摘(zhāi)要:渦輪(lun)流量計(jì) 是應用(yong)廣泛的(de)流量計(jì)量儀表(biǎo)。它的結(jié)構簡單(dan)、靈敏度(du)💛高♋、壓🌈力(lì)損失小(xiǎo)。特别是(shi)其良好(hǎo)的重複(fu)性、穩定(dìng)性倍受(shòu)用戶的(de)青睐。但(dan)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼是長期(qi)以來，由(yóu)于其非(fei)線性特(tè)性的存(cún)在，使其(qi)㊙️流量測(ce)量範圍(wéi)🔴受到很(hěn)大制約(yuē)。通過對(dui)渦輪流(liu)❗量計輸(shū)出脈沖(chong)信号特(tè)性的研(yan)究和分(fèn)析，提出(chū)了一種(zhǒng)擴大渦(wō)輪流量(liang)計量程(cheng)範圍的(de)方法，這(zhe)種方法(fa)簡單易(yi)行、行之(zhi)有效并(bìng)可應用(yòng)于其他(tā)㊙️脈沖頻(pín)率輸出(chu)⛷️的傳感(gan)器中去(qu)✊。
1渦輪流(liu)量傳感(gan)器的工(gong)作原理(li)
　　渦輪流(liú)量傳感(gan)器結構(gou)如圖1所(suǒ)示，屬于(yú)速度式(shì)流量傳(chuan)🐆感器‼️。渦(wō)輪置于(yu)流體通(tōng)道中，随(suí)着流體(tǐ)的流動(dong)産生旋(xuán)轉，設渦(wō)輪的轉(zhuan)⭐速爲n、流(liu)過渦輪(lun)的流體(ti)速度爲(wei)u,則n與u成(chéng)🔴正比;流(liú)體通道(dao)的流通(tong)截面.積(ji)S是已知(zhi)的常👈數(shù)，所以，流(liú)過渦輪(lún)流量傳(chuán)感器的(de)流體體(ti)積流量(liàng)Q爲🔞:

　　測量流(liu)體速度(du)u通常是(shi)利用電(diàn)磁感應(yīng)原理将(jiāng)與流體(ti)速度成(chéng)正比的(de)渦輪轉(zhuan)速n變成(chéng)脈沖頻(pín)率F:
F=Nxn(2)
　　公式(shi)(2)中，N是渦(wō)輪流量(liang)傳感器(qi)的葉片(pian)數，n是葉(ye)輪的旋(xuan)轉速度(dù)。渦輪流(liu)量傳感(gan)器一旦(dàn)選定，其(qi)葉片數(shù)N即爲常(chang)數，所以(yǐ)信号🛀🏻頻(pín)率F與轉(zhuǎn)速n呈線(xian)性關系(xì);由于葉(ye)輪♉的轉(zhuǎn)速n正比(bi)于流體(ti)的流速(su)u,對🥰于截(jié)面🥵積S恒(héng)定的流(liú)⭕通管路(lù)，由公式(shi)(1)可見，流(liu)體速度(du)u與流量(liàng)Q之間也(ye)呈線🌈性(xìng)關系。所(suǒ)以🏃🏻，電脈(mò)沖信号(hào)頻率F也(ye)就正比(bǐ)于流量(liàng)Q。在♌使用(yòng)渦輪流(liu)👄量傳感(gan)器時，隻(zhi)要測量(liang)出它的(de)輸出電(dian)🛀脈沖信(xìn)号頻率(lü)F，就可以(yǐ)計算出(chu)相應的(de)體積流(liu)量Q。

