摘(zhai)要:浮子(zi)流量傳(chuan)感器 中(zhong)存在的(de)非線性(xing)問題是(shi)影響浮(fu)子流量(liang)計測量(liang)精度的(de)一個🈚重(zhong)要因素(su)，爲了解(jie)決這個(ge)問題,浮(fu)子流量(liang)傳感器(qi)的特性(xing)，利用最(zui)小二乘(cheng)法拟合(he)數據，分(fen)析浮子(zi)高度和(he)流量之(zhi)間的非(fei)線性⭐關(guan)系理論(lun)和實驗(yan)研究結(jie)果表明(ming)，針對目(mu)前應用(yong)的短管(guan)型浮子(zi)流量計(ji)流量和(he)浮子🔅高(gao)度之間(jian)存在明(ming)顯的非(fei)✂️線性關(guan)系,并且(qie)發現在(zai)其他‼️條(tiao)件相同(tong)的情況(kuang)下浮子(zi)行程的(de)增加即(ji)錐管錐(zhui)角的減(jian)小對浮(fu)子流量(liang)傳感器(qi)線性度(du)的🌈改善(shan)具有重(zhong)要的作(zuo)用.
　　浮子(zi)流量計(ji) 又名 轉(zhuan)子流量(liang)計 或面(mian)積流量(liang)計.在測(ce)量過程(cheng)中，始終(zhong)保持節(jie)流件前(qian)後🙇🏻的😍壓(ya)差💜不變(bian)，通過改(gai)變流通(tong)面積來(lai)改變流(liu)量，,所以(yi)浮子流(liu)量計㊙️也(ye)叫⭕恒壓(ya)降變截(jie)面流量(liang)計.浮子(zi)流👉量計(ji)的量程(cheng)比一般(ban)可達10:1,精(jing)度約爲(wei)±(1~2)%.由于浮(fu)子流量(liang)計具有(you)結構簡(jian)單、使用(yong)方便、直(zhi)觀、壓損(sun)小、成本(ben)低等特(te)點，已被(bei)廣泛應(ying)用于實(shi)驗室及(ji)生産領(ling)域".浮子(zi)流量計(ji)在測量(liang)過程中(zhong)流量和(he)浮子高(gao)度之間(jian)存在非(fei)線性關(guan)系,影響(xiang)了測量(liang)精度和(he)浮子✔️流(liu)量計的(de)性能，這(zhe)💔個問題(ti)在目前(qian)廣泛應(ying)用的 短(duan)管型浮(fu)子流量(liang)計 中尤(you)爲明顯(xian),必須尋(xun)求有效(xiao)的方法(fa)來解決(jue).
 
　　Qv爲浮子(zi)流量計(ji)的體積(ji)流量,α爲(wei)流量系(xi)數;h爲浮(fu)子在錐(zhui)管中的(de)垂直位(wei)置;爲錐(zhui)形管錐(zhui)半角;Vf爲(wei)浮子體(ti)積💛;ρf爲浮(fu)子材料(liao)密度ρ爲(wei)🔆流體密(mi)度;Af爲浮(fu)子垂直(zhi)于流向(xiang)的最大(da)截面積(ji);D0爲浮子(zi)最大迎(ying)😘流面的(de)直徑;Dh爲(wei)浮子平(ping)衡在h高(gao)度時錐(zhui)形👌管的(de)直徑🧑🏾‍🤝‍🧑🏼;df爲(wei)浮子最(zui)大直徑(jing)(見圖1).
 
