[摘要(yao)]渦輪流(liu)量計 應(ying)用十分(fen)廣泛，但(dan)是當被(bei)測介質(zhi)運動粘(zhan)度較高(gao)時，渦輪(lun)🏃🏻流🌂量傳(chuan)感器儀(yi)表系數(shu)随着流(liu)速的增(zeng)加而變(bian)化，波☔動(dong)較大，其(qi)👨‍❤️‍👨變化🏃‍♀️規(gui)律呈現(xian)非線性(xing)。口徑爲(wei)DN10的渦輪(lun)流量計(ji)在流體(ti)介質粘(zhan)度爲43.49cSt條(tiao)件下其(qi)儀表系(xi)數随流(liu)速變化(hua)的規律(lü)，通過在(zai)可🏃🏻‍♂️變粘(zhan)度标準(zhun)裝置進(jin)行的實(shi)驗，得🌂到(dao)實驗數(shu)據，拟合(he)出了高(gao)粘度渦(wo)輪流量(liang)計流速(su)修正算(suan)法，運用(yong)該算法(fa)，可以将(jiang)渦輪流(liu)量計的(de)儀表系(xi)數精度(du)由4.4%提高(gao)到0.83%，并對(dui)此算法(fa)了進行(hang)實驗驗(yan)證，證明(ming)了該👈算(suan)法的有(you)效性。
引(yin)言
　　渦輪(lun)流量計(ji)在流量(liang)測量領(ling)域有着(zhe)非常廣(guang)泛的應(ying)用，可以(yi)用💋于工(gong)業油品(pin)測量，民(min)用自來(lai)水測量(liang)以及科(ke)學計量(liang)[1]。渦輪🛀流(liu)量傳感(gan)🤞器屬于(yu)速度式(shi)流量計(ji)，它☁️的工(gong)作原理(li)是👅利用(yong)流體流(liu)動時産(chan)生的推(tui)力使渦(wo)輪流量(liang)計渦輪(lun)葉片轉(zhuan)動，渦輪(lun)🍓穩定轉(zhuan)速後，流(liu)體流過(guo)的體積(ji)流量和(he)渦輪的(de)轉速成(cheng)正比，以(yi)此來計(ji)算被測(ce)流體的(de)體積流(liu)量[2]。一般(ban)的，把渦(wo)輪流量(liang)計🤟單位(wei)時間内(nei)輸出的(de)脈沖個(ge)數與實(shi)際流👈過(guo)流量的(de)比值稱(cheng)爲渦輪(lun)流量計(ji)的💃🏻儀表(biao)系數。渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)需要在(zai)投入使(shi)用前，在(zai)标準計(ji)量裝置(zhi)上進行(hang)标定，即(ji)通過實(shi)驗計算(suan)出該渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)的儀表(biao)系數。由(you)此可見(jian)，渦輪流(liu)量傳感(gan)器的儀(yi)表系數(shu)精度直(zhi)接影響(xiang)着最終(zhong)流量數(shu)據測算(suan)的精度(du)。
　　但是，經(jing)過國内(nei)外科研(yan)人員的(de)大量實(shi)驗證明(ming)，被測流(liu)體介質(zhi)的粘度(du)對渦輪(lun)流量計(ji)測量時(shi)的儀表(biao)系數有(you)💋着很大(da)的💚影響(xiang)🐇，當被測(ce)介質爲(wei)水或者(zhe)低粘度(du)介質且(qie)流量高(gao)于0.5L/s時，渦(wo)輪流量(liang)計儀表(biao)系數基(ji)本保持(chi)恒定，但(dan)當被測(ce)介質粘(zhan)度升高(gao)，儀表系(xi)數會一(yi)直随着(zhe)粘度的(de)增加而(er)增加，尤(you)其是當(dang)介質粘(zhan)度高于(yu)♊50cSt時，其線(xian)性範圍(wei)完全消(xiao)失。在實(shi)際的流(liu)量測量(liang)過程當(dang)中，測量(liang)高粘度(du)⭐油品介(jie)質時，很(hen)難❤️保證(zheng)介質流(liu)速恒🈲定(ding)，一旦出(chu)現流量(liang)波動，渦(wo)輪流量(liang)計⭐就會(hui)産生較(jiao)大誤差(cha)。所以，對(dui)渦輪流(liu)量計在(zai)高粘度(du)介質測(ce)量時不(bu)同流速(su)下的儀(yi)表系數(shu)進行分(fen)析有非(fei)常重要(yao)的意義(yi)。
1實驗裝(zhuang)置
　　渦輪(lun)流量計(ji)在高粘(zhan)度介質(zhi)測量時(shi)不同流(liu)速下儀(yi)表系數(shu)的變化(hua)規律，使(shi)用中航(hang)工業4113計(ji)量站可(ke)變粘度(du)标準裝(zhuang)置，該裝(zhuang)置被測(ce)流體介(jie)質爲4050航(hang)空潤滑(hua)油，其有(you)着很好(hao)的高低(di)溫性能(neng)，正常使(shi)用溫度(du)範圍爲(wei)-40℃～200℃，短期可(ke)達220℃。管道(dao)内潤滑(hua)油的流(liu)量大小(xiao)由變頻(pin)油泵🈲控(kong)制，變頻(pin)輸出電(dian)壓爲380～650V，輸(shu)出功率(lü)爲0.75～400kW，工💋作(zuo)頻率爲(wei)0～400Hz，它的主(zhu)電路采(cai)🤟用交-直(zhi)-交電路(lu)。在油箱(xiang)儲罐中(zhong)内置加(jia)熱系統(tong)，可以對(dui)航🔴空潤(run)滑油進(jin)行加熱(re)，以此來(lai)改變💞被(bei)測介質(zhi)的粘度(du)。對✏️溫度(du)的控制(zhi)使用可(ke)編程邏(luo)輯控制(zhi)器，内🧡置(zhi)PID算法，由(you)油箱中(zhong)的溫度(du)傳感器(qi)、油箱中(zhong)🚩的加熱(re)器以及(ji)控制器(qi)構💛成閉(bi)合溫度(du)控☔制回(hui)路，保證(zheng)油品介(jie)質🈲在管(guan)道内高(gao)🐅速循環(huan)流動的(de)同時溫(wen)度誤差(cha)不超過(guo)±1℃。該裝置(zhi)可測流(liu)量範😘圍(wei)是0.5m3/h~70m3/h，可變(bian)溫度範(fan)圍是-30℃~155℃，油(you)溫控制(zhi)的精度(du)爲±5%，标準(zhun)秤的測(ce)量🚩精度(du)爲0.02%，裝置(zhi)不确定(ding)度爲0.05%。裝(zhuang)置🔴結構(gou)原理圖(tu)如圖1所(suo)示。

