孔板流量计与信号的非线性转换
点击数：58832013-01-16 15:10:16 来源: 江苏万迅仪表有限公司---官方主页
关键词 孔板 非线性转换 象限 增量
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 50 70.7 0.707 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。