摘要:根據(jù)渦輪流量傳(chuán)感器f-v.非線性(xìng)曲線特點,采(cǎi)用分段線性(xìng)✊化🈚的方法,處(chù)理渦輪流量(liang)傳感器ƒ-Qv拟合(hé)曲⭐線,預期達(da)到如下目的(de):①提高渦輪流(liu)量傳感器測(cè)量精度。②擴展(zhan)渦輪流量傳(chuán)感器在相同(tong)精度下的使(shi)用範圍,減少(shao)因校驗不合(he)格,使渦輪流(liú)量傳感器報(bào)廢而造成的(de)浪費。③這種分(fen)段✉️線性化處(chù)理方法,可以(yi)推⭐廣到其它(tā)領🔱域的各種(zhǒng)非線性傳感(gǎn)器線性化處(chù)理過程,擴展(zhan)㊙️其測量範圍(wei),提高其測量(liàng)精度。
0引言
　　按(an)JJG1037-2008(渦輪流量計(jì) 檢定規程》要(yào)求,線性誤差(cha)是渦輪流量(liang)傳感器基本(běn)誤差的重💋要(yào)組成部分，從(cóng)實際出發,在(zai)重複性滿足(zu)的情🏃🏻‍♂️況下，渦(wō)輪🙇‍♀️流量傳感(gǎn)器的線性使(shi)用範圍大大(dà)✉️縮小了,這樣(yàng)将減少渦輪(lún)流量傳感器(qi)🤞的使用價值(zhi)。
　　爲此,校準渦(wo)輪流量傳感(gan)器過程中,在(zài)重複性滿足(zú)其誤差☀️五分(fen)之-的情況下(xià),采用分段線(xiàn)性化的處理(lǐ)方法,不但可(ke)以增加渦輪(lún)流量傳感器(qì)的測量範圍(wei)✊和測量精度(du),還可以增加(jiā)渦輪流量傳(chuán)感器使用價(jia)值,對企業來(lái)說減少因渦(wo)輪流量計檢(jiǎn)定不合格引(yǐn)起的資源浪(lang)費。
1傳感器的(de)線性特性與(yu)分段線性化(hua)
1.1渦輪流量傳(chuán)感器的線性(xìng)特性
　　K-Qv特性曲(qu)線說明f-Qv特性(xìng)曲線全量程(cheng)存在非線性(xing),特别是📐高粘(zhan)度介☎️質，且有(you)一定規律,如(ru)圖所示1。
 