2實驗(yan)原理
　　該(gai)裝置的(de)測量原(yuan)理是靜(jing)态稱重(zhong)法，即在(zai)固定的(de)時🌈間内(nei)，使用電(dian)腦采集(ji)渦輪流(liu)量計輸(shu)出脈沖(chong)個數，同(tong)時将流(liu)過的流(liu)🆚體全📧部(bu)引入到(dao)标準秤(cheng)中稱重(zhong)，除以對(dui)應密度(du)來計算(suan)流過的(de)真實體(ti)積流量(liang)，最終再(zai)用🌈累積(ji)體積流(liu)量除以(yi)總脈沖(chong)個👉數計(ji)算出渦(wo)輪流量(liang)計的儀(yi)表系數(shu)。
　　實驗開(kai)始前首(shou)先開啓(qi)油泵，使(shi)潤滑油(you)在管道(dao)内勻速(su)循環♌流(liu)動，根據(ju)已知的(de)介質粘(zhan)度與溫(wen)度的對(dui)應關系(xi)表，選擇(ze)要測試(shi)的介質(zhi)粘度所(suo)對應的(de)溫度，然(ran)後開始(shi)對介質(zhi)🏃🏻‍♂️加熱，使(shi)☀️裝置内(nei)的介質(zhi)達到設(she)定的溫(wen)度及其(qi)對應的(de)粘度。實(shi)驗開❗始(shi)後，實驗(yan)員在上(shang)位🈲機電(dian)腦上點(dian)擊實驗(yan)開始，換(huan)向閥立(li)即動作(zuo)，流過渦(wo)輪流量(liang)計的🌏流(liu)體會全(quan)部引入(ru)到标準(zhun)秤中，與(yu)此同⭕時(shi)電腦開(kai)始計時(shi)并采集(ji)渦輪流(liu)量傳感(gan)器的輸(shu)出⭐脈沖(chong)數，經過(guo)一分鍾(zhong)🌈後停止(zhi)，标準秤(cheng)會自動(dong)上傳流(liu)體累積(ji)質量至(zhi)上位機(ji)，上位機(ji)通過該(gai)介質溫(wen)度密度(du)對應表(biao)再計算(suan)出體積(ji)，再通過(guo)體積除(chu)以脈沖(chong)總🐆個數(shu)得到儀(yi)表系數(shu)。在實驗(yan)過程中(zhong)，系統計(ji)算機中(zhong)的程序(xu)會記錄(lu)單次實(shi)驗持續(xu)的實驗(yan)時間、累(lei)積總脈(mo)沖數、累(lei)積質量(liang)流量、瞬(shun)時流量(liang)、流體當(dang)💯前溫度(du)下的密(mi)度、流體(ti)溫度等(deng)信息。
3實(shi)驗方案(an)
　　實驗采(cai)用口徑(jing)爲DN10的渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)，如圖3所(suo)示。實驗(yan)👣中💔選擇(ze)10℃進行實(shi)驗測試(shi)，對應的(de)流體介(jie)質的粘(zhan)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(gong)7個☂️流量(liang)點進行(hang)，實驗流(liu)量範圍(wei)爲0.3m3/h到1.5m3/h。