　　公(gong)式(1)是習(xi)用的浮(fu)子流量(liang)計流量(liang)計量公(gong)式,一般(ban)認爲在(zai)錐半角(jiao)中足夠(gou)小的情(qing)況下可(ke)以忽略(lue)二次項(xiang)(htanφ),公式(1)可(ke)寫爲如(ru)下形式(shi):
 
　　公式(2)中(zhong)Vf、Af、ρf、ρ、α、q、D0及φ都是(shi)确定數(shu)值,故公(gong)式(2)中流(liu)量Qv與浮(fu)子行程(cheng)h具✉️有線(xian)性關系(xi).
1.2研究對(dui)象
　　目前(qian)流行的(de)短管型(xing)浮子流(liu)量計其(qi)高度統(tong)一爲:250mm，爲(wei)了和其(qi)他部件(jian)相配合(he),浮子在(zai)管體内(nei)能移動(dong)的最大(da)位❓移爲(wei)🌏59mm，在本文(wen)中選擇(ze)浮子行(hang)程分别(bie)爲45mm(錐半(ban)角φ=21°06'),50mm(錐半(ban)角φ=18°16')和55mm(錐(zhui)半☂️角φ=15°15')的(de)DN80金屬管(guan)浮子流(liu)量傳感(gan)器 進行(hang)線性度(du)的研究(jiu)，其流量(liang)測量範(fan)圍爲4~40m'/h,測(ce)量介質(zhi)爲水，對(dui)🐇應🙇🏻流量(liang)下限時(shi)的最低(di)雷諾數(shu)爲14685.浮子(zi)流量傳(chuan)感器的(de)🤟結構如(ru)圖2所示(shi).
 
1.3非線性(xing)誤差計(ji)算公式(shi)
　　随着現(xian)代技術(shu)的發展(zhan)，進行測(ce)量的非(fei)線性計(ji)算已🐇非(fei)難事🔴.目(mu)前，國内(nei)外金屬(shu)管浮子(zi)流量計(ji)采用的(de)線性化(hua)✏️技術♍主(zhu)要🏒有兩(liang)種:-是應(ying)用四連(lian)杆進行(hang)非線性(xing)修正;二(er)是利用(yong)凸輪進(jin)行非線(xian)性修正(zheng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻.另外，還(hai)出現了(le)帶微處(chu)理器的(de)智能流(liu)量計，采(cai)用物位(wei)傳感器(qi)檢🔞測浮(fu)子位移(yi)，由微處(chu)理器通(tong)過軟件(jian)進行線(xian)性化，從(cong)✂️而使儀(yi)表結構(gou)🔅更簡化(hua)，精度更(geng)高'".故當(dang)前流行(hang)💃的金屬(shu)管浮子(zi)🥰流量計(ji)☁️一般均(jun)采用250mm的(de)儀表總(zong)長度,如(ru)圖2所💔示(shi),不僅可(ke)以節約(yue)原材料(liao),加工制(zhi)造簡單(dan),而且體(ti)積小,重(zhong)量輕，安(an)裝使用(yong)方便.但(dan)是爲了(le)達到更(geng)好的流(liu)量測量(liang)效果，還(hai)是應該(gai)采用盡(jin)可能長(zhang)的錐管(guan),增加浮(fu)子的行(hang)程,使儀(yi)表一次(ci)測量的(de)非線性(xing)盡可能(neng)減小
　　計(ji)算儀表(biao)一次測(ce)量的非(fei)線性誤(wu)差時利(li)用最小(xiao)二乘法(fa)來拟合(he)直線,非(fei)線性誤(wu)差γ計算(suan)公式'"]:
 
