[摘要(yào)]渦輪流量(liàng)計 應用十(shi)分廣泛，但(dàn)是當被測(cè)介質運動(dong)粘度較高(gao)時，渦輪流(liu)量🔴傳感器(qi)儀表系數(shù)随着流速(su)的增加而(er)變化，波動(dòng)較大，其變(biàn)化規律💃🏻呈(cheng)現非線性(xing)。口徑爲DN10的(de)渦輪流量(liang)計在流體(tǐ)介質粘度(du)爲43.49cSt條件下(xia)其儀表系(xi)數随流速(sù)變✔️化的規(gui)律，通過在(zài)可變粘度(dù)标準裝置(zhì)進行的實(shi)驗，得到實(shí)驗數據，拟(ni)合出了高(gao)粘度渦輪(lun)流量計流(liú)速修正算(suan)法，運用該(gāi)算法，可以(yi)将渦輪流(liú)量計的儀(yi)表系數精(jing)度由4.4%提高(gāo)到0.83%，并對此(ci)算法了進(jin)行實☂️驗驗(yàn)證，證明了(le)該⛹🏻‍♀️算法的(de)有效性。
引(yǐn)言
　　渦輪流(liu)量計在流(liu)量測量領(ling)域有着非(fēi)常廣泛的(de)應💃用，可以(yi)用🌈于工業(ye)油品測量(liàng)，民用自來(lai)水測量以(yi)及科學計(ji)量[1]。渦輪流(liu)量傳感器(qi)屬于速度(dù)式流量計(jì)，它的工作(zuò)原理是利(li)用流體流(liú)動時産生(sheng)的推力使(shǐ)渦輪流量(liang)計渦輪葉(yè)片🈲轉動，渦(wo)輪穩定轉(zhuǎn)速後，流體(ti)流♉過的體(ti)積流量和(hé)渦輪的轉(zhuan)速成正比(bi)，以此來計(jì)算🈲被測流(liú)體的體積(jī)流量[2]。一般(ban)的，把渦輪(lun)流量計👄單(dan)位時間内(nei)輸出的脈(mo)沖個數與(yǔ)實際流🌈過(guò)流量的比(bi)值稱爲渦(wō)輪流量計(ji)的💜儀表系(xi)數。渦輪流(liu)🆚量傳感器(qi)需要在投(tou)入使用前(qian)，在标準計(ji)量裝置上(shang)進行标定(ding)，即通過實(shí)驗計算出(chū)該渦輪流(liú)量傳感器(qì)的儀表系(xì)數🥰。由此可(ke)見，渦輪流(liu)量傳感器(qì)的儀表系(xì)數精度直(zhi)接影響着(zhe)最終流量(liang)數據測算(suàn)的精度。
　　但(dan)是，經過國(guo)内外科研(yan)人員的大(da)量實驗證(zheng)明，被測流(liu)體介質🛀🏻的(de)粘度對渦(wo)輪流量計(ji)測量時的(de)儀表系數(shu)有着很大(da)的影響，當(dang)被測介質(zhì)爲水或者(zhě)低粘度介(jiè)質且流量(liang)高于0.5L/s時，渦(wō)輪流量🆚計(jì)儀表系數(shu)基本保持(chí)恒定，但當(dāng)被測介質(zhi)粘度升高(gāo)，儀表系☀️數(shù)會一直随(sui)着粘度的(de)增加而增(zeng)加，尤其是(shi)當介質粘(zhan)度高于🧑🏽‍🤝‍🧑🏻50cSt時(shi)，其線性範(fàn)圍完全消(xiāo)失。在實際(ji)的流量測(ce)量過程當(dāng)中，測量高(gao)粘度油品(pin)介質時，很(hen)難保證介(jiè)質流速恒(héng)定，一旦出(chū)現流量📧波(bō)動，渦輪流(liú)量計就會(huì)産生較大(da)誤差。所🈚以(yi)，對渦輪流(liú)量計在✊高(gāo)粘度介質(zhi)測量時不(bu)同流速下(xià)的儀表系(xi)數🏃🏻‍♂️進行分(fen)析有非常(cháng)重要的意(yi)義。
1實驗裝(zhuāng)置
　　渦輪流(liú)量計在高(gao)粘度介質(zhi)測量時不(bú)同流速下(xia)儀表系數(shu)☎️的變化規(gui)律，使用中(zhong)航工業4113計(jì)量站可變(bian)粘度标準(zhǔn)裝置，該裝(zhuāng)置被測流(liú)體介質爲(wei)4050航空潤滑(huá)油，其有着(zhe)很好的✨高(gāo)低溫💔性能(neng)，正常使用(yong)溫度範圍(wéi)爲-40℃～200℃，短期可(ke)達220℃。管道内(nèi)潤滑油的(de)流🐆量大小(xiǎo)由變頻油(yóu)泵控制，變(bian)頻輸👨‍❤️‍👨出電(diàn)壓爲380～650V，輸☎️出(chū)功率爲0.75～400kW，工(gong)🍉作頻率爲(wei)0～400Hz，它的主電(dian)路采用交(jiao)-直-交電路(lu)。在油箱儲(chǔ)罐中内置(zhì)加熱系統(tǒng)，可以對航(hang)空潤滑油(yóu)進行加熱(re)，以此來改(gǎi)變被測介(jie)質的粘度(du)。對溫度的(de)控制使用(yong)可編程邏(luó)輯控制器(qi)，内置PID算法(fa)，由油箱中(zhōng)的溫度傳(chuan)感器、油🙇‍♀️箱(xiāng)中👨‍❤️‍👨的加熱(rè)器以及控(kòng)制器構☀️成(cheng)閉合溫度(dù)控制回路(lu)，保♻️證油品(pin)介質在管(guǎn)道内高速(sù)循環流動(dong)的同時溫(wēn)度🤞誤差不(bu)超過±1℃。該裝(zhuang)置可測✍️流(liu)量🍉範圍是(shì)0.5m3/h~70m3/h，可變溫度(dù)範圍是-30℃~155℃，油(you)溫控制的(de)精度爲±5%，标(biao)準秤的測(ce)量💋精度爲(wei)0.02%，裝置不确(que)定度爲🐕0.05%。裝(zhuang)置結構原(yuan)理圖如圖(tu)1所示。

