摘要 從流體經(jīng)過孔板產(chǎn)生信號出發(fā)，到在流量積算儀上顯示流量，用四象限信號轉(zhuǎn)換圖直觀地剖析了信號的多次轉(zhuǎn)換，重點闡明了其中的非線性轉(zhuǎn)換。

關(guān)鍵詞 孔板 非線性轉(zhuǎn)換 象限 增量

在常用的測量系統(tǒng)中，從傳感器到顯示器，其信號在多個環(huán)節(jié)中的轉(zhuǎn)換基本上都是線性的，而用孔板作傳感器的流量測量系統(tǒng)，信號的轉(zhuǎn)換卻要經(jīng)歷二次非線性轉(zhuǎn)換，即乘方與開方。因此，該測量系統(tǒng)的儀表在校驗或檢定時增加了一定的難度和復(fù)雜性。

最常用的節(jié)流件是同心圓銳孔板。下面以DDZ－Ⅲ差壓變送器為例，孔板流量測量系統(tǒng)的信號轉(zhuǎn)換如圖1所示。

圖1 信號轉(zhuǎn)換

其中第Ⅰ象限是孔板區(qū)，又可稱乘方區(qū)。從孔板中流過的流體，在孔板的兩側(cè)產(chǎn)生了差壓，即增量 產(chǎn)生了增量 ，是信號的第一次轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)換是非線性的， ，流量增加一位，差壓要增加三倍，是指數(shù)關(guān)系。

第Ⅱ象限是線性轉(zhuǎn)換區(qū)，發(fā)生在差壓變送器，隨著從孔板兩側(cè)引進的差壓 的增加，差壓的輸出電流 也成為比例增加， 。

第Ⅲ象限是開方區(qū)，發(fā)生在流量積算儀中，是對第一次非線性轉(zhuǎn)換的逆轉(zhuǎn)換，把被扭曲的關(guān)系再扭曲回來。 是從差變來的電流信號， 是積算儀內(nèi)部將 開方后得到的百分值。 ，是非線性關(guān)系。由于在設(shè)計孔板時已確定了最大流量值 和相應(yīng)的最大差壓 ，故在積算儀投入運行前也必須輸入 。積算儀徑開方運算得到流量的百分值 后，還必須進行比例運算，乘上 后才得到流量瞬時值 并顯示出來， ，即 ，其中 為4~20mA信號。

第Ⅳ象限是流量百分值的線性對應(yīng)區(qū)，完成線性轉(zhuǎn)換。圖1猶如一幅弓箭圖，目標(biāo)為第Ⅳ象限的線性關(guān)系。

與I、F的對應(yīng)關(guān)系見表1，其關(guān)鍵點是 。

表 與I、F的對應(yīng)關(guān)系

在圖1中，F(xiàn)軸上的數(shù)值是最大流量 的百分值，也就是系統(tǒng)量程的百分值。設(shè)最大流量為3t/h，則軸上的刻度值25、50、75、100分別表示相應(yīng)的流量值分別為0.75、1.5、2.25、3，單位為t/h。

軸上的刻度值是最大差壓的百分值，如最大差壓設(shè)計為40kPa，則刻度值6.25、25、56.25、100分別表示相應(yīng)的 P分別為2.5、10、22.5、40，單位為kPa。

在 軸上的刻度值是最大電流增量的百分值。下面還標(biāo)了 值和I值，即電流的最大增量 是16mA，而I是電流表上的示值， 與I相差一個零位電流（4mA）。不論 的最大值是多少，圖示的關(guān)系不變。

以設(shè)計最大流量為3t/h，最大差壓為40kPa為例，信號轉(zhuǎn)換過程中的具體數(shù)值見圖2。

圖2 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

專門與孔板配套的差壓變送器，其顯示流量的表盤是非線性刻度，如圖3所示�，F(xiàn)為了便于比較，在表盤的外圍添加了差壓變送器輸出電流刻度的示意圖。電流 是線性刻度，流量F是非線性刻度，與 是開方關(guān)系， 。當(dāng)表頭中的電流為I＝8m/A時， 是4mA，占 的25％，指針指向滿量程的50％處。

圖3 流量顯示表盤

在校驗積算儀時一般將量分成4段5點，差壓的電流信號與流量的對應(yīng)關(guān)系如圖4所示，可根據(jù)需要，參照圖示方法任意劃分段、點。