0　引言

渦街流量計因其結構簡單、性能穩定、壓損小。量程范圍寬等特點在液體丈量中有著普遍運用。其原理是，當液體經過管道中的漩渦發生體時，所發生漩渦的振動頻率與流速成正比。在渦街流量變送器中，以壓電晶體或差動電容作傳感器，將檢測到的微弱振動旌旗燈號放年夜、濾波、驅動后，輸出其頻率與瞬時體積流量成正比的脈沖旌旗燈號，整個電路制成賀型印刷線路板，俗稱放年夜板。這類變送器適用于渙散模式，每臺變送器配接1臺基于頻率檢測的流量積算儀。近年來許多企業已慢慢采用儀器散布經管模式，這就要求多個丈量點的流量旌旗燈號統一轉換成4－20mA，再送到計較機中集中臨近和經管，是以泛起了二線制的4－20mA渦街流量變送器，它是在原來放年夜板后面連一塊轉換板而成，轉換板由f/V和V/I電路組合，將原來放年夜板輸出的頻率旌旗燈號轉換成4－20mA輸出。

">　儀表系數非線性的影響

傳感器輸出旌旗燈號非線性是制約渦街流量變送器精度提高的zui重要身分，非線性造成各個流量區間表系數K不是常數。儀表系數界說為每立方米流量所發生的及沖數。變送器的非線性誤差界說為（Kmax－Kmin）/（Kmax＋Kmin）×100。凡是，輸出脈沖頻率旌旗燈號的常量變送器的準確度標稱只能到達1－2級。而對于以電流輸出在渦街變送器，由于電路中f/V環節的加進，基于RC充放電的f/V轉換電路雖然有較高的分辨率，但線性及穩定性卻知足不了較高精度的轉換要求。

2　校正的機理及效果

抽取1臺威海賽博儀器儀表公司生產的f500mm電容式渦街流量計為例，其變送器檢驗數據列于

每一個流量點測3次，取平均值。從表1的數據可以看出，這臺表的基本誤差zui年夜為0.82，只能被定為1級。設想，如能將5點的儀表常數按對應點的誤差給予校正，則有看將儀表的精度提高。應當注重的是：儀表精度品級的提高是建立在檢定的重復誤差較小根蒂根基之上的，而重復性較好正是渦街流量計的特點。反過來說，若是重復性欠好，非線性校正也就失往意義，非線性校正的效果受重復誤差的限制。上述這臺表的重復誤差zui高為0.266，經過非線性校正，準確度有看到達0.5級。

影響線性的身分很多，有可能來自檢測部件的材料、結構、工藝和放年夜電路的品質等諸多方面，其中變送器自己的智能化、旌旗燈號變換與校正一體化是改善其精度的捷徑。

3　智能二線制4－20mA渦街流量變送器

3.">　結構框圖

筆者主持設計的二線制4－20mA渦街流量變送器結構框圖如圖1所示。

圖1　二線制4－20mA渦街流量變送器結構框圖

原放年夜板的電路結構基本不變，只作微功耗改良，在此根蒂根基上加轉換板，2塊圓板固定在變送器圓柱型金屬殼體兩側，旌旗燈號和電源線以接插件相連。采用通用的二線制，包括放年夜板在內的全數元器件都采用微功耗型，以知足零點電流不跨越4mA的要求。MCU采用MCS－51系列的89C2051，內部的2個計數器/按時器T0、T1劃分設為計數和工作方式，以對來自放年夜板的脈沖頻率進行高精度檢測，運算的成效經由過程10位分辨率串行D/AMAX504控制輸出電流。頻率檢測和D/A轉換這兩個中心進程的轉換精度優于0.1。

3.2　校正運算

變送器的第i點瞬時流量由下式給出：

　　　　=3600(1)

