[摘要(yao)]渦輪流量(liàng)計 應用十(shi)分廣泛，但(dan)是當被測(ce)介質運動(dòng)粘度較高(gāo)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(dong)較大，其變(biàn)化☁️規律🏃呈(chéng)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(dù)爲43.49cSt條件下(xià)🎯其儀表系(xi)數随流速(su)變化的規(gui)律，通過在(zai)可變粘度(du)标準裝置(zhi)進行的實(shí)驗，得到實(shi)驗數據，拟(nǐ)合出了高(gāo)粘度渦輪(lun)流量計流(liú)速修正算(suan)法，運用該(gai)算法，可以(yǐ)将渦輪流(liú)量計的儀(yí)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(yǐ)㊙️用于工業(ye)油品測量(liang)，民用自來(lai)水測量以(yǐ)及科學計(jì)量[1]。渦輪流(liú)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(liu)動時産生(sheng)🔞的推力使(shǐ)渦輪流量(liàng)計渦輪葉(ye)片‼️轉動，渦(wo)輪穩定轉(zhuan)速後，流體(tǐ)流過的體(ti)積流🔱量和(he)渦輪的轉(zhuan)速成正比(bi)，以此來計(ji)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(dān)位時間内(nèi)輸出的脈(mò)沖個數與(yu)實際流過(guò)流量的比(bǐ)值稱爲渦(wo)輪流量計(jì)的儀表系(xi)數。渦輪流(liú)🆚量傳感器(qi)需要在投(tóu)入使用前(qián)，在标準計(ji)量裝置上(shang)進行标定(dìng)，即♉通過實(shí)驗計算出(chū)該渦輪流(liú)量傳感器(qì)的儀表系(xi)數。由此可(kě)見，渦輪流(liú)量傳感器(qì)的儀表系(xì)數精度直(zhi)接影響🌏着(zhe)最終流量(liàng)數據測算(suàn)的🏃‍♀️精度。
　　但(dàn)是，經過國(guó)内外科研(yán)人員的大(da)量實驗證(zhèng)明，被測流(liú)體介質🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的(de)粘度對渦(wō)輪流量計(ji)測量時的(de)儀表系數(shu)有着很大(dà)的影響⛷️，當(dang)被測介質(zhi)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(ji)儀表系數(shu)基本保持(chí)恒定，但當(dāng)被測介質(zhì)粘度升高(gao)，儀表系數(shu)會一直🈲随(suí)着粘度的(de)增加而增(zēng)加，尤其是(shi)當介✔️質粘(zhan)度高于50cSt時(shi)，其線性範(fan)圍完全消(xiao)失。在實際(jì)的流量測(ce)量過程當(dāng)中，測量高(gāo)粘度🔞油品(pǐn)介質時，很(hěn)難保證介(jiè)質流速恒(heng)定，一旦出(chū)現流量波(bo)動，渦輪流(liú)量計就會(huì)産生較大(da)誤差。所以(yǐ)，對渦輪流(liu)量計在🏃‍♀️高(gāo)粘度介質(zhì)測量時不(bú)同流速下(xia)的儀表系(xì)數✨進行分(fèn)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(gāo)粘度介質(zhì)測量時不(bu)同流速下(xia)儀🤟表系數(shu)㊙️的✂️變化規(guī)律，使用中(zhōng)航工業4113計(jì)量站可變(biàn)粘度标準(zhǔn)裝置，該🛀🏻裝(zhuang)置被測流(liú)體介質爲(wei)4050航空潤滑(hua)油，其有着(zhe)很好的🔞高(gāo)低溫性能(néng)，正常使用(yòng)溫度範圍(wei)爲-40℃～200℃，短期可(ke)達⛱️220℃。管道内(nei)潤滑油的(de)流㊙️量大小(xiǎo)由變頻油(yóu)泵控制，變(biàn)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(diàn)路采用交(jiāo)-直-交電路(lu)。在油箱儲(chu)罐中内置(zhi)加熱系統(tong)，可💔以對航(háng)❗空潤滑油(yóu)進行加熱(re)，以此來改(gǎi)變被測介(jie)質的粘度(dù)。對溫度的(de)控制使用(yòng)可編程邏(luó)輯控制器(qi)，内置PID算法(fǎ)，由油箱中(zhōng)的溫度傳(chuán)感器、油箱(xiāng)中㊙️的加熱(rè)器以及控(kong)🙇🏻制器構成(cheng)閉合溫度(dù)控制回路(lu)，保證油品(pin)介質在管(guan)道内高速(sù)循環流動(dong)的同時溫(wēn)度誤差不(bú)超過±1℃。該裝(zhuang)置可測☔流(liú)量範圍是(shì)0.5m3/h~70m3/h，可變溫度(du)範圍是-30℃~155℃，油(you)溫控制的(de)精度爲±5%，标(biāo)準秤🈲的測(cè)量精度爲(wèi)0.02%，裝置不确(que)定度爲0.05%。裝(zhuang)置結構原(yuán)理圖如🏃‍♂️圖(tu)1所示。