　　雖然(rán)電脈沖(chong)信号頻(pin)率F與體(ti)積流量(liang)Q是正比(bi)關系，但(dàn)是其🈲比(bǐ)值卻不(bu)是常數(shù)。其原因(yin)是流體(ti)的摩擦(cā)阻力、粘(zhān)滞阻力(li)、磁電轉(zhuǎn)換器的(de)電磁阻(zǔ)力以及(jí)渦輪軸(zhou)與軸承(cheng)之🙇🏻間的(de)機械摩(mo)擦阻力(lì)等㊙️都與(yǔ)流體的(de)流動速(su)度有關(guan)。可以用(yong)來表達(da)各參數(shu)間的關(guan)系。
　　式中(zhōng)，M是渦輪(lún)傳感器(qì)輸出的(de)電脈沖(chòng)數，V是流(liu)過渦輪(lún)傳感器(qì)的流🛀🏻體(ti)體積，即(ji)`K爲通過(guo)單位流(liu)體流量(liang)渦輪流(liu)量傳感(gan)💯器發出(chū)的電脈(mò)💁沖頻率(lü)或單位(wei)體積流(liú)體渦輪(lun)流量傳(chuan)感🐆器發(fā)出的電(diàn)脈沖數(shu)，`K稱爲渦(wō)輪流量(liàng)傳感器(qì)的平均(jun1)儀表系(xi)數。圖2表(biǎo)示了`K與(yu)Q之⭐間的(de)關系。以(yi)往常規(guī)使用方(fang)法是在(zài)渦輪流(liú)量傳感(gǎn)器的測(ce)量範圍(wei)Qmin一Qmax内，測(cè)得🧡各流(liú)量檢定(dìng)點的儀(yí)表系數(shu)Ki并🙇‍♀️将各(ge)💚Kt取平均(jun1)值得到(dao)`K，把`K作爲(wei)該傳感(gǎn)器的平(píng)均儀表(biǎo)系數。進(jìn)🔞行流量(liàng)測量時(shi)，測🙇🏻得渦(wo)輪流量(liang)傳感🔞器(qi)發出的(de)電脈沖(chong)頻率F，即(ji)可由得(dé)到相應(ying)的流量(liàng)Q值，從而(ér)完成流(liú)量測量(liàng)任務。
2渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)的測量(liàng)範圍
　　圖(tú)2顯示測(cè)量出電(diàn)脈沖信(xin)号頻率(lǜ)F用平均(jun1)儀表系(xi)數`K計算(suan)得到的(de)Q值，在Qmin~Qmax範(fan)圍内的(de)最大相(xiang)對誤差(chà)爲:

　　在Q<Qmin或(huo)Q>Qmax，即在測(ce)量範圍(wéi)之外誤(wù)差将超(chāo)過δmax。這就(jiù)是說雖(sui)然渦💰輪(lún)流🌈量傳(chuan)🏒感器具(ju)有很好(hao)的重複(fu)性，但是(shi)由于電(dian)脈沖信(xin)号頻率(lü)F與體積(ji)流量Q之(zhī)間是非(fei)線性的(de)，按照常(chang)規的平(ping)均儀表(biao)系數`K的(de)計算方(fang)法，對于(yu)一定的(de)誤差㊙️限(xian)士A，由于(yu)🛀非線性(xing)誤差的(de)存在使(shi)得渦輪(lún)流量傳(chuán)感💃🏻器的(de)工作範(fàn)圍隻能(néng)限定在(zài)Qmin~Qmax之内。
　　對(dui)于重複(fu)性很好(hao)而線性(xing)度較差(chà)的渦輪(lún)流量傳(chuán)感器，要(yao)擴大❄️其(qí)💔測量範(fàn)圍或減(jian)小測量(liang)誤差，研(yán)究的核(he)心問題(tí)是🈲設計(ji)一種‼️便(bian)捷的使(shǐ)用方法(fa)，按照行(háng)鑒定規(gui)程利用(yong)原有檢(jiǎn)定數🌈據(jù)，使渦輪(lún)流量傳(chuan)感器在(zai)具⚽有很(hen)小重複(fú)性誤差(cha)的流量(liang)範圍内(nèi)，都能🌏得(dé)到很準(zhǔn)💃确測量(liàng)效果。
3渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qì)的常規(gui)使用方(fang)法
　　像其(qi)它 速度(dù)式流量(liang)計 一樣(yang)，渦輪流(liú)量傳感(gan)器出廠(chǎng)時要按(àn)照渦輪(lún)流量傳(chuan)感📐器🥰鑒(jiàn)📱定規🐅程(chéng)(JJG198-94)的規定(ding)進行計(jì)量性能(neng)檢定。傳(chuan)感器的(de)量程比(bǐ)a

　　按照公(gong)式(5)計算(suàn)得到非(fei)線性誤(wù)差δ≤1.0%,對于(yu)量程比(bǐ)a=10的渦🈲輪(lun)流❗量傳(chuan)感器，很(hen)難實現(xiàn)。即采用(yong)平均儀(yí)表系數(shù)`K計算流(liu)量的㊙️計(ji)量精度(dù)☔達到1.0級(ji)水平是(shì)一件很(hěn)難是達(dá)♋到的指(zhi)标;而實(shi)際檢定(dìng)✏️數據顯(xian)示，各流(liú)量檢定(ding)點Qi上的(de)儀表系(xì)數Ki的重(zhong)複性誤(wu)差Eri基本(běn)都能達(da)到0.1%甚至(zhì)0.01%範㊙️圍之(zhi)内。Eri由公(gong)式(6)計算(suàn)得到。


渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)的重複(fú)性誤差(cha)Er=Enmax
　　通常情(qing)況下，渦(wo)輪流量(liàng)傳感器(qì)的量程(chéng)比a=10、非線(xian)性誤💰差(cha)δ≥1.0%而重複(fu)性誤差(chà)Er≤0.01。如果在(zai)使用渦(wo)輪流量(liàng)傳感器(qì)進行流(liú)量測🐉量(liang)時☔不對(dui)儀表系(xi).數取平(píng)均值，即(jí)不用平(píng)均儀表(biao)系數`K而(er)是直接(jiē)使用各(gè)流量檢(jian)定點的(de)檢定儀(yi)表系數(shù)Ki，就有可(kě)能避免(mian)非線❤️性(xing)誤差對(duì)♋流量測(ce)量的影(yǐng)響。渦輪(lún)流量傳(chuán)感器的(de)測量誤(wù)差就有(yǒu)可能從(cóng)💚線性度(du)δ=1.0%變爲重(zhong)㊙️複性Eri=0.01%。即(ji)渦輪流(liu)量傳感(gan)器的制(zhì)造工藝(yì)不變、遵(zūn)循現行(háng)🔱的計量(liang)檢定規(guī)程、使用(yong)現有的(de)檢⭕定數(shu)據，隻是(shì)對檢定(dìng)數據的(de)使用方(fāng)法稍加(jiā)改變就(jiu)有可能(neng)成💃百倍(bei)地提高(gāo)測量精(jīng)度。
　　渦輪(lún)流量傳(chuán)感器輸(shū)出的脈(mò)沖信号(hào)頻率F=Nxn(N是(shì)渦輪葉(ye)💋片數，n是(shì)渦✌️輪😘的(de)旋轉速(sù)度);流過(guo)渦輪流(liú)量傳感(gan)器的被(bèi)測流體(tǐ)體積流(liu)量Q=Sxu(S是流(liu)體的流(liú)通截面(mian)積，u流體(ti)介質的(de)流速);渦(wō)輪流量(liang)

　　輪流量(liang)傳感器(qi)的儀表(biǎo)系數K與(yǔ)Q的關系(xì)近似線(xian)性的單(dan)⭕調♋函數(shu)(見圖2)。因(yin)此，在對(duì)檢定結(jie)果進行(háng)處理時(shi)，直接将(jiāng)各檢定(ding)點的檢(jiǎn)定結果(guǒ)以Fi、Ki的形(xing)式存入(rù)渦輪流(liu)量計的(de)數值運(yùn)👨‍❤️‍👨算部分(fen)，不必對(dui)其儀表(biǎo)系數取(qǔ)平均值(zhí)。在使用(yòng)渦輪流(liú)量💘傳感(gǎn)器進行(háng)流量測(ce)🥵量時，根(gēn)據渦輪(lún)流量傳(chuan)感器的(de)信号頻(pin)率F，即可(kě)在以上(shang)檢定結(jie)果中檢(jiǎn)索各F,值(zhi)，找出滿(man)足F,≤F≤F的Fi、Fi+1(i=1,2,.，.n-1)，n是(shì)該渦輪(lun)流量傳(chuán)🍓感器✔️的(de)流量檢(jiǎn)定點數(shu);若信号(hào)頻率F=Fi或(huò)F=Fi+1，則相應(ying)的Ki或K.i+1即(ji)爲所需(xu)的儀表(biao)系數;若(ruo)信号頻(pin)率Fi<F<Fi+1，即所(suo)測得的(de)信号頻(pin)率不正(zheng)好在檢(jian)測頻率(lü)點上，此(cǐ)時的儀(yi)表系數(shu)K可以用(yong)線性插(chā)值公式(shi)(7)來計算(suàn):

