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孔板与信号的非线性转换

信息来源:gkong.biz  时间:2010-04-21  浏览次数:102

  摘要 从流体经过孔板产生信号出发,到在流量积算仪上显示流量,用四象限信号转换图直观地剖析了信号的多次转换,重点阐明了其中的非线性转换。 在常用的测量系统中,从传感器到显示器,其信号在多个环节中的转换基本上都是线性的,而用孔板作传感器的流量测量系统,信号的转换却要经历二次非线性转换,即乘方与开方。因此,该测量系统的仪表在校验或检定时增加了一定的难度和复杂性。 最常用的节流件是同心圆锐孔板。下面以DDZ-Ⅲ差压变送器为例,孔板流量测量系统的信号转换如图1所示。
  图1 信号转换 其中第Ⅰ象限是孔板区,又可称乘方区。从孔板中流过的流体,在孔板的两侧产生了差压,即增量
  产生了增量
  ,是信号的第一次转换。该转换是非线性的,
  ,流量增加一位,差压要增加三倍,是指数关系。 第Ⅱ象限是线性转换区,发生在差压变送器,随着从孔板两侧引进的差压
  的增加,差压的输出电流也成为比例增加,。 第Ⅲ象限是开方区,发生在流量积算仪中,是对第一次非线性转换的逆转换,把被扭曲的关系再扭曲回来。是从差变来的电流信号,
  是积算仪内部将
  开方后得到的百分值。
  ,是非线性关系。由于在设计孔板时已确定了最大流量值
  和相应的最大差压
  ,故在积算仪投入运行前也必须输入
  。积算仪径开方运算得到流量的百分值
  后,还必须进行比例运算,乘上
  后才得到流量瞬时值
  并显示出来,
  ,即
  ,其中
  为4~20mA信号。 第Ⅳ象限是流量百分值的线性对应区,完成线性转换。图1犹如一幅弓箭图,目标为第Ⅳ象限的线性关系。 与I、F的对应关系见表1,其关键点是
  。表
  与I、F的对应关系
  0 4 0 0 0 0 4 8 0.25 25 0.50 0.5 8 12 0.5 70.7 0.707 50 12 16 0.75 75 86.6 0.866 16 20 1 100 100 1 在图1中,F轴上的数值是最大流量
  的百分值,也就是系统量程的百分值。设最大流量为3t/h,则轴上的刻度值25、50、75、100分别表示相应的流量值分别为0.75、1.5、2.25、3,单位为t/h。
  轴上的刻度值是最大差压的百分值,如最大差压设计为40kPa,则刻度值6.25、25、56.25、100分别表示相应的
  P分别为2.5、10、22.5、40,单位为kPa。 在
  轴上的刻度值是最大电流增量的百分值。下面还标了
  值和I值,即电流的最大增量
  是16mA,而I是电流表上的示值,
  与I相差一个零位电流(4mA)。不论
  的最大值是多少,图示的关系不变。 以设计最大流量为3t/h,最大差压为40kPa为例,信号转换过程中的具体数值见图2。
  图2 转换数据 专门与孔板配套的差压变送器,其显示流量的表盘是非线性刻度,如图3所示。现为了便于比较,在表盘的外围添加了差压变送器输出电流刻度的示意图。电流
  是线性刻度,流量F是非线性刻度,与
  是开方关系,
  。当表头中的电流为I=8m/A时,
  是4mA,占
  的25%,指针指向满量程的50%处。
  图3 流量显示表盘 在校验积算仪时一般将量分成4段5点,差压的电流信号与流量的对应关系如图4所示,可根据需要,参照图示方法任意划分段、点。
  图4 电流信号与流量的对应关系 用孔板检测流量,技术成熟,精度高,经久耐用,虽然其测量系统的非线性给实际操作带来不便,但在掌握了四象限信号转换图后,还是能运用自如的。

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