[摘要(yào)]渦輪流(liu)量計 應(ying)用十分(fèn)廣泛，但(dàn)是當被(bei)測介質(zhì)運動粘(zhān)度較高(gao)時💰，渦輪(lún)流量🔞傳(chuán)感器儀(yi)表系數(shù)随着流(liú)速的增(zēng)加而變(bian)化，波動(dòng)較😘大，其(qi)🔴變化💰規(guī)律呈現(xian)非線性(xing)。口徑爲(wei)DN10的渦輪(lún)流量計(jì)在流體(ti)介質粘(zhan)度爲43.49cSt條(tiáo)件下其(qí)儀表系(xi)數随流(liu)速變化(hua)的規律(lǜ)⚽，通過在(zài)可變粘(zhan)度标準(zhun)裝置進(jìn)行的實(shi)驗，得到(dào)實驗數(shù)據💘，拟合(hé)出了高(gāo)🐕粘度渦(wo)輪流量(liàng)計流速(sù)修正算(suàn)法，運用(yong)該算法(fǎ)，可以将(jiang)渦輪流(liu)量計的(de)儀表💘系(xì)數精度(dù)由4.4%提高(gāo)到0.83%，并對(duì)此算法(fǎ)了進行(háng)💛實😘驗驗(yàn)證，證明(míng)了該算(suan)法的有(yǒu)效性。
引(yǐn)言
　　渦輪(lun)流量計(jì)在流量(liàng)測量領(ling)域有着(zhe)非常廣(guǎng)泛的應(yīng)用，可以(yǐ)用于工(gōng)業油品(pǐn)測量，民(min)用自來(lái)水測量(liang)以及科(kē)學✊計量(liàng)[1]。渦輪🌈流(liu)量♻️傳感(gǎn)👌器屬于(yu)速度式(shi)流量計(jì)，它的工(gōng)作原理(lǐ)是利用(yong)流體流(liu)動時産(chǎn)生的推(tuī)力使渦(wo)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼輪流量(liàng)計渦輪(lún)葉片轉(zhuǎn)動，渦輪(lún)穩定轉(zhuǎn)速🧑🏽‍🤝‍🧑🏻後，流(liu)體流過(guò)的體積(jī)流量和(he)渦輪的(de)轉速成(chéng)正比✌️，以(yǐ)此來計(ji)算被測(ce)流體的(de)體積流(liú)量[2]。一般(bān)的，把渦(wo)輪流量(liàng)計單位(wèi)時間内(nei)輸出的(de)脈沖個(gè)數與實(shi)際流過(guo)流量的(de)比值稱(chēng)爲渦輪(lún)流量計(ji)的🚶‍♀️儀表(biao)系數。渦(wo)輪流量(liàng)傳感器(qì)需要在(zài)投入使(shǐ)用前，在(zài)标準計(jì)量裝置(zhì)上進行(hang)标🥵定，即(ji)通過實(shi)驗計算(suàn)出該渦(wō)輪流量(liàng)傳感器(qì)的儀表(biao)系數。由(yóu)此可見(jiàn)，渦輪流(liu)量傳感(gǎn)器的儀(yí)表系數(shù)精度直(zhi)接🛀🏻影響(xiang)着最終(zhōng)流量數(shu)據測🈲算(suan)的精💋度(du)。
　　但是，經(jing)過國内(nei)外科研(yán)人員的(de)大量實(shi)驗證明(míng)，被測流(liú)體介質(zhì)的🐕粘度(du)對渦輪(lún)流量計(jì)測量時(shí)的儀表(biao)系⛹🏻‍♀️數有(you)着很大(da)的💰影響(xiang)💛，當被測(cè)介質爲(wei)水或者(zhě)低粘度(dù)介質且(qiě)流量高(gao)于0.5L/s時，渦(wō)輪流量(liàng)計儀表(biǎo)系數基(jī)本保持(chi)恒定，但(dàn)當被測(cè)介質粘(zhān)度升高(gao)，儀表系(xi)數會一(yī)直✂️随着(zhe)粘度的(de)增加而(ér)增加，尤(you)其是當(dang)介質粘(zhan)度高于(yu)50cSt時，其線(xiàn)性範☂️圍(wei)🛀完全消(xiao)失。在實(shí)際的流(liú)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(zhèng)介質流(liu)速恒😘定(ding)，一旦出(chū)現流量(liàng)🈲波動，渦(wo)輪流量(liàng)計就會(huì)産生較(jiao)大誤差(cha)。所以，對(duì)渦輪流(liú)量計在(zai)高粘度(dù)介質測(ce)量時不(bu)同流速(sù)下的儀(yi)表系數(shù)進行分(fen)析有非(fei)常重要(yao)的🛀🏻意義(yi)。
1實驗裝(zhuang)置
　　渦輪(lún)流量計(ji)在高粘(zhan)度介質(zhi)測量時(shi)不同流(liú)速下儀(yí)表系數(shu)的變化(huà)規律，使(shi)用中航(hang)工業4113計(ji)量站可(ke)變粘度(dù)标準裝(zhuāng)置，該裝(zhuang)置被測(cè)流體介(jie)質爲4050航(háng)空潤滑(hua)油，其有(yǒu)着很好(hǎo)的高低(dī)溫性能(néng)，正常使(shi)用溫度(dù)範圍爲(wèi)-40℃～200℃，短期可(kě)達220℃。管道(dao)内潤滑(hua)油的流(liu)量大小(xiǎo)由變頻(pin)油泵控(kòng)制，變頻(pin)輸出電(dian)壓爲380～650V，輸(shū)出功率(lǜ)爲0.75～400kW，工作(zuò)頻率爲(wèi)0～400Hz，它的主(zhu)電路采(cai)用交-直(zhí)-交電路(lù)。在油箱(xiāng)儲罐中(zhong)内置加(jia)⭕熱系統(tǒng)，可以對(dui)航空潤(run)滑油進(jin)行加熱(re)，以此來(lai)改變💚被(bèi)🈲測介質(zhi)的粘度(du)。對溫度(dù)的控制(zhi)使用可(kě)編程邏(luo)輯控制(zhì)器，内置(zhi)PID算法，由(yóu)油🐉箱中(zhong)的溫度(dù)傳感器(qì)、油箱中(zhong)的加熱(rè)器以及(jí)控制器(qì)構成閉(bi)合溫度(du)控制回(hui)路，保證(zheng)油品介(jie)質在管(guǎn)道内高(gāo)速循環(huán)流動的(de)同時溫(wen)度🔅誤差(chà)🌈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(yóu)溫控制(zhi)的精度(du)爲±5%，标準(zhun)秤的測(cè)量精度(dù)爲0.02%，裝置(zhi)不确定(ding)度爲0.05%。裝(zhuāng)置🥵結構(gòu)原理圖(tú)如圖1所(suo)示。

