摘要:根據(jù)渦輪流量傳(chuan)感器f-v.非線性(xing)曲線特點,采(cǎi)用分段線性(xìng)化的方法,處(chu)理渦輪流量(liàng)傳感器ƒ-Qv拟合(he)曲線,預期達(da)到如下目♊的(de):①提🔞高渦輪流(liú)量傳感器測(ce)量精度。②擴展(zhan)渦輪流量傳(chuan)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(bao)廢而造成的(de)浪費。③這種分(fèn)段線性化處(chu)理方法,可以(yǐ)推廣到其它(tā)領域的各種(zhong)非線性傳感(gǎn)器線性化處(chu)理過程,擴展(zhan)其測量🌈範圍(wei),提高其測量(liang)精度。
0引言
按(àn)JJG1037-2008(渦輪流量計(ji)
檢定規程》要(yao)求,線性誤差(cha)是渦輪流量(liang)傳感器基本(ben)誤差的重要(yào)組成部分，從(cong)實際出發,在(zai)重複性滿足(zu)的情況下，渦(wo)輪流量傳感(gan)🤩器的線性使(shi)用範圍大大(da)縮小了,這樣(yang)将減少渦輪(lún)流量💔傳感器(qi)的使用價值(zhi)。
爲此,校準渦(wō)輪流量傳感(gan)器過程中,在(zài)重複性滿足(zu)☔其誤差五分(fèn)之-的情況下(xià),采用分段線(xian)性化的處理(li)方法☔,不但🌈可(kě)以📱增加🆚渦輪(lun)流量傳感器(qi)的測量範圍(wéi)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(lai)說減少因渦(wō)輪流☁️量計檢(jian)定不合格引(yǐn)起的資源浪(lang)費。
1傳感器的(de)線性特性與(yǔ)分段線性化(huà)
1.1渦輪流量傳(chuan)感器的線性(xing)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(xìng),特别💔是高粘(zhān)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(gan)器K-Qv理想特性(xing)曲線是💁平行(háng)于♋Qv軸的直線(xiàn),但由于流體(tǐ)粘力特性的(de)影響和葉輪(lun)上所㊙️受阻🚩力(lì)矩作用🏒的結(jie)果,實際的特(te)性曲線具有(you)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(liú)量減小到㊙️某(mǒu)一數值📞(通常(cháng)爲20%~30%上限流量(liàng))時,作用于渦(wō)輪上的旋轉(zhuan)力矩和粘滞(zhì)阻力矩都相(xiàng)應地減小。但(dan)粘滞阻力矩(jǔ)減小更顯著(zhe),所以渦輪的(de)🈲轉速反而提(tí)高,特性曲線(xian)出現高峰,随(sui)着流量的進(jin)一🚶步減小,這(zhè)樣使作用在(zai)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(chao)過某--值時,作(zuò)用在渦🧑🏽🤝🧑🏻輪上(shang)的旋轉力矩(ju)增大，當與阻(zǔ)力矩達到平(ping)衡時,特性曲(qǔ)線就顯得較(jiao)平直。
爲了獲(huò)得高測量精(jīng)度，渦輪流量(liàng)傳感器的使(shi)用範圍應🐇選(xuan)在特🏃🏻性曲線(xian)的線性段。
另(ling)外,被測流體(ti)物理特性對(duì)渦輪流量傳(chuán)感器線性⛷️有(you)影響，其中流(liu)體粘度影響(xiang)最大,這一點(dian)必須清楚♈,由(you)于流體皆具(jù)有粘性,使得(de)流體對渦輪(lún)産生粘滞阻(zu)力距,被測流(liu)體的變化,對(duì)流量計特性(xing)的影響較大(da),定性的分析(xi),随着流體粘(zhan)度的增大,對(dui)于任意口♈徑(jìng)的傳感器來(lai)說，它的線性(xìng)範圍縮小，對(duì)一-定口徑的(de)傳感器而言(yan),粘度變化對(dui)線性特性曲(qu)線的下限流(liú)量處影響最(zui)大,随着流量(liang)的增大影響(xiang)反而減小。對(dui)不同口徑的(de)傳感♻️器來說(shuo),口徑越大,粘(zhan)度變化對線(xiàn)性特性😄的影(yǐng)響越小,口徑(jing)越小，影響越(yue)大,如圖2所示(shi)。
由此可以看(kàn)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(dou)有影響,因此(cǐ),在全量程範(fan)圍内,按照JJG1037-2008要(yao)求,數字式流(liu)量二次儀表(biao)隻能利用儀(yi)表系數K的線(xian)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(shi)用,大大縮了(le)渦輪⛱️流量計(ji)的使用範圍(wéi)💜,造成資源的(de)浪費。
