基于雷諾數(shù)的渦街流量計(jì)系數(shù)修正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及流量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及渦街流量計(jì)的系數(shù)修正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理的一種流量?jī)x表。若管道中放置一個(gè)非流線型阻 流體，隨著流體繞過(guò)阻流體流動(dòng)，產(chǎn)生附面層分離現(xiàn)象，形成有規(guī)則的旋渦列，該旋渦的頻 率在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)同流體的流速成正比。常見(jiàn)的渦街流量計(jì)只有在量程比為1:10 的情況下才能保證儀表系數(shù)非線性誤差在±1%以內(nèi)。而當(dāng)雷諾數(shù)較低時(shí)儀表系數(shù)會(huì)產(chǎn)生 較大的偏差，為了拓寬儀表的量程比以適用更多的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，需要對(duì)儀表系數(shù)進(jìn)行修正。
[0003] 公告號(hào)為CN 101769773 B的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的渦街流量計(jì)儀 表系數(shù)線性化校正技術(shù)，即采用分段校正脈沖生成方法，通過(guò)初始標(biāo)定分段獲得儀表系數(shù)， 根據(jù)每段儀表系數(shù)計(jì)算流量；再用流量和平均儀表系數(shù)反推頻率，用脈沖發(fā)生器輸出計(jì)算 頻率。該方法存在的一個(gè)問(wèn)題是當(dāng)實(shí)際頻率位于兩段直線的分界點(diǎn)附近，反推的頻率可能 產(chǎn)生較大的跳變，最終影響儀表的重復(fù)性。公告號(hào)為CN 101413814 B的中國(guó)發(fā)明專利文獻(xiàn) 中公開的技術(shù)方案是利用計(jì)算機(jī)的快速處理能力，使用三次樣條插值法對(duì)校驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行逼 近，得到流量點(diǎn)與渦街頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后生成反映修正前后渦街頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系的查 找表。該方案中使用CPLD作為處理器，具有可靠和穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但每次修正均需要第三方 軟件生成查找表，會(huì)帶來(lái)額外的生產(chǎn)成本。
[0004] 從現(xiàn)有的公開技術(shù)來(lái)看，渦街流量計(jì)非線性修正方法均是針對(duì)單一，即同類介質(zhì) 的。實(shí)際可能存在的情況是實(shí)測(cè)介質(zhì)是液體，但廠家只能提供空氣標(biāo)定。甚至出現(xiàn)儀表會(huì) 被應(yīng)用于不同的現(xiàn)場(chǎng)，測(cè)量介質(zhì)由氣體變?yōu)橐后w或者由液體變?yōu)闅怏w。在寬量程比的應(yīng)用 要求下，雖然可以通過(guò)非線性修正方法對(duì)系數(shù)進(jìn)行修正，但介質(zhì)類型發(fā)生變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)渦 街頻率的數(shù)量級(jí)變化，頻率的大幅度變化導(dǎo)致校驗(yàn)時(shí)的系數(shù)修正不再適用，最終表現(xiàn)出較 大的測(cè)量誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種基于雷諾數(shù)的渦街流 量計(jì)系數(shù)修正方法，以使渦街流量計(jì)在完成校驗(yàn)后可以適應(yīng)多種介質(zhì)類型測(cè)量，并且在寬 量程比的應(yīng)用情況下，依然可以保證一級(jí)測(cè)量精度。
[0006] 本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明基于雷諾數(shù)的渦街流量計(jì)系數(shù)修正方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行：