式中：Ki儀表系數，理想的情況下為一常量。

圖1中，流過采樣負載電阻RL上的電流IiL=I0＋Ii，其中I0為零點電流，調整為4mA，Ii由D/A控制，不斟酌校正，有以下正比線性關系式成立：

　　　?。剑剑健　　　　。?）

式中：N是對應輸出電流Ii時輸進到D/A中的數值。

但凡是情況下，儀表常數Ki不是常量，一般做法是在丈量范圍內取平均值K作為參考。設各個流量點的現實儀表常數為Ki，并界說校正系數mi為

mi=K/Ki

因而，現實瞬時流量為

＝3600＝3600·mi=miIi(3)

上式講明，只要知道校正系數mi，將mi與現有的、憑據頻率作線性計較出的電流Ii相乘，就可獲得與校正后流量所對應的電流。各mi在標定變送器時求出，由校正后的電流miIi得出數據N，并輸進到D/A往控制輸出電流，就能夠到達校正目的。綜上所述，在二線制變送器中，對輸出電流的校正現實上就是對儀表系數的非線性校正。

3.3　校正實現策略

理論上，只要有了5點校正系數mi，再經由過程系統機的計較和分析，就能夠獲得校正系數粗略的曲線函數解析式，并據此校正。但具體實現的堅苦是：①渦街流量計儀表系數的非線性形態具有渙散性，不適于用單一模式的曲線來擬合；②智能儀表不適合于輸進跨值很年夜的多項式系數。智能變送器的軟硬件設計要充實斟酌到既能順應檢定例程和現場操作要求，又要與智能儀表簡約設計的氣概相符，應力圖以zui少輸進數據量來到達目的、輸進法及算法應簡單實用。

3.3.">　調整系數bi的輸進

令

mi＝1＋0.001bi；I＝1，2，3，4，5

bi界說為調整系數，為2位十進制，用bi來取代mi是由于前者輸進簡單，所用數據少，占用MCU的內存zui少。設計中令bi總年夜于0，這樣就避免了輸進負數（下調電流）的未便，當bi的值從00變化到99時，可對電流輸出（或K值）實現zui年夜為9.9幅度的調整，這個范圍已能知足凡是的要求。圖2中，直線AB顯示智能換板輸出電流與輸進頻率接近理想的線性關系，為了保證bi總年夜于0即mi總年夜于1。在校驗前，應經由過程調滿量程參數先使各流量點的電流普遍下降，即使直線AB的低利率減小，給全區校正時電流的上拉預留下空間，同時在滿量這一點專設了b5作上拉校正用，以保證校正后在經由過程滿量程流量時能準確地回到20mA這一點。變送器中設計了手操軟件，按參數設置鍵“S”，進進參數設定修改狀態，其顯示和鍵盤可參看圖1。這一輸進法保證了bi的利便置進。在線檢按時，可憑據實時標定流量調整對應的bi，當調至儀表顯示流量與實時標定流量相等時，按寫進鍵將bi值寫進E2PROM保留；也能夠在校驗后憑據各點現實流量所對應輸出電流與實時輸出的電流之間的誤差，計較出各點bi并置進。

3.3.2　全量程校正

當5個流量點的輸出電流校正后，則可以用過5點及零點的5段標號劃分為1－5的折線來暗示變送器校正后的電流輸出曲線，如圖2所示。法式依照線性插值法校正肆意流量點。

圖2　線性插值法校正輸出電流示意圖

圖2中，f1,f2,f3,f4及fmax依次比力，以肯定在哪一段折線上校正，當肯定為j號線上后，按式（4）計較該流量點的調整系數bx：

bx=bj＋（bj－bj-1）(4)

在折線1上，b0按0計，由于零點事前已調好，校正量自然為0。圖2中標出了對應頻率為f這一點需要校正的電流Ii,Ii=0.0001bxIi，按式（4）計較bx的算式為

bx=b4＋（b4－b4-1）

4　竣事語

智能二線制4－20mA渦街流量變送器還可實現瞬時流量、輸出電流、輸出頻率的邊疆或輪回顯示；可在線閱讀、設定和存儲以下參數：滿量程數、5點調整系數、濾波輸出阻尼系數和零點和滿度調整系數等。它除有有用地提高儀表的精度品級和檔次，還具有操作簡潔，調試利便、通用等優點。它應DCS用戶需要而開發，下一步的方針是向HART總線靠攏。

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