　　這種計(jì)算方法(fǎ)的設計(jì)思路是(shì)在檢定(ding)頻率點(diǎn)上直接(jie)用檢定(dìng)點的檢(jiǎn)定儀表(biǎo)系數，其(qi)誤差就(jiù)是該點(dian)的重複(fu)☀️性誤差(cha)δg;在檢定(dìng)🔞頻率點(diǎn)之間就(jiu)采用相(xiàng)鄰兩個(gè)💛檢定點(diǎn)的檢定(dìng)儀表系(xi)數K、Ki+1的線(xiàn)性差值(zhí)得到該(gāi)點的儀(yí)表系數(shu)K，由此帶(dai)來的最(zuì)大測量(liàng)誤差的(de)極限值(zhí)爲K、Ki+1之間(jiān)的非線(xian)性誤差(chà)δ?max。因爲各(gè)計量檢(jian)定✌️點是(shi)按照鑒(jian)定規程(cheng)(JJG198-94)确定💃🏻的(de)，所以各(gè)檢定點(dian)的非線(xiàn)性誤差(cha)δ?max與全量(liang)程非線(xiàn)性誤差(cha)δ之間應(ying)滿足δ?max=δ/n.也(yě)就是說(shuō)使用這(zhe)種計算(suan)方法得(dé)到的測(ce)✊量結果(guo)其誤差(cha)值✉️隻♊有(you)采用平(píng)均儀表(biao)系數時(shi)1/n由于渦(wō)輪流量(liàng)傳感器(qi)的儀表(biao)系數K與(yǔ)流量Q之(zhi)間當Q≥Q。時(shí)基本呈(chéng)❌線性關(guan)系，所以(yi)用線性(xing)插值法(fa)得到的(de)實際的(de)測量誤(wu)差8'更接(jiē)近重複(fu)性誤差(chà)😍ER而遠小(xiao)于非線(xian)性誤差(chà)δ?max，即δ'≈En<ER<δ?max。
　　這種(zhong)計算方(fang)法與平(píng)均儀表(biao)系數方(fāng)法的區(qu)别在于(yu)渦輪流(liú)量計的(de)數據存(cun)儲區中(zhōng)存放的(de)是n組實(shí)際檢定(ding)結果而(ér)不是🏃一(yī)個❓平均(jun1)📧儀表系(xi)數`K;使用(yong)流量計(jì)進行流(liú)量測量(liàng)時，根據(jù)測💔得的(de)頻率值(zhi)F找到與(yǔ)之相鄰(lín)的一對(duì)檢定頻(pin)率點(Fi,Fi+1)及(jí)對應的(de)一對檢(jiǎn)定儀表(biao)系數(Ki，Ki+1),不(bú)是簡單(dān)地用測(cè)得的頻(pin)率值F除(chu)以平均(jun)儀表系(xì)數`K就得(de)到了當(dāng)前流量(liàng)值;根據(ju)(Fi,Fi+1).(Ki，Ki+1)，先📱用公(gong)式(7)計算(suàn)出對應(yīng)信号頻(pin)率F的儀(yí)表系數(shu)K,然後用(yòng)該頻率(lǜ)值F除以(yi)計算得(de)到的儀(yí)表系數(shu)K得到當(dang)前流量(liang)Q。這種⁉️方(fang)🔱法可稱(cheng)之爲“檢(jiǎn)定系🚩數(shu)折線法(fǎ)"。這種使(shǐ)用方法(fa)看似比(bǐ)用平均(jun1)♈儀表系(xì)數繁瑣(suo)，但在目(mù)前廣泛(fàn)采用的(de)微🐪機化(hua)儀表中(zhōng)非常容(rong)易實現(xian);采用此(ci)法在可(ke)編程控(kong)制器(PLC)以(yi)及計算(suan)機檢測(cè)、控制系(xì)統中進(jin)行🐇流👄量(liàng)測量，可(ke)以在确(que)✉️定的量(liàng)程範圍(wei)内提高(gāo)渦輪流(liu)量傳感(gan)器的測(cè)量精度(dù)或者在(zài)确保精(jing)确測量(liang)的前提(tí)下擴大(da)測量範(fàn)圍🏃‍♀️。
4實驗(yàn)數據分(fèn)析
　　被檢(jian)儀表:公(gōng)稱通徑(jing)分别爲(wèi)10mm和15mm的渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)各一🐅台(tai);檢定裝(zhuāng)置:靜态(tai)稱重法(fa)标準水(shui)流量檢(jiǎn)定裝置(zhì)，系統精(jīng)度+0.2%。分别(bie)采用常(chang)規的平(píng)均儀表(biǎo)系數法(fa)和檢定(ding)系數折(shé)線法進(jin)行标.定(ding)，并與作(zuò)爲标準(zhun)的靜态(tài)稱重法(fǎ)的檢定(dìng)結果進(jìn)行比對(dui)，結果見(jiàn)表1.表2。

　　從(cong)表1可見(jian)，在相同(tóng)的量程(cheng)範圍(0.32m3/h~1.10m3/h)内(nèi)，使用常(chang)規平均(jun1)儀表系(xi)數法的(de)最大非(fēi)線性誤(wu)差爲0.2493%，而(ér)使用檢(jian)定系數(shù)折線法(fǎ)的🔞最大(da)誤差🏃‍♂️隻(zhī)有0.0569%，誤差(cha)堿少了(le)4倍多;表(biǎo)2顯示，使(shi)用常規(guī)平均儀(yi)表系數(shù)法的最(zui)大非線(xian)性誤差(chà)爲0.7646%，在相(xiang)同的量(liang)程範圍(wéi)(0.5m3/h~5.0m'/h)内，檢定(dìng)系🧡數折(shé)線法🚩的(de)最大誤(wu)👣差隻有(you)0.1566%，減少了(le)近5倍。顯(xiǎn)然，在同(tong)樣的測(ce)量精度(dù)水平(如(rú)對10mm渦輪(lun)取0.2級、對(dui)15mm渦輪取(qu)0.5級)下，采(cǎi)用檢定(dìng)系數修(xiū)正法渦(wo)輪流量(liàng)傳感器(qi)的測量(liang)範圍比(bǐ)使用常(chang)規的平(ping)均儀表(biǎo)系數法(fǎ)有了明(míng)顯的擴(kuò)大。

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