爲了擴(kuò)展渦輪流量(liang)計的使用範(fàn)圍,可以像圖(tu)3那樣，将渦輪(lún)流量計流量(liàng)測量範圍分(fèn)段線性化處(chù)理(前🚩提是🐅:渦(wō)輪流量傳感(gan)器标定時,重(zhòng)複性滿足使(shǐ)用精度的五(wu)分之--)，依據渦(wō)輪流量計K-Qv理(lǐ)論特🌐性曲線(xian)規律，劃分成(chéng)3段以上，采用(yong)10分段或20分段(duan)的智能🧑🏽🤝🧑🏻流量(liang)=_次儀🍓表，進行(hang)ƒ-Qv變換,即可達(dá)到全量程滿(man)足使用精度(du)的目的,使用(yong)這種分段線(xian)性化處理渦(wo)輪流量計方(fang)法,可以擴展(zhǎn)渦輪流量計(ji)的測量範圍(wei),減少渦輪流(liu)量計報廢,節(jie)約工廠資源(yuán)。.
1.2非線性處理(lǐ)方法:分段線(xian)性化
在實際(jì)測量數據處(chu)理過程中,最(zui)小二乘法是(shi)線性化數據(jù)處理的基石(shí)，在非線性化(hua)傳感器輸出(chu)過程⭐中,分段(duàn)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(cheng)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(pín)率ƒ(Hz)的對應關(guan)系,即ƒ-Qv函數關(guan)系,進行-元線(xian)性回歸分析(xi),拟合出渦輪(lún)流量傳感器(qì)ƒ-Qv特性曲線,發(fā)現渦輪流量(liang)傳感器ƒ-Qv曲線(xiàn)與渦輪流量(liang)傳感器K-Qv特性(xing)曲線反🐕映規(gui)律特性一緻(zhi)，如圖1和圖4對(dui)應關系，它具(jù)有非線✌️性特(te)點,且在流量(liàng)30%Qmax以上具有線(xiàn)性特點，因此(cǐ)我們可以🐪采(cǎi)用全量程分(fèn)段線性化處(chù)理的方法🔞,每(mei)一段采用最(zui)小二♍乘法處(chù)理ƒ和Qv數據,拟(nǐ)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(hua)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(yòng)于所有非線(xian)性傳👉感⛱️器線(xian)性化處理,這(zhè)種結果風險(xiǎn)的關鍵在于(yú):①渦輪流量傳(chuán)感器全量程(chéng)标定,尋找ƒ-Qv實(shi)測曲線真實(shí)拐點帶來的(de)風險。②渦輪流(liú)量傳感器下(xià)限流量複現(xiàn)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(chu)理結果的正(zheng)确性。
下面是(shi)一組實驗數(shu)據:2025年12月13日用(yong)現場流量校(xiao)準裝置(YIJZ-01)對☀️渦(wō)🏃🏻♂️輪流量傳感(gan)器LWGY-4(編号090402)進行(háng)校準。用15号紅(hong)油，在32℃條件🈚下(xià),先标定，後校(xiao)驗測🏃🏻♂️量結果(guǒ)。現場标定與(yu)驗證數據處(chu)理結果分别(bie)見表1、表2。标定(ding)與驗證曲線(xiàn)見圖6、圖7。表1數(shù)據🍉表明:該渦(wō)輪流量計🈲重(zhong)複性最大值(zhí)爲0.151%;表2結果表(biao)明:該渦輪流(liú)量計重複性(xing)爲0,最大示值(zhí)誤差🏃🏻爲-1.0%。
以上(shang)标定數據和(hé)驗證數據及(jí)圖6、圖7說明:
①按(an)JJC1037-2008要求,滿足1%誤(wù)差要求，此渦(wō)輪流量計隻(zhi)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(an)分段線性化(hua)處理,在滿足(zú)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(jié)
理論分析和(he)實際測量數(shù)據說明:分段(duàn)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(wéi)，并且分段線(xiàn)性化處理方(fang)法可以适用(yong)于🍓所有傳感(gǎn)器非線性段(duan)線性化處理(lǐ)。
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