[0008] 設(shè)定當(dāng)前對(duì)于渦街流量計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)所使用的校驗(yàn)用被測(cè)介質(zhì)為空氣，實(shí)際測(cè)量的 被測(cè)介質(zhì)為液體；
[0009] 在完成以空氣為被測(cè)介質(zhì)的校驗(yàn)后獲得多組渦街頻率值與儀表系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系
;其中，第i組渦街頻率值^與儀表系數(shù)k i表征為（f u ，對(duì)應(yīng)的空氣運(yùn)動(dòng)粘 度為V1，空氣體積流量為qvl;
[0010] 對(duì)于被測(cè)介質(zhì)為液體的實(shí)際測(cè)量，利用被測(cè)液體的溫度和壓力獲得被測(cè)液體的運(yùn) 動(dòng)粘度v/ ;
[0011] 工程計(jì)算中的雷諾數(shù)Re為
[0012] 其中，qv為流體的體積流量，單位為m3/h ;D為管道的特征尺寸，單位為mm，V是工 作狀態(tài)下流體的運(yùn)動(dòng)粘度，單位為m2/s ;
[0013] 根據(jù)雷諾數(shù)相等的原則，則有
[0014] 則有，相同雷諾數(shù)下的液體體積流量qvl'為
[0015] 根據(jù)雷諾數(shù)相似原則，即當(dāng)流體的雷諾數(shù)相等時(shí)流體的流速分布相似，即認(rèn)為此 時(shí)的儀表系數(shù)近似相同，在被測(cè)介質(zhì)為液體時(shí)，雷諾數(shù)為Rei時(shí)，儀表系數(shù)仍然為k1;
[0016] 因有：
[0017] 由（1)和式⑵獲得式（3):
[0018]
[0019] 以此獲得（f。'，k。)，（f/，，…（fn'，kn)，其中匕'為第i組液體的渦街頻率值， Ii1為對(duì)應(yīng)的第i組儀表系數(shù)；
[0020] 根據(jù)（f。'，k。)，（f/，，…，（fn'，kn)進(jìn)行非線性修正，所述的非線性修正方法是 在分段校驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在頻率分界點(diǎn)A'的小范圍鄰域內(nèi)采用線性插值。
[0021] 本發(fā)明基于雷諾數(shù)的渦街流量計(jì)系數(shù)修正方法的特點(diǎn)也在于：所述線性插值 的方法是：在f/的10 %范圍內(nèi)進(jìn)行線性插值，也就是在[0. 9fi'，I. If / ]范圍內(nèi)，其中 0 < i < n-1，為了防止線性插值時(shí)發(fā)生線段重疊導(dǎo)致計(jì)算誤差，相鄰拐點(diǎn)需要滿足不等式 0.9f1+1'>l. IfV，即為仁+1'>1.2匕'。
[0022] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：
[0023] 1、本發(fā)明方法使得渦街流量計(jì)在完成校驗(yàn)后，即使應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)介質(zhì)類型發(fā)生改變的 情況下，依然可以在寬量程比測(cè)量范圍內(nèi)保證一級(jí)測(cè)量精度。
[0024] 2、本發(fā)明針對(duì)渦街流量計(jì)分段校驗(yàn)脈沖方法存在的問(wèn)題，給出在臨界點(diǎn)，即拐點(diǎn) 的鄰域范圍內(nèi)使用線性插值，可以避免當(dāng)渦街頻率出現(xiàn)在拐點(diǎn)附近時(shí)，儀表系數(shù)階躍性跳 變問(wèn)題，提高測(cè)量的重復(fù)性。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為本發(fā)明采用的非線性修正方法示意圖；
[0026] 圖2為未經(jīng)修正的儀表系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系圖；
[0027] 圖3是介質(zhì)類型發(fā)生變化時(shí)采用本發(fā)明方法修正的儀表系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系圖；
【具體實(shí)施方式】
[0028] 本實(shí)施例中基于雷諾數(shù)的渦街流量計(jì)系數(shù)修正方法是按如下步驟進(jìn)行：
[0029] 設(shè)定當(dāng)前對(duì)于渦街流量計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)所使用的校驗(yàn)用被測(cè)介質(zhì)為空氣，實(shí)際測(cè)量的 被測(cè)介質(zhì)為液體。