2實驗(yan)原理
　　該(gai)裝置的(de)測量原(yuán)理是靜(jìng)态稱重(zhòng)法，即在(zai)固定的(de)時間内(nèi)，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(bù)引入到(dao)标準秤(chèng)中稱重(zhòng)，除以對(duì)應密度(dù)來計算(suan)流過的(de)真實體(ti)積流量(liàng)，最終再(zài)用累積(ji)體積流(liú)量除以(yǐ)總脈沖(chòng)個🌂數計(jì)算出渦(wo)輪流量(liang)㊙️計的儀(yi)表系數(shu)。
　　實驗開(kāi)始前首(shou)先開啓(qi)油泵，使(shǐ)潤滑油(you)在管道(dào)内勻速(sù)循環流(liú)動，根據(ju)已知的(de)介質粘(zhan)度與溫(wēn)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(shǐ)對介質(zhi)加熱，使(shi)裝置内(nèi)的介質(zhì)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(diàn)腦上點(diǎn)擊實驗(yan)開始，換(huàn)向閥立(lì)即動作(zuò)，流過渦(wo)輪流量(liàng)計的流(liu)體會全(quan)部引入(ru)到标準(zhǔn)秤中，與(yǔ)此同時(shi)電腦開(kāi)始計時(shí)并采集(ji)渦輪流(liu)量傳感(gǎn)器的輸(shū)出脈沖(chong)數，經過(guò)一分鍾(zhōng)💞後停止(zhi)，标準秤(chèng)會自動(dong)上傳流(liú)體累積(ji)質量至(zhi)上位機(ji)，上位機(jī)通過該(gai)介質溫(wen)度密度(du)對應表(biao)再計算(suàn)出體積(jī)，再通過(guo)體積除(chu)‼️以脈沖(chong)總個數(shù)得到儀(yí)㊙️表系數(shù)。在實驗(yàn)過程中(zhong)，系統計(jì)算機中(zhong)的程序(xù)會記錄(lu)單次實(shí)驗🤟持續(xu)的實驗(yàn)時間、累(lèi)積總脈(mo)沖數、累(lèi)積質量(liang)流量、瞬(shun)時流量(liàng)、流體當(dang)✏️前溫度(dù)下的密(mì)度、流體(ti)溫度等(deng)信息。
3實(shí)驗方案(an)
　　實驗采(cǎi)用口徑(jing)爲DN10的渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qì)，如圖3所(suǒ)示。實驗(yan)中選🈲擇(ze)10℃進行實(shí)驗測試(shì)，對應的(de)流體介(jie)質的粘(zhān)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(háng)，實驗流(liu)量範圍(wéi)爲0.3m3/h到1.5m3/h。