　　其(qi)中:△Qv爲輸(shu)出平均(jun)值與基(ji)準拟合(he)直線間(jian)的偏差(cha),QVFS爲滿量(liang)🌈程輸出(chu)平均值(zhi),k爲拟合(he)直線的(de)斜率,xn爲(wei)被測物(wu)理量的(de)第n個值(zhi),x1爲被測(ce)物理量(liang)的第1個(ge)值.
2浮子(zi)流量計(ji)非線性(xing)問題的(de)理論分(fen)析
2.1理論(lun)計算數(shu)據.
　　爲了(le)研究浮(fu)子流量(liang)計的非(fei)線性問(wen)題,本文(wen)利用公(gong)式(1)針對(dui)浮子👨‍❤️‍👨在(zai)錐管中(zhong)的垂直(zhi)位置和(he)流量的(de)對應🔞關(guan)系給出(chu)🧡了三📱組(zu)理論計(ji)算數據(ju).
　　在公式(shi)(1)中，當流(liu)量傳感(gan)器的結(jie)構以及(ji)被測流(liu)體介質(zhi)确定下(xia)來後，φ、Vf、ρf、ρ、Af、D0、Dh、df以(yi)及α這些(xie)變量都(dou)是已知(zhi)量，是不(bu)變的.表(biao)1、表2,表3分(fen)别給出(chu)了利用(yong)公式(1)計(ji)算的行(hang)程爲45mm,50mm和(he)✊55mm的情況(kuang)💋下浮子(zi)高度和(he)流量之(zhi)💁間的對(dui)應關系(xi)，其中✉️浮(fu)子高度(du)是浮子(zi)在錐管(guan)中的垂(chui)直位置(zhi).數據表(biao)中的第(di)三列是(shi)🌈利用公(gong)式(3)計🍓算(suan)出來的(de)相應流(liu)量點的(de)🔴非線性(xing)誤差.
 
2.2理(li)論計算(suan)數據分(fen)析
　　對2.1節(jie)中的理(li)論計算(suan)數據進(jin)行非線(xian)性誤差(cha)分析.
　　如(ru)圖3所示(shi),(a)、(b),(c)分别是(shi)行程爲(wei)45mm,50mm和55mm的浮(fu)子流量(liang)計浮子(zi)高度和(he)🈲流量🏃‍♀️間(jian)對應關(guan)系曲線(xian)及利用(yong)最小二(er)乘法拟(ni)合的直(zhi)線.從表(biao)1.表2，表3中(zhong)第三列(lie)所示的(de)非線性(xing)誤差數(shu)據可以(yi)看出，當(dang)利用公(gong)式(1)進行(hang)流量計(ji)算時在(zai)不同的(de)流量點(dian)處流量(liang)和浮子(zi)高度之(zhi)間表現(xian)出了不(bu)🙇‍♀️同的非(fei)線性誤(wu)差,流量(liang)和浮子(zi)高度之(zhi)間不是(shi)線性🏃‍♂️對(dui)應關系(xi).
 
當浮子(zi)行程是(shi)45mm(錐半角(jiao)φ=21°06')時:最大(da)非線性(xing)誤差γmx=15.46%,平(ping)均非線(xian)性誤差(cha)γ=6.34%
當浮子(zi)行程是(shi)50mm(錐半角(jiao)中=18°16')時:最(zui)大非線(xian)性誤差(cha)Ymax=14.56%,平均非(fei)線性誤(wu)差γ=5.01%.
當浮(fu)子行程(cheng)是55mm(錐半(ban)角φ=15°15')時:最(zui)大非線(xian)性誤差(cha)Ymax=6.24%,平均非(fei)✌️線性誤(wu)差γ=3.61%.
　　對比(bi)三個不(bu)同行程(cheng)下最大(da)非線性(xing)誤差和(he)平均非(fei)🐉線性誤(wu)差的數(shu)值可以(yi)看出，當(dang)浮子行(hang)程分别(bie)爲45mm.50mm,55mm,即🔞相(xiang)應的錐(zhui)📧半角爲(wei)φ=21°06'φ=18°16'中=15°15'時，無(wu)論是非(fei)線性誤(wu)差的最(zui)大值還(hai)是平均(jun)值都有(you)很明顯(xian)的減小(xiao)，尤其是(shi)浮子流(liu)量計的(de)線性度(du)即最大(da)非線性(xing)誤差分(fen)别爲γmax=15.46%、γ=14.56%,γmax=6.24%，浮(fu)子流⛹🏻‍♀️量(liang)計的線(xian)性度從(cong)理論計(ji)算上有(you)了明顯(xian)的改善(shan).
3浮子流(liu)量計非(fei)線性問(wen)題的實(shi)驗研究(jiu)
　　該過程(cheng)對如1.2節(jie)所述的(de)浮子流(liu)量傳感(gan)器進行(hang)實驗研(yan)究㊙️.
3.1實驗(yan)裝置
　　實(shi)驗裝置(zhi)如圖4所(suo)示，采用(yong)稱重法(fa)對金屬(shu)浮子流(liu)量計進(jin)行♻️标定(ding).實驗過(guo)程如下(xia)所述:
 