　　根據(jù)理論分析,渦(wō)輪流量傳感(gǎn)器K-Qv理想特性(xìng)曲線是平行(hang)于🛀Qv軸♻️的直線(xian),但由于流體(tǐ)粘力特性的(de)影響和葉輪(lún)上所受阻力(li)矩作用的結(jié)果,實際的特(te)性曲線具有(yǒu)高峰特征,高(gao)峰出現在傳(chuan)感器上限流(liu)量的20%~30%處🧑🏽‍🤝‍🧑🏻,産生(shēng)高峰特征的(de)原⚽因是:當流(liu)量減小到某(mou)一數值(通常(cháng)爲20%~30%上限流量(liang))時,作用于渦(wo)輪上的旋轉(zhuan)力矩和🔞粘滞(zhi)阻力矩都相(xiàng)應地減小。但(dan)💁粘滞阻力矩(ju)減小更顯著(zhe),所以渦輪的(de)轉速反而提(ti)高,特性曲線(xian)出現高💃峰✨,随(sui)着流量的進(jin)一🏃🏻步減小,這(zhe)樣使作用在(zài)渦輪.上的所(suo)有阻力矩的(de)影響相對突(tū)出,渦輪轉速(sù)降㊙️得快❓,特性(xing)曲線明顯下(xià)降,相反，當流(liu)量增大到超(chāo)過某--值🐇時,作(zuo)用在渦輪上(shàng)的旋轉🚶‍♀️力矩(ju)增大，當與阻(zǔ)力矩達到平(píng)衡時,特性曲(qu)線就顯得較(jiào)平直。
　　爲了獲(huò)得高測量精(jīng)度，渦輪流量(liang)傳感器的使(shi)用範‼️圍應選(xuan)在特性曲線(xiàn)的線性段。
　　另(lìng)外,被測流體(ti)物理特性對(dui)渦輪流量傳(chuan)感器線性有(yǒu)影響💜，其中流(liu)體粘度影響(xiǎng)最大,這一點(diǎn)必須清楚,由(yóu)于流體皆具(jù)有粘♌性,使得(dé)流體對渦輪(lun)産生粘滞阻(zǔ)力距,被測流(liú)體的變🔞化,對(duì)流量計特🌂性(xing)的影響較🔴大(da),定性的分析(xī),随着☎️流體粘(zhan)度的增大,對(duì)于任意口徑(jing)的傳感器來(lái)說，它的線性(xing)範圍縮小，對(duì)一-定口徑的(de)傳感器而言(yán),粘度變化對(dui)線性特性曲(qǔ)線的下限🔞流(liu)量處影響最(zui)大,随着流量(liang)的增大影響(xiang)反而減小。對(duì)不同口徑的(de)傳感🌏器來說(shuo),口徑越大👅,粘(zhan)💃度變化對線(xian)性特性✌️的影(yǐng)響越小👈,口徑(jìng)越小，影響越(yue)大,如圖2所示(shì)。
 
　　由此可以看(kan)出,不管什麽(me)樣的流體介(jie)質,粘度對傳(chuan)♌感器測量的(de)線性特性都(dōu)有影響,因此(cǐ),在全量程範(fan)圍内,按照JJG1037-2008要(yào)求,數字💋式流(liu)⛱️量二次儀表(biao)隻能利用儀(yí)⛱️表系數K的線(xiàn)性段30%Qmax.以上,對(dui)于30%Qmax.以下重複(fu)🚶性好的非線(xian)性段,無法使(shǐ)用,大大縮了(le)渦輪流量計(jì)的使用範圍(wei)🔆,造成資源的(de)浪費。
　　爲了擴(kuo)展渦輪流量(liàng)計的使用範(fàn)圍,可以像圖(tú)3那樣，将渦輪(lun)流量🧑🏾‍🤝‍🧑🏼計流量(liàng)測量範圍分(fen)段線性化處(chu)理(前提是:渦(wō)輪流量傳感(gan)器标定時,重(zhong)複性滿足使(shi)用精度的五(wǔ)分之--)，依據渦(wo)輪流量計K-Qv理(li)論特✏️性曲線(xian)規律，劃分成(cheng)3段以上，采用(yong)10分段或20分段(duàn)的智能🤩流量(liàng)=_次儀表，進行(hang)ƒ-Qv變換,即可達(da)到全🧡量程滿(man)足使用精度(du)的目😄的,使用(yòng)這種分♻️段線(xiàn)性化處理渦(wō)輪流量計方(fāng)法,可以擴展(zhǎn)渦輪流量計(ji)的測量範圍(wéi),減少渦輪流(liú)量計報廢,節(jie)約工廠資源(yuán)🈚。.
 
