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煤氣流量計傳感器誤差的消除方法

來源:ABG儀表集團-艾博格儀表科技(江蘇)有限公司   2014年06月16日 09:53  

由以上分析可知,要提高煤氣流量計的測試精度和量程比,必須采取相應的軟、硬件措施來提高或補償傳感器的性能:
1 流體密度的補償(以體積流量為例)
a.被測流體與標定流體密度不同時,流量的補償煤氣流量計的標定介質(zhì)通常是水或空氣,當被測流體為其它介質(zhì)時,介質(zhì)密度發(fā)生變化,標定介質(zhì)的體積流量q6與被測介質(zhì)體積流量q 的關系是:

b. 同*體在不同溫度壓力時的密度補償
① 液體密度補償
對于液體,壓力的變化對密度的影響可忽略不計。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系為
ρ=ρo[1+β(to—t)]
式中:ρo是流體在溫度為t0時的密度;ρ是流體在溫度為t時的密度; 為膨脹系數(shù)。對水或油類介質(zhì),當溫度變化在±40℃ 范圍內(nèi),用上式補償?shù)拿芏葴蚀_度
可達到0.2% 。在實際測量或標定時,工作溫度與標準狀態(tài)下的溫度不同,所以式(11)中的ρ6與ρ5需要用式(12)來修正。
若溫度變化范圍比較寬,如有幾百攝氏度的變化時,線性公式會產(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(或4個)系數(shù):
ρ= C1— C2·t— C3·t
或ρ=C1—C2·t—C3·t。-C4·t
② 氣體密度補償
對理想氣體,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)。當被測介質(zhì)不是空氣時,式(12)中的ρb、ρ5需要用式(13)來修正。
氣表工作狀態(tài)下的體積流量不能確切的表示實際流量,工程中一般都以標準狀態(tài)的體積流量或質(zhì)量流量表示

式中:To,Po及q如為標準狀態(tài)下被測氣體的溫度、壓力和體積流量;T,P 及q 為工作狀態(tài)下被測氣體的溫度、壓力和體積流量
2 .零點的修正
① 應變電橋的零漂修正 應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)零電阻和溫度補償電阻;若用軟件修正,可在二次儀表中通過單片機檢測傳感器零點電壓。
② 靶桿的零漂修正 在煤氣流量計每次移動位置后,儀表必須對零點進行修正,消除誤差;另外,為了消除靶桿的非彈性變形,儀表運行一段時間以后,必須對傳感器零點進行重新修正。
以上兩種零漂,可通過將流體瞬時流量設置為零,二次儀表自動記錄此時傳感器的輸出電壓,并在正常計量時除去這個電壓值。
③ 二次儀表的零漂修正 單片機定時檢測二次儀表的零點電壓,可有效消除二次儀表的零點漂移。
3. 線性補償
煤氣流量計的非線性主要是由流量系數(shù)、應變電橋的非線性、A/D轉換的非線性造成的,可通過軟件修正達到很好的效果。軟件修正方法通常采用查表一內(nèi)插法,選取適當?shù)膬?nèi)插點,特別是在誤差大的區(qū)域(如小流量區(qū))多加幾個內(nèi)插點,便可大大地提高儀表的測試精度和量程范圍。當測量精度要求較高時,可在傳感器標定曲線的基礎上,利用數(shù)學軟件工具MATLAB進行多項式逼近,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,將修正曲線進行存儲,然后利用單片機查找修正值。
  傳統(tǒng)的煤氣流量計測量精度為1~5級,量程比為1:3。本文介紹的應變煤氣流量計傳感器,結構簡單可靠、靈敏度高。另外,在軟件、硬件上實時地對煤氣流量計計量結果進行修正,從而大大提高了測量精度和測量范圍。經(jīng)過多次測試,液表在量程比為1:15時,測量精度可達0.5級;氣表在量程比為1:20時,測量精度可達0.5級,尤其在小流量測試時,其性能超過渦街流量計。

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