孔板与信号的非线性转换-大鱼号登录入口

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

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