　　實驗(yan)中每個(gè)流量點(dian)均進行(háng)3次測量(liang)，（j=1，2，3），3次測量(liàng)的平均(jun)✏️儀表✂️系(xi)數🤟作爲(wèi)此流量(liang)點的儀(yi)表系數(shù)Ki（i=1，2，3，4，5），各流量(liang)點儀🌐表(biǎo)系數最(zui)小值與(yǔ)最大值(zhi)的平均(jun)值，作爲(wei)傳感器(qì)的🈲儀表(biǎo)系數。
依(yi)照國标(biāo)渦輪流(liú)量計檢(jiǎn)定規程(cheng)，累積流(liú)量的相(xiang)對示💁值(zhí)👉誤差爲(wei)❗：

4實驗數(shù)據和結(jié)果
　　實驗(yàn)測得在(zài)流體介(jie)質的粘(zhan)度爲43.49cSt條(tiáo)件下，DN10口(kǒu)徑的渦(wo)輪流量(liàng)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(shù)拟合軟(ruan)件Originpro2017對所(suo)得數據(ju)進行拟(nǐ)合，Origin爲OriginLab公(gōng)司出品(pǐn)的較流(liú)💋行的專(zhuān)業函數(shu)繪圖軟(ruan)件，是公(gōng)認的簡(jian)單易❤️學(xue)、操作靈(ling)活、功🐕能(néng)強大的(de)軟件，既(ji)可以滿(man)足一般(bān)用戶🌏的(de)制圖需(xu)要，也可(kě)以滿足(zu)高級用(yong)戶數據(jù)分析、函(han)數拟🐉合(he)的需要(yào)。
使用Origin軟(ruan)件中的(de)四次多(duo)項式polynomial拟(nǐ)合公式(shi)，使用最(zui)小二乘(cheng)法，得到(dao)如下函(han)數，其中(zhōng)流速爲(wei)自變量(liàng)X，儀表系(xi)數爲因(yin)變量Y：
Y=1486.9+86.9X+426.49X2-517.4X3+157.9X4
圖(tú)4爲流量(liàng)與儀表(biao)系數的(de)拟合曲(qǔ)線圖。
表(biao)2爲各對(dui)應流量(liang)點的拟(nǐ)合後儀(yi)表系數(shù)的誤差(chà)。
　　如果直(zhi)接采用(yong)各個流(liu)量點的(de)儀表系(xi)數取平(píng)均值得(de)儀表系(xi)💘數爲1610.68，表(biǎo)3爲未采(cai)用拟合(hé)修正公(gōng)式流量(liang)點對應(yīng)儀表系(xì)數誤差(chà)。


　　爲證明(ming)該高粘(zhan)度變流(liu)速自适(shi)應算法(fǎ)及公式(shì)的有效(xiao)性，重新(xīn)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(jīng)度驗❌證(zheng)，得到表(biao)4數據，表(biǎo)5爲各對(dui)應流量(liang)點的拟(nǐ)🍓合後儀(yi)表系數(shu)的誤差(cha)。

　　如果直(zhí)接采用(yong)各個流(liú)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(hé)修正公(gong)式流量(liàng)點對應(yīng)儀表系(xi)數誤差(chà)。

　　實驗結(jie)果表明(míng)，經過這(zhe)種高粘(zhān)度變流(liú)速自适(shì)應算法(fa)修☁️正後(hòu)，儀表系(xì)數精度(du)提高到(dao)0.83%。如果隻(zhī)是簡單(dān)将🐇儀表(biǎo)系數取(qǔ)平均，最(zuì)大誤☀️差(chà)将達到(dào)4.4%。而且從(cóng)修正後(hou)🔞儀表系(xì)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(běn)各個流(liu)量👉點精(jīng)度都有(you)較大的(de)提升。
5結(jie)論
　　對高(gāo)粘度下(xià)渦輪流(liú)量計在(zai)測量變(biàn)流速流(liu)體介質(zhì)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(dù)條件下(xià)，使用DN10渦(wō)輪流🤟量(liàng)傳感器(qi)在0.3m3/h~1.5m3/h流速(sù)範圍内(nei)進行實(shí)驗，并提(ti)出一種(zhong)高💃粘度(du)變流速(sù)自适應(yīng)算🔴法，該(gāi)高粘度(du)👣變流速(su)算法能(neng)夠将儀(yí)表系數(shù)精度由(you)4.4%提‼️高到(dao)0.83%，并對此(ci)進行了(le)驗證，結(jié)果證明(ming)此算法(fa)确實能(néng)夠大幅(fu)提高渦(wō)輪流量(liang)計的測(ce)量精度(dù)。

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