2實驗(yan)原理
　　該裝(zhuāng)置的測量(liàng)原理是靜(jing)态稱重法(fa)，即在固定(ding)的時間内(nèi)🤩，使用電腦(nao)采集渦輪(lun)流量計輸(shū)出脈沖個(gè)數，同時将(jiang)流過的流(liu)✍️體全部引(yin)入到标準(zhun)秤中稱重(zhòng)，除以對應(yīng)密度來計(jì)🧡算流過的(de)真實體積(ji)流量，最終(zhong)再用🌍累積(ji)體積流量(liàng)除以總脈(mo)沖個數計(ji)算出渦輪(lun)流量🌍計的(de)儀表系數(shu)。
　　實驗開始(shi)前首先開(kai)啓油泵，使(shǐ)潤滑油在(zài)管道内勻(yún)速循環流(liú)動，根據已(yi)知的介質(zhi)粘度與溫(wēn)度的對應(yīng)關系表，選(xuan)擇要測試(shì)的介質粘(zhān)度所對應(yīng)的溫度，然(ran)後開始對(duì)介質加熱(rè)，使裝置内(nei)的介質達(dá)到設定的(de)溫度及其(qi)🔞對應的粘(zhān)度。實驗開(kai)始後，實驗(yàn)員在上位(wei)機電腦上(shang)點擊實驗(yàn)開始，換向(xiang)閥立即動(dòng)作，流過渦(wō)輪流量計(jì)的流體會(huì)全部引入(ru)到标準秤(cheng)中，與❌此同(tong)時電腦開(kai)始計時并(bìng)采集😘渦輪(lún)流量傳感(gǎn)器的輸出(chu)脈沖數，經(jīng)過一分鍾(zhōng)後停止，标(biāo)準秤會自(zì)動上傳流(liu)體累積質(zhi)🙇‍♀️量至上位(wèi)機，上位機(ji)通過該介(jie)質溫度密(mi)度對應表(biao)再計算出(chū)體積👣，再通(tong)過體積除(chu)以脈沖總(zǒng)個數得到(dao)儀表系數(shù)。在實驗過(guò)程中，系統(tǒng)計算機中(zhōng)的程💔序會(huì)記錄單次(cì)實驗持續(xu)的📞實驗時(shí)間、累積總(zong)脈沖數、累(lei)積質量流(liu)量、瞬時流(liu)量、流體當(dang)前溫度下(xià)的密度、流(liu)體溫度等(děng)信息。
3實驗(yan)方案
　　實驗(yan)采用口徑(jìng)爲DN10的渦輪(lún)流量傳感(gan)器，如圖3所(suǒ)示。實驗中(zhōng)選🍉擇🥰10℃進行(hang)實驗測試(shì)，對應的流(liu)體介質的(de)粘度爲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7個(gè)✔️流量點進(jin)行，實驗流(liú)量範圍爲(wèi)0.3m3/h到1.5m3/h。

