[摘要(yao)]渦輪流量(liàng)計 應用十(shi)分廣泛，但(dan)是當被測(cè)介質運動(dong)粘度較高(gāo)時，渦輪流(liu)量傳感器(qì)儀表系數(shù)随着流速(sù)的增加而(er)變化，波動(dong)較大，其變(bian)化規律呈(chéng)現非線性(xing)。口徑爲DN10的(de)渦輪流量(liàng)計在流體(ti)介質粘度(du)爲43.49cSt條件下(xià)其儀表系(xi)數随流速(su)變化的規(guī)律♊，通過在(zai)可變粘度(dù)标🎯準裝置(zhì)進行的實(shi)驗，得到實(shi)驗數據，拟(nǐ)合出了高(gāo)粘度渦輪(lún)流量計流(liú)速修正算(suàn)法，運用該(gai)算法，可以(yǐ)将渦輪🈲流(liú)量計的儀(yi)表系數精(jīng)度由4.4%提高(gāo)到0.83%，并對✊此(cǐ)算法了進(jìn)行實⛷️驗驗(yan)證，證明了(le)該算法的(de)有效性。
引(yǐn)言
　　渦輪流(liu)量計在流(liu)量測量領(lǐng)域有着非(fei)常廣泛的(de)應用，可以(yi)用于工業(yè)油品測量(liang)，民用自來(lái)水測量以(yǐ)及🔞科學🐅計(ji)量[1]。渦輪流(liú)量傳感器(qì)屬于速度(du)式流量計(ji)，它的工作(zuò)原理是利(li)用流☀️體流(liu)動時産生(shēng)的推力使(shi)渦♉輪流量(liàng)計渦輪葉(ye)片轉動，渦(wo)輪穩定轉(zhuǎn)速後，流體(ti)流過的體(ti)積流量和(he)渦輪的轉(zhuǎn)速成正比(bi)👅，以此來計(jì)算被測流(liú)體的體積(jī)流量[2]。一般(bān)的，把渦輪(lun)流量計單(dan)位時間内(nèi)輸出的脈(mò)沖個數與(yu)實際流過(guo)流量的比(bi)值稱爲渦(wō)輪流量計(ji)的儀表系(xì)數。渦輪流(liu)量傳感器(qi)需要在投(tou)入使用前(qián)，在标準計(ji)量裝置上(shàng)進行标定(dìng)，即通過實(shi)驗計算出(chū)💯該渦輪🥵流(liú)量傳感器(qì)的儀表系(xi)數。由此可(ke)見，渦輪流(liú)量傳感器(qì)的儀表系(xì)數精度直(zhi)接影響着(zhe)最終流量(liang)數據測算(suan)的精度。
　　但(dan)是，經過國(guó)内外科研(yan)人員的大(dà)量實驗證(zhèng)明，被測流(liu)體介質的(de)粘度對渦(wo)輪流量計(ji)測量時的(de)儀表系數(shu)有🐅着很大(da)的影響，當(dang)被測介質(zhi)爲水或者(zhe)低粘度🧑🏽‍🤝‍🧑🏻介(jiè)質且流量(liàng)高于0.5L/s時，渦(wo)輪流量計(ji)儀表🌈系數(shu)基本保持(chi)恒定，但當(dang)被測介質(zhi)粘度升高(gāo)，儀表系數(shù)會一直随(suí)着粘度的(de)❓增加而增(zeng)加，尤其是(shì)當介質粘(zhān)度高于50cSt時(shi)，其線性範(fàn)🌏圍完全消(xiao)失。在實⭕際(jì)的流量測(cè)量過程🍓當(dāng)中，測量高(gao)粘度油品(pin)介質時，很(hen)難保證介(jie)質流速恒(héng)定，一旦出(chū)現流量🔱波(bo)動，渦輪流(liú)量計就會(huì)産生較大(da)誤差。所以(yǐ)，對渦輪流(liú)量計在高(gāo)粘度介質(zhì)測量時不(bú)同流速下(xià)的儀表系(xi)數🈚進行分(fen)析有非常(chang)重要的🤟意(yì)義。
1實驗裝(zhuang)置
　　渦輪流(liú)量計在高(gao)粘度介質(zhi)測量時不(bu)同流速下(xià)儀表系數(shù)的變化規(gui)律，使用中(zhōng)航工業4113計(ji)量站可變(bian)粘㊙️度标準(zhun)裝置，該裝(zhuang)置被測流(liu)體介質爲(wei)4050航空潤滑(hua)油，其有着(zhe)很好的高(gāo)低溫性能(neng)，正常使用(yong)溫度範圍(wéi)爲-40℃～200℃，短期可(kě)達220℃。管道内(nei)潤♋滑油的(de)流量大小(xiao)由變頻油(yóu)泵控制，變(biàn)頻輸🔞出電(dian)壓爲380～650V，輸出(chu)功率爲0.75～400kW，工(gong)作頻率爲(wei)0～400Hz，它♻️的主電(dian)路采用交(jiao)-直-交電路(lu)。在油箱儲(chu)罐中内置(zhi)加熱系統(tǒng)，可以對航(hang)空潤滑油(you)進行加熱(re)，以此來改(gai)變♉被測介(jiè)質的粘度(du)。對溫度的(de)控制使用(yong)💔可編程邏(luó)輯🆚控制器(qi)，内置PID算法(fǎ)，由油箱中(zhong)的溫度傳(chuan)感器、油箱(xiang)中的加熱(re)器以及控(kong)制器構成(cheng)閉合溫度(dù)控制回路(lu)，保🥵證油品(pin)介質🌈在管(guan)道内高速(sù)循環流動(dong)的同時溫(wen)度誤差不(bú)超過±1℃。該裝(zhuāng)置可測流(liú)量範圍是(shì)0.5m3/h~70m3/h，可變溫度(dù)範🚩圍是-30℃~155℃，油(yóu)溫控制的(de)精度爲±5%，标(biao)準秤✂️的測(cè)量精度爲(wei)0.02%，裝置不确(què)定度爲🔴0.05%。裝(zhuang)置結構原(yuán)理圖如圖(tu)1所示。