　　實(shi)驗中所(suo)需流體(ti)介質來(lai)自高位(wei)穩壓水(shui)塔,流體(ti)經過進(jin)水閥1進(jin)入過濾(lü)罐2,3爲标(biao)準表，可(ke)以監視(shi)管道中(zhong)🈲的流✍️量(liang)值,電動(dong)調節閥(fa)4起選通(tong)作用,從(cong)平衡罐(guan)5流出🐅的(de)流體進(jin)入金屬(shu)管浮子(zi)流量計(ji)8,再經過(guo)流量調(diao)節閥10從(cong)噴嘴11不(bu)斷向量(liang)器13中注(zhu)入，當量(liang)器13中注(zhu)滿流體(ti)以後換(huan)向器12自(zi)動換向(xiang),使得從(cong)噴嘴11流(liu)過來的(de)流體🏒不(bu)再進入(ru)量器13,而(er)是進入(ru)量器13右(you)側的回(hui)水槽,此(ci)時電子(zi)秤15可以(yi)稱出量(liang)器13中流(liu)體的重(zhong)量，通過(guo)計算機(ji)17中🈲的程(cheng)序顯示(shi)結果可(ke)以看到(dao)流量值(zhi)，之後打(da)開放水(shui)閥14放水(shui)❌，當量器(qi)13中的水(shui)全部都(dou)放完時(shi),電子秤(cheng)15清零,換(huan)向器12又(you)自動換(huan)向到量(liang)器13-側,使(shi)得流㊙️體(ti)不斷的(de)注入,準(zhun)備下一(yi)次實驗(yan).
3.2實驗數(shu)據
　　實驗(yan)過程中(zhong)選取10個(ge)流量點(dian)進行實(shi)驗,單行(hang)程每點(dian)重複測(ce)量3次,正(zheng)反行程(cheng)各5次.對(dui)每個實(shi)驗點處(chu)的樣🐕本(ben)取平均(jun)(30次平均(jun)值).實驗(yan)數據如(ru)表4,表5和(he)表6所示(shi)，其中标(biao)準流量(liang)是實驗(yan)過程中(zhong)利用稱(cheng)重法得(de)到的流(liu)量,即流(liu)過金屬(shu)浮子流(liu)量計的(de)流量,浮(fu)子高度(du)是浮子(zi)在錐管(guan)中的垂(chui)直位置(zhi).同樣數(shu)據表中(zhong)的第三(san)列是利(li)用公式(shi)☎️(3)計算出(chu)來的非(fei)線性誤(wu)差.
 
3.3實驗(yan)數據分(fen)析
　　如圖(tu)5所示爲(wei)根據實(shi)驗過程(cheng)中所得(de)到的标(biao)準流量(liang)和浮子(zi)高度之(zhi)間的對(dui)應關系(xi)曲線及(ji)相應的(de)利用最(zui)小二乘(cheng)法得到(dao)的拟合(he)直線.
 