[0030] 在完成以空氣為被測(cè)介質(zhì)的校驗(yàn)后獲得多組渦街頻率值與儀表系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系
其中，第i組渦街頻率值A(chǔ)與儀表系數(shù)k i表征為（f u ，對(duì)應(yīng)的空氣運(yùn)動(dòng)粘 度為V1，空氣體積流量為qvl。
[0031] 對(duì)于被測(cè)介質(zhì)為液體的實(shí)際測(cè)量，利用被測(cè)液體的溫度和壓力獲得被測(cè)液體的運(yùn) 動(dòng)粘度v/。
[0032] 工程計(jì)算中的雷諾數(shù)Re為：
[0033] 其中，qv為流體的體積流量，單位為m3/h ;D為管道的特征尺寸，單位為mm，V是工 作狀態(tài)下流體的運(yùn)動(dòng)粘度，單位為m2/s。
[0034] 根據(jù)雷諾數(shù)相等的原則，則有：
[0035] 則有，相同雷諾數(shù)下的液體體積流量qvl:
[0036] 根據(jù)雷諾數(shù)相似原則，即當(dāng)流體的雷諾數(shù)相等時(shí)流體的流速分布相似，即認(rèn)為此 時(shí)的儀表系數(shù)近似相同，在被測(cè)介質(zhì)為液體時(shí)，雷諾數(shù)為Rei時(shí)，儀表系數(shù)仍然為h。
[0037] 因有
[0038] 由（1)和式⑵獲得式（3):
[0040] 以此獲得（f/，，（f2'，k2)，…（fn'，k n)，其中t'為第i組液體的渦街頻率值， Ii1為對(duì)應(yīng)的第i組儀表系數(shù)；
[0041] 根據(jù)（f/Λ)，（f2'，k2)，…，（fn'，k n)進(jìn)行非線性修正，所述的非線性修正方 法是在分段校驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在頻率分界點(diǎn)A'的小范圍鄰域內(nèi)采用線性插值；線性插值 的方法是：在f/的10 %范圍內(nèi)進(jìn)行線性插值，也就是在[0. 9fi'，I. If / ]范圍內(nèi)，其中 0 < i < n-1，為了防止線性插值時(shí)發(fā)生線段重疊導(dǎo)致計(jì)算誤差，相鄰拐點(diǎn)需要滿足不等式 0.9f1+1'>l. IfV，即為仁+1'>1.2匕'。
[0042] 圖1所示本實(shí)施例中采用非線性修正方法示意圖。設(shè)定通過(guò)校驗(yàn)并根據(jù)本發(fā)明 提出的雷諾數(shù)修正方法映射得到五組渦街頻率值與儀表系數(shù)（f。'，k。)、（f/，、（f2'，k2)、 (f3'，k3)、（f4'，k4);本實(shí)施例通過(guò)在各個(gè)拐點(diǎn)的鄰域范圍內(nèi)進(jìn)行線性插值，當(dāng)渦街頻率出 現(xiàn)在拐點(diǎn)附近時(shí)，儀表系數(shù)不再出現(xiàn)階躍性變化。具體的線性插值方法是在f/的10%范圍 內(nèi)進(jìn)行線性插值，也就是在[0. 9f' D I. If/ ]范圍內(nèi)，其中0 < i < 3。為了防止線性插值時(shí) 發(fā)生線段重疊導(dǎo)致計(jì)算誤差，相鄰拐點(diǎn)需要滿足不等式0. 9f1+1' >1. If/，即為f1+1' >1. 2仁'。
[0043] 圖2是在1:25的寬量程比下的未經(jīng)修正的儀表系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系，在整個(gè)量程范 圍內(nèi)，由線性度計(jì)算公式
，儀表的非線性誤差已經(jīng)達(dá)到2%。這是因 為當(dāng)雷諾數(shù)較低時(shí)儀表系數(shù)會(huì)產(chǎn)生較大的偏差，而當(dāng)雷諾數(shù)超過(guò)1 :1〇的量程比時(shí)，渦街本 體的制造工藝也無(wú)法保證一級(jí)精度。雖然此時(shí)可以對(duì)系數(shù)進(jìn)行非線性修正，但介質(zhì)類型發(fā) 生變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)渦街頻率的數(shù)量級(jí)變化，頻率的大幅度變化導(dǎo)致校驗(yàn)時(shí)的系數(shù)修正不再適 用，最終依然表現(xiàn)出較大的測(cè)量誤差。
