[摘要]渦輪(lun)流量計 應(ying)用十分廣(guang)泛，但是當(dang)被測介質(zhi)運動粘度(du)較高時😄，渦(wo)輪流量傳(chuan)感器儀表(biao)系數随着(zhe)流速的增(zeng)加而變化(hua)，波動較大(da)，其變化規(gui)律呈現非(fei)線性。口徑(jing)爲DN10的渦😍輪(lun)流量計在(zai)流體介質(zhi)粘度爲43.49cSt條(tiao)件下其儀(yi)表系數随(sui)流速變化(hua)的規律，通(tong)過在可變(bian)粘度标準(zhun)裝置進行(hang)的實驗，得(de)😘到實驗數(shu)據，拟合出(chu)了高粘度(du)渦輪流量(liang)計流速修(xiu)正算法，運(yun)用該算法(fa)，可以将渦(wo)輪流量計(ji)的儀表系(xi)數精度由(you)4.4%提高到0.83%，并(bing)對此算法(fa)了進行🌂實(shi)驗驗證，證(zheng)明了該算(suan)法的有效(xiao)性。
引言
　　渦(wo)輪流量計(ji)在流量測(ce)量領域有(you)着非常廣(guang)泛的應用(yong)👣，可以用于(yu)🔴工業油品(pin)測量，民用(yong)自來水測(ce)量以及科(ke)學計量[1]。渦(wo)輪⁉️流量傳(chuan)感器屬于(yu)速度式流(liu)量計，它的(de)工作原理(li)是利用流(liu)🈲體流動時(shi)産生的推(tui)力使渦輪(lun)流量計渦(wo)輪葉片轉(zhuan)動，渦輪穩(wen)定轉速後(hou)，流體流🔆過(guo)的體積流(liu)量和渦輪(lun)的轉速成(cheng)正比，以此(ci)來計算被(bei)測流體的(de)體積流量(liang)[2]。一般的，把(ba)渦輪流量(liang)計單位時(shi)間内輸出(chu)的脈沖個(ge)數與實際(ji)流過流量(liang)的比值稱(cheng)爲渦輪流(liu)量計的✔️儀(yi)表系數。渦(wo)輪流量傳(chuan)感器需要(yao)在投入🌈使(shi)用前，在标(biao)準計量裝(zhuang)置上進行(hang)标定，即通(tong)過實驗計(ji)算出該渦(wo)輪流量傳(chuan)感器的儀(yi)表系數。由(you)此可見，渦(wo)❓輪流量傳(chuan)感器的儀(yi)表系數精(jing)度直接影(ying)響着最終(zhong)流量數據(ju)測算的精(jing)度。
　　但是，經(jing)過國内外(wai)科研人員(yuan)的大量實(shi)驗證明，被(bei)測流體介(jie)質的粘度(du)對渦輪流(liu)量計測量(liang)時的儀表(biao)系數有🈲着(zhe)很大的☀️影(ying)響👅，當被測(ce)介質爲水(shui)或者低粘(zhan)度介質且(qie)流量高于(yu)0.5L/s時，渦輪流(liu)量計儀表(biao)系數基本(ben)保持恒定(ding)，但當被測(ce)介質粘度(du)升高，儀表(biao)系數會一(yi)直随着粘(zhan)度的增加(jia)而增加，尤(you)其是當介(jie)質粘度高(gao)于50cSt時，其線(xian)性範圍完(wan)全消失。在(zai)實♋際的流(liu)量測量過(guo)程當中，測(ce)量🌂高粘度(du)油品介質(zhi)時，很難保(bao)證介質流(liu)速恒定，一(yi)旦出現流(liu)量♻️波動，渦(wo)輪流量計(ji)就會産生(sheng)較大誤差(cha)。所以，對渦(wo)輪流量計(ji)在⛹🏻‍♀️高粘度(du)介質測量(liang)時🌍不同流(liu)速下的儀(yi)表系數進(jin)行分析有(you)非常重要(yao)的意義。
1實(shi)驗裝置
　　渦(wo)輪流量計(ji)在高粘度(du)介質測量(liang)時不同流(liu)速下儀表(biao)系數的變(bian)化規律，使(shi)用中航工(gong)業4113計量站(zhan)可變粘度(du)标準裝置(zhi)，該裝置🌈被(bei)測流體介(jie)質爲4050航空(kong)潤滑油，其(qi)有着很好(hao)的💞高低溫(wen)🈲性能，正常(chang)使用溫度(du)範圍爲-40℃～200℃，短(duan)期可達220℃。管(guan)道内潤滑(hua)油的流量(liang)大小由變(bian)頻油泵✉️控(kong)制，變頻輸(shu)出電壓爲(wei)380～650V，輸出功率(lü)爲0.75～400kW，工作頻(pin)率爲0～400Hz，它的(de)主電路采(cai)用交-直-交(jiao)電路。在油(you)箱儲罐中(zhong)内置加熱(re)系統，可以(yi)對航空潤(run)滑油進行(hang)加🏃🏻熱，以此(ci)來改變被(bei)測介質的(de)粘度。對溫(wen)度的控制(zhi)使用可編(bian)程邏輯🧑🏽‍🤝‍🧑🏻控(kong)制器，内置(zhi)PID算法，由油(you)箱中的溫(wen)度傳感器(qi)、油箱中的(de)加熱器以(yi)及控制器(qi)構成閉合(he)溫度控制(zhi)回路，保🌈證(zheng)油品介質(zhi)在管道内(nei)高速循環(huan)流動的同(tong)時溫度誤(wu)差不超過(guo)±1℃。該裝置可(ke)測流量範(fan)圍是0.5m3/h~70m3/h，可變(bian)溫度範圍(wei)是-30℃~155℃，油溫🐪控(kong)制的精度(du)爲±5%，标準秤(cheng)的測量精(jing)度爲0.02%，裝置(zhi)不确定度(du)爲0.05%。裝置結(jie)構原理圖(tu)如圖1所示(shi)。

