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孔板与信号的非线性转换
[正文]: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。
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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
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产生了增量
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，是信号的第一次转换。
该转换是非线性的，
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，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
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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，
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是积算仪内部将
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开方后得到的百分值。
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，是非线性关系。
由于在设计孔板时已确定了最大流量值
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和相应的最大差压
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，故在积算仪投入运行前也必须输入
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。
积算仪径开方运算得到流量的百分值
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后，还必须进行比例运算，乘上
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后才得到流量瞬时值
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并显示出来，
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，即
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，其中
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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
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。
表
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与i、f的对应关系
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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
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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。
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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
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p分别为2.5、10、22.5、40，单位为kpa。
在
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轴上的刻度值是最大电流增量的百分值。
下面还标了
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值和i值，即电流的最大增量
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是16ma，而i是电流表上的示值，
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与i相差一个零位电流（4ma）。
不论
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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。
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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
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是线性刻度，流量f是非线性刻度，与
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是开方关系，
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。
当表头中的电流为i＝8m/a时，
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是4ma，占
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的25％，指针指向满量程的50％处。
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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。
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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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