1.2非線性處理(li)方法:分段線(xiàn)性化
　　在實際(ji)測量數據處(chù)理過程中,最(zuì)小二乘法是(shì)線性化數據(jù)處理❓的基石(shi)，在非線性化(hua)傳感器輸出(chu)過程中,分段(duan)線✍️性化🌈處理(lǐ)對傳感器全(quán)量程輸出精(jing)度提🌈高有特(te)殊貢獻。
　　實際(ji)上，在渦輪流(liu)量校準過程(chéng)中,流體經過(guò)渦輪流量傳(chuán)感器将非電(dian)量信号流速(su)(V)轉換成電量(liàng)信号一ƒ(Hz)。我們(men)依據實際流(liu)量✔️Qv(l/min)經流量傳(chuan)感器變換成(chéng)電量信㊙️号頻(pin)率ƒ(Hz)的對應關(guān)系,即ƒ-Qv函數關(guān)系,進行-元線(xian)性回歸分析(xi),拟合♍出渦輪(lun)流量傳感器(qi)✌️ƒ-Qv特性曲線,發(fa)現渦輪流量(liang)傳感器🚶ƒ-Qv曲線(xian)與渦輪流量(liàng)傳感器🔴K-Qv特性(xìng)曲線反☀️映規(gui)律特性一☂️緻(zhi)，如圖1和圖4對(duì)應關系，它具(jù)有非線性特(te)點,且在流量(liang)30%Qmax以上具有線(xian)性特點，因此(cǐ)我們可以采(cai)用全量程分(fèn)段線性化處(chù)理的方法,每(mei)一段采用最(zuì)小二👌乘法處(chu)理ƒ和👅Qv數據,拟(ni)合出ƒ-Qv拟合曲(qu)線,如圖4所示(shi)。渦輪流量計(ji)分段線🤩性化(huà)處理流程圖(tu)見圖5。
 
2渦輪流量(liàng)計分段線性(xìng)化處理結果(guǒ)評估
　　從理論(lùn)上講,分段線(xiàn)性化可适用(yong)于所有非線(xian)性傳感器線(xiàn)性化處理,這(zhè)種結果風險(xiǎn)的關鍵在于(yú):①渦輪流量傳(chuan)感器全量程(chéng)标定🈚,尋找ƒ-Qv實(shi)測曲線真實(shi)拐點🤟帶來的(de)風險。②渦輪流(liú)量傳感器下(xià)限流量複現(xian)性帶來的風(fēng)險。隻要把握(wò)住這兩點,基(jī)本可控制渦(wō)輪流量計分(fen)段線性化處(chù)理結果的正(zheng)确性📧。
　　下面是(shi)一組實驗數(shù)據:2025年12月16日用(yong)現場流量校(xiao)準裝置(YIJZ-01)對渦(wo)♍輪流量傳感(gǎn)器LWGY-4(編号090402)進行(hang)校準。用15号紅(hong)油，在32℃條件下(xia),先标定，後校(xiao)驗測量結果(guo)。現場标定與(yu)驗證🏃‍♀️數據處(chu)理結果分别(bié)見⭕表1、表2。标定(dìng)與驗證曲線(xiàn)見圖6、圖7。表1數(shu)據表明:該渦(wo)輪流量計重(zhong)複性最🧑🏾‍🤝‍🧑🏼大值(zhi)爲0.151%;表❤️2結果表(biǎo)明:該渦輪流(liú)量計重複性(xìng)爲0,最大示值(zhí)誤差🚶爲-1.0%。
 
 
以上(shàng)标定數據和(hé)驗證數據及(ji)圖6、圖7說明:
①按(àn)JJC1037-2008要求,滿足1%誤(wu)差要求，此渦(wō)輪流量計隻(zhī)能用4.15843~5.69897(L/min)流量線(xiàn)🐆性段🔞(線性⛹🏻‍♀️度(du):0.83%,基本誤差:0.84%)。
②按(àn)分段線性化(huà)處理,在滿足(zu)1%誤差要求，可(ke)将渦輪流量(liàng)計量程擴展(zhan)到0.29588~5.13462L/min量程。
3總結(jie)
　　理論分析和(hé)實際測量數(shù)據說明:分段(duan)線性化處理(lǐ)方法,在滿足(zu)其精度要求(qiú)的前提下,完(wan)全可以擴展(zhǎn)渦輪流量計(jì)的測量🌈範圍(wei)，并且分段線(xiàn)性化處理方(fang)法可以适用(yòng)于所有傳💋感(gan)器非線性段(duan)線性化處理(lǐ)。

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