　　實驗(yan)中每個(ge)流量點(dian)均進行(hang)3次測量(liang)，（j=1，2，3），3次測量(liang)的平均(jun)📧儀表系(xi)數作爲(wei)此流量(liang)點的儀(yi)表系數(shu)Ki（i=1，2，3，4，5），各流量(liang)點儀表(biao)系數最(zui)🤟小值與(yu)最大值(zhi)的平均(jun)值，作爲(wei)傳感器(qi)的儀表(biao)系數。
依(yi)照國标(biao)渦輪流(liu)量計檢(jian)定規程(cheng)，累積流(liu)量的相(xiang)對示值(zhi)誤差⚽爲(wei)：

4實驗數(shu)據和結(jie)果
　　實驗(yan)測得在(zai)流體介(jie)質的粘(zhan)度爲43.49cSt條(tiao)件下，DN10口(kou)徑的渦(wo)輪🌈流量(liang)傳🤞感器(qi)在各個(ge)實驗流(liu)量點的(de)儀表系(xi)數Ki如表(biao)1所☔示。

　　使(shi)用函數(shu)拟合軟(ruan)件Originpro2017對所(suo)得數據(ju)進行拟(ni)合，Origin爲OriginLab公(gong)司💯出💚品(pin)的較流(liu)⚽行的專(zhuan)業函數(shu)繪圖軟(ruan)件，是公(gong)認的簡(jian)單易學(xue)、操作靈(ling)活、功能(neng)強大的(de)軟件，既(ji)可以滿(man)足一🔴般(ban)用戶的(de)制圖需(xu)要，也可(ke)以滿足(zu)高級用(yong)戶數據(ju)分析、函(han)數拟👨‍❤️‍👨合(he)的需要(yao)。
使用Origin軟(ruan)件中的(de)四次多(duo)項式polynomial拟(ni)合公式(shi)，使用最(zui)小二乘(cheng)法，得🔞到(dao)如下函(han)數，其中(zhong)流速爲(wei)自變量(liang)X，儀表系(xi)數爲因(yin)變量Y：
Y=1486.9+86.9X+426.49X2-517.4X3+157.9X4
圖(tu)4爲流量(liang)與儀表(biao)系數的(de)拟合曲(qu)線圖。
表(biao)2爲各對(dui)應流量(liang)點的拟(ni)合後儀(yi)表系數(shu)的誤差(cha)。
　　如果直(zhi)接采用(yong)各個流(liu)量點的(de)儀表系(xi)數取平(ping)均值得(de)儀表系(xi)數爲1610.68，表(biao)3爲未采(cai)用拟合(he)修正公(gong)式流量(liang)點💞對應(ying)儀表系(xi)數誤差(cha)。


　　爲證明(ming)該高粘(zhan)度變流(liu)速自适(shi)應算法(fa)及公式(shi)的有效(xiao)性，重新(xin)🔞選取四(si)個流量(liang)點：0.4m3/h、0.6m3/h、0.8m3/h、1.0m3/h對該(gai)公式以(yi)及算法(fa)進行精(jing)度驗證(zheng)，得到表(biao)🏃🏻‍♂️4數據🈲，表(biao)5爲各對(dui)應流量(liang)點的拟(ni)合後儀(yi)表系數(shu)的誤差(cha)。

　　如果直(zhi)接采用(yong)各個流(liu)量點的(de)儀表系(xi)數取平(ping)均值得(de)儀表系(xi)數🌏爲1610.68，表(biao)6爲未采(cai)用拟合(he)修正公(gong)式流量(liang)點對應(ying)儀表系(xi)數誤差(cha)🔅。

　　實驗結(jie)果表明(ming)，經過這(zhe)種高粘(zhan)度變流(liu)速自适(shi)應算法(fa)修正後(hou)，儀表系(xi)數精度(du)提高到(dao)0.83%。如果隻(zhi)是簡單(dan)将📧儀表(biao)系數取(qu)平均，最(zui)大誤差(cha)将達到(dao)4.4%。而且從(cong)修正後(hou)儀表系(xi)數誤差(cha)值與未(wei)經過修(xiu)正儀表(biao)🈲系數誤(wu)差值相(xiang)比，基本(ben)各個流(liu)量點精(jing)度都有(you)較大的(de)提升。
5結(jie)論
　　對高(gao)粘度下(xia)渦輪流(liu)量計在(zai)測量變(bian)流速流(liu)體介質(zhi)時🛀的儀(yi)表🔴系數(shu)變化規(gui)律進行(hang)了研究(jiu)，在43.49cSt粘度(du)條件下(xia)，使🆚用DN10渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)在0.3m3/h~1.5m3/h流速(su)範圍内(nei)進行實(shi)驗♋，并提(ti)出♉一種(zhong)高粘度(du)變流速(su)自适應(ying)算法，該(gai)高粘度(du)變流速(su)算法能(neng)夠将儀(yi)表系數(shu)精度由(you)4.4%提🏃‍♀️高到(dao)0.83%，并對此(ci)進行了(le)驗證，結(jie)果證明(ming)此算法(fa)确實能(neng)夠大幅(fu)提高渦(wo)輪流量(liang)計的測(ce)量精度(du)。

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