2實驗原理(li)
　　該裝置的(de)測量原理(li)是靜态稱(cheng)重法，即在(zai)固定的時(shi)間内，使用(yong)電腦采集(ji)渦輪流量(liang)計輸出脈(mo)沖個數，同(tong)時将流過(guo)的流👌體全(quan)部引入到(dao)标準秤中(zhong)稱重，除以(yi)對應密度(du)來計算流(liu)過的真實(shi)體積流量(liang)，最終再用(yong)累積體積(ji)流量除以(yi)總脈沖個(ge)數計算出(chu)渦輪流量(liang)🔅計的儀表(biao)系數。
　　實驗(yan)開始前首(shou)先開啓油(you)泵，使潤滑(hua)油在管道(dao)内勻速循(xun)環流動，根(gen)據已知的(de)介質粘度(du)與溫度的(de)對應關系(xi)♋表，選擇要(yao)測試的介(jie)質粘度所(suo)對應的溫(wen)度，然後開(kai)始對介質(zhi)👣加熱，使裝(zhuang)置内的介(jie)質達到設(she)定的溫度(du)及其對應(ying)的粘🌈度。實(shi)驗開始後(hou)，實驗員在(zai)上位機電(dian)腦上點💰擊(ji)實驗開始(shi)，換向閥立(li)即動作，流(liu)過渦輪流(liu)量計的流(liu)體會全部(bu)引入到标(biao)準秤中，與(yu)此同✉️時電(dian)腦開始計(ji)時💃🏻并采集(ji)渦輪流量(liang)傳感器的(de)輸出脈沖(chong)數，經過一(yi)分鍾後停(ting)止，标準秤(cheng)會自動上(shang)傳流體累(lei)積質量至(zhi)上位機，上(shang)位機通過(guo)該介質溫(wen)度密度對(dui)應表再計(ji)算出體積(ji)🧡，再通過體(ti)積除以脈(mo)沖總個數(shu)得到儀表(biao)系數。在實(shi)驗過程中(zhong)，系統計算(suan)機中的程(cheng)序會記錄(lu)單次實驗(yan)持續的實(shi)驗時間、累(lei)積總脈沖(chong)數、累積質(zhi)量流量、瞬(shun)時流量、流(liu)體當前溫(wen)度下的密(mi)度、流體溫(wen)📐度等信息(xi)。
3實驗方案(an)
　　實驗采用(yong)口徑爲DN10的(de)渦輪流量(liang)傳感器，如(ru)圖3所示。實(shi)驗中選擇(ze)🌏10℃進行實驗(yan)測試，對應(ying)的流體介(jie)質的粘度(du)爲43.49cSt。選取0.3m3/h、0.5m3/h、0.7m3/h、0.9m3/h、1.1m3/h、1.3m3/h和(he)1.5m3/h共7個流量(liang)點進🐉行，實(shi)驗流量範(fan)圍爲0.3m3/h到1.5m3/h。

