修正 單片機(jī)定時(shí)檢測(cè)二次儀表的零點(diǎn)電壓,可有效消除二次儀表的零點(diǎn)漂移。
3. 線性補(bǔ)償
煤氣流量計(jì)的非線性主要是由流量系數(shù)、應(yīng)變電橋的非線性、A/D轉(zhuǎn)換的非線性造成的,可通過(guò)軟件修正達(dá)到很好的效果。軟件修正方法通常采用查表一內(nèi)插法,選取適當(dāng)?shù)膬?nèi)插點(diǎn),特別是在誤差大的區(qū)域(如小流量區(qū))多加幾個(gè)內(nèi)插點(diǎn),便可大大地提高儀表的測(cè)試精度和量程范圍。當(dāng)測(cè)量精度要求較高時(shí),可在傳感器標(biāo)定曲線的基礎(chǔ)上,利用數(shù)學(xué)軟件工具M(jìn)ATLAB進(jìn)行多項(xiàng)式逼近,再根據(jù)傳感器靈敏度要求,提出理想線性化特性,將逼近多項(xiàng)式與理想線性化特性比較,得到線性化修正曲線,將修正曲線進(jìn)行存儲(chǔ),然后利用單片機(jī)查找修正值。
傳統(tǒng)的煤氣流量計(jì)測(cè)量精度為1~5級(jí),量程比為1:3。本文介紹的應(yīng)變煤氣流量計(jì)傳感器,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、靈敏度高。另外,在軟件、硬件上實(shí)時(shí)地對(duì)煤氣流量計(jì)計(jì)量結(jié)果進(jìn)行修正,從而大大提高了測(cè)量精度和測(cè)量范圍。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試,液表在量程比為1:15時(shí),測(cè)量精度可達(dá)0.5級(jí);氣表在量程比為1:20時(shí),測(cè)量精度可達(dá)0.5級(jí),尤其在小流量測(cè)試時(shí),其性能超過(guò)渦街流量計(jì)。
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