　　實驗中每(měi)個流量點(dian)均進行3次(cì)測量，（j=1，2，3），3次測(ce)量的平均(jun1)儀💯表💋系數(shu)作爲此流(liú)量點的儀(yí)表系數Ki（i=1，2，3，4，5），各(gè)流量點儀(yi)表系✔️數最(zuì)⛱️小值與最(zuì)大值的平(ping)均值，作爲(wèi)傳感器的(de)☂️儀表系數(shù)。
依照國标(biao)渦輪流量(liàng)計檢定規(gui)程，累積流(liu)量的相對(dui)示🤩值誤差(cha)爲：

4實驗數(shu)據和結果(guo)
　　實驗測得(de)在流體介(jiè)質的粘度(dù)爲43.49cSt條件下(xià)，DN10口徑的渦(wo)輪🌏流量傳(chuan)感器在各(gè)個實驗流(liu)量點的儀(yi)表系數Ki如(rú)😘表1所示。

　　使(shǐ)用函數拟(nǐ)合軟件Originpro2017對(dui)所得數據(jù)進行拟合(hé)，Origin爲OriginLab公司出(chū)品的較流(liu)行的專業(yè)函數繪圖(tu)軟件，是公(gōng)認的簡單(dan)易學、操作(zuò)靈🌈活、功🏃能(néng)強大的軟(ruan)件，既可以(yǐ)滿足一般(ban)用戶🛀🏻的制(zhì)圖🈲需要，也(yě)可以滿足(zú)高級用戶(hu)數據分析(xī)、函數拟㊙️合(hé)的需要。
使(shi)用Origin軟件中(zhong)的四次多(duō)項式polynomial拟合(he)公式，使用(yong)最小二乘(cheng)法，得到如(rú)下函數，其(qi)中流速爲(wei)自變量X，儀(yi)表系數爲(wei)因變量🧑🏾‍🤝‍🧑🏼Y：
Y=1486.9+86.9X+426.49X2-517.4X3+157.9X4
圖(tú)4爲流量與(yu)儀表系數(shù)的拟合曲(qǔ)線圖。
表2爲(wèi)各對應流(liu)量點的拟(nǐ)合後儀表(biǎo)系數的誤(wù)差。
　　如果直(zhí)接采用各(gè)個流量點(dian)的儀表系(xì)數取平均(jun1)值得儀🚶表(biao)系數爲1610.68，表(biao)3爲未采用(yong)拟合修正(zhèng)公式流量(liang)點㊙️對應儀(yí)表系數誤(wù)差。


　　爲證明(míng)該高粘度(du)變流速自(zì)适應算法(fǎ)及公式的(de)有💋效性🌈，重(zhong)新選取四(si)個流量點(dian)：0.4m3/h、0.6m3/h、0.8m3/h、1.0m3/h對該公式(shi)以及算法(fa)進行精度(du)驗證，得到(dào)表4數據‼️，表(biǎo)5爲各對應(yīng)流量點的(de)拟合後儀(yi)💰表系數的(de)誤差。

　　如果(guo)直接采用(yong)各個流量(liàng)點的儀表(biǎo)系數取平(ping)均值得儀(yi)表系數爲(wei)1610.68，表6爲未采(cai)用拟合修(xiu)正公式流(liú)量點對應(ying)儀表系數(shù)誤差。

　　實驗(yan)結果表明(míng)，經過這種(zhǒng)高粘度變(biàn)流速自适(shi)應算㊙️法修(xiū)正後，儀表(biǎo)系數精度(dù)提高到0.83%。如(rú)果隻是簡(jian)單将儀表(biǎo)系數取平(píng)均，最大誤(wu)差将達到(dào)4.4%。而且從修(xiū)正後儀表(biǎo)系數誤差(cha)值與未經(jing)過修✉️正儀(yi)表系數誤(wu)差值相比(bi)，基本各個(ge)流量🈚點精(jing)度都有較(jiao)大的提升(sheng)。
5結論
　　對高(gao)粘度下渦(wo)輪流量計(ji)在測量變(bian)流速流體(tǐ)介質時的(de)儀表系數(shù)變化規律(lü)進行了研(yán)究，在43.49cSt粘度(du)條件🤞下，使(shi)用DN10渦輪流(liu)✨量傳感器(qi)在0.3m3/h~1.5m3/h流速範(fan)圍内進行(háng)實驗，并提(tí)出一種高(gāo)粘度變流(liu)速自☂️适應(ying)算法，該高(gāo)粘度變流(liu)速算🌈法能(néng)夠将❗儀表(biao)系數精度(du)由4.4%提高到(dao)0.83%，并對🍓此進(jìn)行了驗證(zheng)，結果證明(míng)此算法确(que)實能夠大(da)幅提高渦(wo)輪流量計(jì)的測量精(jīng)度。

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