[0044] 圖3所示為當(dāng)介質(zhì)類型發(fā)生改變后，采用本發(fā)明提供的系數(shù)修正方法得到的儀表 系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系。由圖3可知在寬量程比條件下，經(jīng)過(guò)修正的非線性誤差依然保持在1 % 以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于雷諾數(shù)的渦街流量計(jì)系數(shù)修正方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行： 設(shè)定當(dāng)前對(duì)于渦街流量計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)所使用的校驗(yàn)用被測(cè)介質(zhì)為空氣，實(shí)際測(cè)量的被測(cè) 介質(zhì)為液體； 在完成以空氣為被測(cè)介質(zhì)的校驗(yàn)后獲得多組渦街頻率值與儀表系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系度為V1，空氣體積流量為qvl; 對(duì)于被測(cè)介質(zhì)為液體的實(shí)際測(cè)量，利用被測(cè)液體的溫度和壓力獲得被測(cè)液體的運(yùn)動(dòng)粘 度Vi，；其中，qv為流體的體積流量，單位為m3/h;D為管道的特征尺寸，單位為mm，V是工作狀 態(tài)下流體的運(yùn)動(dòng)粘度，單位為m2/s;根據(jù)雷諾數(shù)相似原則，即當(dāng)流體的雷諾數(shù)相等時(shí)流體的流速分布相似，即認(rèn)為此時(shí)的 儀表系數(shù)近似相同，在被測(cè)介質(zhì)為液體時(shí)，雷諾數(shù)為Rei時(shí)，儀表系數(shù)仍然為k1;以此獲得（fD'，k。)，（f/，，…（fn'，kn)，其中匕'為第i組液體的渦街頻率值，1^為 對(duì)應(yīng)的第i組儀表系數(shù)； 根據(jù)（f。'，k。)，（f/，，…，（fn'，kn)進(jìn)行非線性修正，所述的非線性修正方法是在分 段校驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在頻率分界點(diǎn)A'的小范圍鄰域內(nèi)采用線性插值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雷諾數(shù)的渦街流量計(jì)系數(shù)修正方法，其特征是：所述線 性插值的方法是：在A'的10%范圍內(nèi)進(jìn)行線性插值，也就是在[〇. 9f/，I.If/]范圍內(nèi)，其 中0 <i<n-1，為了防止線性插值時(shí)發(fā)生線段重疊導(dǎo)致計(jì)算誤差，相鄰拐點(diǎn)需要滿足不等 式 0? 9f1+1' >1.IfV，即為f1+1' >1. 2fV。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雷諾數(shù)的渦街流量計(jì)系數(shù)修正方法，其特征是設(shè)定當(dāng)前對(duì)于渦街流量計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)使用的介質(zhì)為空氣，實(shí)測(cè)介質(zhì)為液體，在完成以空氣介質(zhì)的校驗(yàn)后得到多組渦街頻率值與儀表系數(shù)，以及對(duì)應(yīng)的空氣運(yùn)動(dòng)粘度和空氣體積流量，利用被測(cè)液體的溫度和壓力獲知液體的運(yùn)動(dòng)粘度，利用雷諾數(shù)計(jì)算公式得到在相同雷諾數(shù)條件下的液體體積流量，根據(jù)雷諾數(shù)相似原則，被測(cè)介質(zhì)為液體時(shí)在相同雷諾數(shù)條件下的儀表系數(shù)保持不變，由液體體積流量和儀表系數(shù)得到對(duì)應(yīng)的液體渦街頻率，最終根據(jù)液體渦街頻率與儀表系數(shù)進(jìn)行系數(shù)線性修正。本發(fā)明使渦街流量計(jì)在完成校驗(yàn)后可以適應(yīng)多種介質(zhì)類型測(cè)量，并且在寬量程比的應(yīng)用情況下，依然可以保證一級(jí)測(cè)量精度。
【IPC分類】G01F25/00
【公開號(hào)】CN105043511
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510447342
【發(fā)明人】葉寒生, 馮超, 顧宇
【申請(qǐng)人】合肥科邁捷智能傳感技術(shù)有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年7月24日