　　下(xia)面對行(hang)程分别(bie)是45mm、50mm,55mm的浮(fu)子流量(liang)計的非(fei)線性誤(wu)差值👣作(zuo)⛹🏻‍♀️一下比(bi)較.從表(biao)4、表5，表6中(zhong)的非線(xian)性誤差(cha)數據可(ke)以看🔆出(chu)，在‼️實驗(yan)過程中(zhong)流🏃🏻‍♂️量和(he)浮子高(gao)度之間(jian)也并不(bu)是簡單(dan)的一🌈對(dui)應的線(xian)性關🏃🏻系(xi),二者之(zhi)間存在(zai)嚴🏃🏻重的(de)非線性(xing)，這也進(jin)一步證(zheng)明了在(zai)進行流(liu)量計算(suan)🔱時不能(neng)利用公(gong)式(2)對流(liu)量和高(gao)度之間(jian)的關系(xi)進行🙇‍♀️線(xian)性化處(chu)理,而👨‍❤️‍👨應(ying)該利用(yong)公式(1)進(jin)行計算(suan).
當浮子(zi)行程是(shi)45mm(錐半角(jiao)φ=21°06')時:最大(da)非線性(xing)誤差γmax=12.43%，平(ping)均非👈線(xian)性誤差(cha)γ=6.71%.
當浮子(zi)行程是(shi)50mm(錐半角(jiao)中=18°16')時:最(zui)大非線(xian)性誤差(cha)γmax=11.45%,平均非(fei)線性誤(wu)差👣γ=5.08%.
當浮(fu)子行程(cheng)是55mm(錐半(ban)角φ=15°15')時:最(zui)大非線(xian)性誤差(cha)γmx=5.66%,平均非(fei)線性誤(wu)差V=3.28%.
　　對比(bi).上述兩(liang)組最大(da)非線性(xing)誤差和(he)平均非(fei)線性誤(wu)差的數(shu)值可以(yi)看出，當(dang)浮子行(hang)程爲45mm、50mm,55mm，相(xiang)應的錐(zhui)半角爲(wei)φ=21°06'φ=18°16'φ=15°15'時📧浮子(zi)流量🥰計(ji)非線性(xing)誤差的(de)最大值(zhi)和平均(jun)值也都(dou)有了很(hen)明顯的(de)減小，其(qi)中浮子(zi)流量計(ji)的線性(xing)度即最(zui)大非線(xian)性誤差(cha)分别爲(wei)γmax=12.43%γmax=11.45%γmax=5.66%,儀表的(de)線性度(du)得到㊙️了(le)很好的(de).改善.
4結(jie)論
　　本文(wen)針對浮(fu)子流量(liang)計的線(xian)性度問(wen)題進行(hang)了研究(jiu)，文中給(gei)出了在(zai)三種行(hang)程下不(bu)同的流(liu)量點處(chu)的非線(xian)性誤差(cha)值，并從(cong)理論和(he)實驗做(zuo)了對比(bi)分析.理(li)論分析(xi)和🤟實驗(yan)研究表(biao)明,在目(mu)前應用(yong)的短管(guan)型浮子(zi)流量計(ji)中流量(liang)和浮子(zi)高度之(zhi)間不是(shi)一--對應(ying)的線性(xing)關系,因(yin)此在進(jin)行流量(liang)計時不(bu)能選用(yong)公式(2),而(er)應該選(xuan)擇公式(shi)(1).
　　分析兩(liang)個行程(cheng)下的浮(fu)子流量(liang)計非線(xian)性誤差(cha)數據可(ke)以得到(dao)如下結(jie)論:浮子(zi)的行程(cheng)(錐管的(de)錐角)是(shi)影📐響浮(fu)子流量(liang)計線性(xing)度的一(yi)個重要(yao)因素,适(shi)當增加(jia)浮子的(de)行程、減(jian)小錐管(guan)的錐角(jiao)，可以使(shi)🚶一次儀(yi)表的💛線(xian)性度有(you)很大的(de)改🔞善，這(zhe)對于浮(fu)子流量(liang)傳感器(qi)結構的(de)設計與(yu)優化具(ju)有重要(yao)的指導(dao)意義.

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