2實驗(yan)原理
　　該裝(zhuang)置的測量(liàng)原理是靜(jìng)态稱重法(fǎ)，即在固定(dìng)的時間内(nei)，使用電腦(nao)采集渦輪(lun)流量計輸(shū)出脈沖個(ge)數，同時将(jiāng)💃流過的流(liu)體全部引(yǐn)入到标準(zhun)秤中稱重(zhong)，除以對應(yīng)密度來計(ji)算流過的(de)真實體積(jī)流量，最終(zhong)再用累積(ji)體積🔴流量(liàng)除以總脈(mo)沖個數計(jì)算出渦輪(lun)流量計的(de)儀表系數(shù)。
　　實驗開始(shǐ)前首先開(kāi)啓油泵，使(shǐ)潤滑油在(zai)管道内勻(yun)速循環流(liú)🔞動，根據已(yǐ)知的介質(zhì)粘度與溫(wen)度的對應(ying)關系表，選(xuan)㊙️擇要測試(shì)的介質粘(zhan)度所對應(ying)的溫度，然(ran)後開始💔對(duì)介質加熱(re)，使裝置内(nèi)的介質達(dá)到設定的(de)溫度及其(qí)對應的粘(zhan)🐆度。實驗開(kai)始後，實驗(yan)員在上位(wèi)機電腦上(shàng)點擊實驗(yan)開始，換向(xiang)閥立即動(dòng)作，流過渦(wō)♋輪流量計(jì)的流體會(huì)全部引入(ru)到标準秤(cheng)中，與此同(tong)時電腦開(kāi)始計時并(bing)采集渦輪(lun)流量❤️傳感(gǎn)器的輸出(chū)脈沖數，經(jīng)過一分鍾(zhong)🥰後停止，标(biāo)準秤會⭐自(zi)動上傳流(liu)📞體累積質(zhì)量至上位(wei)機，上位機(ji)通過該介(jiè)質溫度密(mi)度對應表(biao)再計算出(chū)體積，再通(tōng)過體積除(chu)以脈沖總(zǒng)個數得到(dao)儀👄表系數(shu)。在實💃驗過(guo)程中，系統(tong)計算機中(zhong)的程序會(hui)記錄單次(ci)實驗持續(xu)的實驗時(shí)間、累積總(zong)脈沖數、累(lei)積質量流(liu)量、瞬時流(liu)量、流體當(dāng)😍前溫度下(xià)的密度、流(liu)體溫度等(děng)信息。
3實驗(yan)方案
　　實驗(yàn)采用口徑(jing)爲DN10的渦輪(lun)流量傳感(gǎn)器，如圖3所(suo)示。實驗中(zhōng)選擇10℃進行(háng)實驗測試(shì)，對應的流(liú)體介質的(de)粘度爲43.49cSt。選(xuan)取0.3m3/h、0.5m3/h、0.7m3/h、0.9m3/h、1.1m3/h、1.3m3/h和1.5m3/h共7個(gè)❄️流量點進(jin)行，實驗流(liú)量範圍爲(wei)0.3m3/h到1.5m3/h。