　　實驗(yan)中每個流(liu)量點均進(jin)行3次測量(liang)，（j=1，2，3），3次測量的(de)平均儀表(biao)系數作爲(wei)此流量點(dian)的儀表系(xi)數Ki（i=1，2，3，4，5），各流量(liang)點儀表系(xi)數最小值(zhi)🙇🏻與最大值(zhi)的平均值(zhi)，作爲傳感(gan)器的儀表(biao)系數。
依照(zhao)國标渦輪(lun)流量計檢(jian)定規程，累(lei)積流量的(de)相對🐆示值(zhi)👈誤差🥰爲：

4實(shi)驗數據和(he)結果
　　實驗(yan)測得在流(liu)體介質的(de)粘度爲43.49cSt條(tiao)件下，DN10口徑(jing)的渦輪流(liu)量📞傳感🎯器(qi)在各個實(shi)驗流量點(dian)的儀表系(xi)數Ki如💃表1所(suo)示。

　　使用函(han)數拟合軟(ruan)件Originpro2017對所得(de)數據進行(hang)拟合，Origin爲OriginLab公(gong)司出品的(de)較流㊙️行的(de)專業函數(shu)繪圖軟件(jian)，是公認的(de)簡單易學(xue)、操作靈活(huo)、功能強大(da)的軟件，既(ji)可以滿足(zu)一般用戶(hu)的制圖🚶‍♀️需(xu)要，也可以(yi)滿足高級(ji)用戶數據(ju)分析、函數(shu)拟合的需(xu)要🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。
使用Origin軟(ruan)件中的四(si)次多項式(shi)polynomial拟合公式(shi)，使用最小(xiao)二乘法👄，得(de)到如下函(han)數，其中流(liu)速爲自變(bian)量X，儀表系(xi)數爲因變(bian)量Y：
Y=1486.9+86.9X+426.49X2-517.4X3+157.9X4
圖4爲流(liu)量與儀表(biao)系數的拟(ni)合曲線圖(tu)。
表2爲各對(dui)應流量點(dian)的拟合後(hou)儀表系數(shu)的誤差。
　　如(ru)果直接采(cai)用各個流(liu)量點的儀(yi)表系數取(qu)平均值得(de)儀表系數(shu)爲1610.68，表3爲未(wei)采用拟合(he)修正公式(shi)流量點對(dui)應儀表🎯系(xi)數誤差。


　　爲(wei)證明該高(gao)粘度變流(liu)速自适應(ying)算法及公(gong)式的有效(xiao)性，重新選(xuan)取四個流(liu)量點：0.4m3/h、0.6m3/h、0.8m3/h、1.0m3/h對該(gai)公式以及(ji)算法進😄行(hang)精度驗證(zheng)，得到表4數(shu)據，表5爲各(ge)對應流量(liang)點的拟合(he)後儀表系(xi)數的誤差(cha)💔。

　　如果直接(jie)采用各個(ge)流量點的(de)儀表系數(shu)取平均值(zhi)得儀表系(xi)數爲1610.68，表6爲(wei)未采用拟(ni)合修正公(gong)式流量點(dian)對應儀表(biao)系數誤差(cha)。

　　實驗結果(guo)表明，經過(guo)這種高粘(zhan)度變流速(su)自适應算(suan)法修正後(hou)，儀表系數(shu)精度提高(gao)到0.83%。如果隻(zhi)是簡單将(jiang)儀表📱系數(shu)🏒取平均，最(zui)大誤差将(jiang)達到4.4%。而且(qie)從修正後(hou)儀表系數(shu)誤差✂️值與(yu)未經過修(xiu)正儀表系(xi)數誤差值(zhi)相比，基本(ben)各個流量(liang)點精度都(dou)有較大的(de)提升。
5結論(lun)
　　對高粘度(du)下渦輪流(liu)量計在測(ce)量變流速(su)流體介質(zhi)時的儀表(biao)系數變化(hua)規律進行(hang)了研究，在(zai)43.49cSt粘度條件(jian)下，使用DN10渦(wo)輪流量傳(chuan)感器在0.3m3/h~1.5m3/h流(liu)速範圍内(nei)進行實驗(yan)，并提出一(yi)種高粘度(du)變流速自(zi)适應算法(fa)，該高粘度(du)變流速算(suan)法能夠将(jiang)儀表系數(shu)精度由4.4%提(ti)高到0.83%，并對(dui)🐇此進行了(le)驗證，結果(guo)證明此算(suan)法确實能(neng)夠大幅提(ti)高渦輪流(liu)量🏃‍♀️計的測(ce)量精度。

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