2實驗(yàn)原理
　　該裝(zhuang)置的測量(liang)原理是靜(jing)态稱重法(fa)，即在固定(dìng)的時🔞間内(nèi)，使用電腦(nǎo)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(yǐn)入到标準(zhun)秤中稱重(zhong)，除以對應(ying)密度來計(ji)算流過的(de)真實體積(jī)流🌈量，最終(zhong)再用累積(ji)體積流量(liang)除以總脈(mo)沖個數計(jì)算出🏃渦輪(lun)流量計的(de)儀表系數(shù)。
　　實驗開始(shǐ)前首先開(kāi)啓油泵，使(shǐ)潤滑油在(zai)管道内勻(yún)👌速循環㊙️流(liu)🌍動，根據已(yǐ)知的介質(zhì)粘度與溫(wen)度的對應(ying)關系表，選(xuǎn)擇要✨測試(shi)的介質粘(zhan)度所對應(ying)的溫度，然(rán)後開始對(dui)介質加熱(rè)，使裝置内(nèi)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(shàng)點擊實驗(yàn)開始，換向(xiàng)閥立即動(dòng)作，流過渦(wo)輪流量計(ji)的流體會(hui)全部引入(rù)到标準秤(chèng)中，與此同(tong)🥰時電腦開(kāi)✨始計時并(bìng)采集渦輪(lún)流量傳感(gan)器的輸出(chū)脈沖數，經(jing)過一分鍾(zhōng)後停止，标(biao)準秤會自(zi)動上傳流(liu)體累積質(zhì)🍉量至上位(wei)機，上位機(ji)通過該介(jie)質溫度密(mi)度對應表(biǎo)再計算出(chū)體積，再通(tōng)過體積除(chu)以脈沖總(zong)個數得到(dao)儀表系數(shù)。在實驗過(guo)程中，系統(tong)計算機中(zhong)的程序會(huì)記錄單次(ci)實驗⛱️持續(xu)的♋實驗時(shi)間、累積總(zong)脈沖數、累(lèi)🤩積質量流(liú)量、瞬時流(liú)量、流體當(dāng)前溫度下(xià)的密度、流(liú)體溫🐪度等(děng)信息。
3實驗(yan)方案
　　實驗(yan)采用口徑(jing)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(háng)實驗測試(shi)，對應的流(liú)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(cè)量的平均(jun)儀表系數(shù)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(shu)。
依照國标(biāo)渦輪流量(liang)計檢定規(guī)程，累積流(liú)量的相對(dui)示值☎️誤差(chà)爲：

4實驗數(shù)據和結果(guǒ)
　　實驗測得(de)在流體介(jie)質的粘度(dù)爲43.49cSt條件下(xià)，DN10口徑的渦(wō)輪流🌈量傳(chuán)感器在各(ge)個實驗流(liú)量點的儀(yi)表系數Ki如(ru)表1所示。

　　使(shǐ)用函數拟(nǐ)合軟件Originpro2017對(dui)所得數據(ju)進行拟合(hé)，Origin爲OriginLab公司💁出(chū)品的較流(liú)🎯行的專業(ye)函數繪圖(tu)軟件，是公(gong)認的簡單(dān)易學、操作(zuo)靈活、功能(néng)強大的軟(ruan)件，既可以(yi)滿足一般(bān)用戶的制(zhi)圖需要，也(ye)可以滿足(zu)高級用戶(hù)數據分析(xī)、函數拟合(he)的需要。
使(shǐ)用Origin軟件中(zhōng)的四次多(duō)項式polynomial拟合(hé)公式，使用(yòng)最小二乘(chéng)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(tu)4爲流量與(yǔ)儀表系數(shu)的拟合曲(qu)線圖。
表2爲(wèi)各對應流(liú)量點的拟(ni)合後儀表(biao)系數的誤(wu)差。
　　如果直(zhi)接采用各(ge)個流量點(dian)的儀表系(xi)數取平均(jun)值得儀表(biao)系數爲1610.68，表(biǎo)3爲未采用(yong)拟合修正(zheng)公式流量(liàng)點💛對應儀(yí)表系數誤(wu)差。


　　爲證明(míng)該高粘度(dù)變流速自(zì)适應算法(fǎ)及公式的(de)有效性，重(zhòng)新選👣取四(sì)個流量點(diǎn)：0.4m3/h、0.6m3/h、0.8m3/h、1.0m3/h對該公式(shì)以及算法(fǎ)進行精度(du)驗證，得到(dao)表4數據，表(biǎo)5爲各對應(yīng)流量點的(de)拟合後儀(yí)表系數的(de)誤差。

　　如果(guo)直接采用(yong)各個流量(liang)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(liu)量點💋對應(yīng)👣儀表系數(shù)誤差❌。

　　實驗(yan)結果表明(ming)，經過這種(zhǒng)高粘度變(bian)流速自适(shì)應算法修(xiū)正後，儀表(biao)系數精度(du)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(biao)系☂️數誤差(chà)💘值與未經(jing)過修正儀(yí)表系數誤(wu)差值相比(bǐ)，基本各個(ge)流量點精(jing)度都有較(jiào)大的📱提升(sheng)。
5結論
　　對高(gao)粘度下渦(wō)輪流量計(jì)在測量變(bian)流速流體(tǐ)介質時💯的(de)儀🏃‍♂️表系數(shu)變化規律(lǜ)進行了研(yán)究，在43.49cSt粘度(du)條件下，使(shǐ)🎯用DN10渦輪流(liú)❗量傳感器(qì)在0.3m3/h~1.5m3/h流速範(fan)圍内進行(hang)實驗，并提(ti)出一種高(gāo)粘度變流(liú)速自适應(ying)算法，該高(gao)粘度變流(liú)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(jin)行了驗證(zheng)，結果證明(ming)此算法确(que)實能夠大(dà)幅提高渦(wo)輪流量計(ji)的測量精(jing)度。

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