　　實驗中每(mei)個流量點(dian)均進行3次(ci)測量，（j=1，2，3），3次測(cè)量的平均(jun)儀表系數(shù)作爲此流(liú)量點的儀(yi)表系數Ki（i=1，2，3，4，5），各(gè)流量點儀(yí)表系數最(zuì)小值與最(zuì)大值的平(píng)均值，作爲(wei)傳感器的(de)儀表系數(shù)。
依照國标(biao)渦輪流量(liang)計檢定規(guī)程，累積流(liu)量的相對(duì)示值🥵誤差(cha)爲：

4實驗數(shu)據和結果(guǒ)
　　實驗測得(de)在流體介(jie)質的粘度(du)爲43.49cSt條件下(xià)，DN10口徑的渦(wō)✨輪流量傳(chuán)感器在各(ge)個實驗流(liú)量點的儀(yí)表系數Ki如(ru)表1所示。

　　使(shi)用函數拟(nǐ)合軟件Originpro2017對(duì)所得數據(jù)進行拟合(he)，Origin爲OriginLab公司出(chu)品的較流(liú)行的專業(yè)函數繪圖(tu)軟件，是公(gong)認的簡單(dan)易🔅學、操作(zuò)靈活、功能(neng)強大的軟(ruan)件，既可以(yi)滿足一般(ban)用戶的制(zhì)圖需要，也(ye)可以滿足(zu)高級用戶(hù)數據分析(xī)、函數拟合(he)的需要。
使(shi)用Origin軟件中(zhong)的四次多(duo)項式polynomial拟合(he)公式，使用(yong)最小二乘(chéng)法，得到如(rú)下函數，其(qi)中流速爲(wei)自變量X，儀(yi)表系數爲(wèi)因變量Y：
Y=1486.9+86.9X+426.49X2-517.4X3+157.9X4
圖(tú)4爲流量與(yǔ)儀表系數(shù)的拟合曲(qu)線圖。
表2爲(wèi)各對應流(liu)量點的拟(ni)合後儀表(biao)系數的誤(wu)差。
　　如果直(zhí)接采用各(gè)個流量點(dian)的儀表系(xi)數取平均(jun1)值得儀表(biao)系數爲1610.68，表(biao)3爲未采用(yong)拟合修正(zheng)公式流量(liang)點對應㊙️儀(yí)表系數誤(wù)差。


　　爲證明(ming)該高粘度(du)變流速自(zi)适應算法(fa)及公式的(de)有效性，重(zhong)新🔞選取四(si)個流量點(diǎn)：0.4m3/h、0.6m3/h、0.8m3/h、1.0m3/h對該公式(shì)以及算法(fǎ)進行精度(du)驗證，得到(dào)表4數據，表(biǎo)5爲各對應(yīng)流量點的(de)拟合後儀(yi)表系數的(de)誤差。

　　如果(guǒ)直接采用(yong)各個流量(liang)點的儀表(biǎo)系數取平(píng)均值🆚得儀(yi)🌈表系數爲(wèi)1610.68，表6爲未采(cai)用拟合修(xiū)正公式流(liú)量點對應(yīng)儀表系數(shù)🐇誤差🙇‍♀️。

　　實驗(yan)結果表明(míng)，經過這種(zhǒng)高粘度變(biàn)流速自适(shi)應算⛷️法📐修(xiu)正後，儀🈲表(biao)系數精度(du)提高到0.83%。如(ru)果隻是簡(jiǎn)單将儀表(biǎo)系數取平(píng)均，最大誤(wu)差将達到(dào)4.4%。而且從修(xiu)正後儀表(biao)系數誤差(cha)值與未經(jīng)過修正儀(yi)表系數誤(wù)差值相比(bi)，基本各個(ge)流量點精(jing)度都有較(jiào)大的提升(shēng)。
5結論
　　對高(gāo)粘度下渦(wō)輪流量計(ji)在測量變(bian)流速流體(ti)介質時的(de)🤟儀表系數(shu)變化規律(lü)進行了研(yan)究，在43.49cSt粘度(du)條件下，使(shǐ)用DN10渦㊙️輪流(liu)量傳💃感器(qi)在0.3m3/h~1.5m3/h流速範(fan)圍内進行(háng)實驗🌈，并提(tí)出一種高(gao)🏃‍♂️粘度變流(liú)速自📞适應(yīng)算法，該高(gāo)粘度變流(liú)速算🧑🏽‍🤝‍🧑🏻法能(néng)夠将儀表(biao)系數精度(du)由4.4%提高到(dào)0.83%，并對此進(jìn)行了驗🚶證(zheng)，結果證明(ming)此算法确(que)實能夠大(da)幅提高渦(wo)輪流量計(jì)的測量精(jing)度。

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