摘要:根據(jù)渦輪流量傳感(gan)器f-v.非線性曲線(xiàn)特點,采用分段(duan)線🏃🏻♂️性🐪化的方法(fǎ),處理渦輪流量(liàng)傳感器ƒ-Qv拟合曲(qǔ)💘線,預期達🈲到如(rú)下目的:①提高渦(wo)輪流量傳感器(qì)測量精度。②擴展(zhan)渦輪流量傳感(gǎn)器在相同精度(du)下的使用㊙️範圍(wéi),減少因校驗不(bu)合格,使渦❄️輪流(liú)量傳感器報廢(fei)而造成的浪♍費(fei)。③這種分段線性(xìng)化處理方法,可(kě)以推廣到其它(tā)領域的各種非(fei)線性傳感器線(xian)性化處理過程(cheng),擴展其測量範(fan)圍,提高其測量(liàng)精度。
0引言
按JJG1037-2008(渦(wō)輪流量計
檢定(dìng)規程》要求,線性(xing)誤差是渦輪流(liú)量傳感器基本(ben)誤差的重要組(zu)成部分，從實際(jì)出發,在重複性(xing)滿足的情況下(xia)，渦輪✌️流量傳感(gǎn)器的線性使用(yòng)範圍大大縮小(xiǎo)了,這樣将⁉️減少(shao)渦🧑🏾🤝🧑🏼輪流量傳感(gan)器的使用價值(zhi)。
爲此,校準渦輪(lún)流量傳感器過(guo)程中,在重複性(xing)滿足其誤差☁️五(wǔ)分🍉之-的情況下(xia),采用分段線性(xing)化的處理方法(fǎ),不但🚩可以增加(jia)☂️渦輪流量傳感(gan)器的測量範圍(wéi)和測量精度,還(hái)可以增🧑🏽🤝🧑🏻加渦輪(lún)流量傳感器使(shǐ)用價值,對企業(ye)來說減少因渦(wo)輪流量計檢定(dìng)不合格引起的(de)資源浪費。
1傳感(gǎn)器的線性特性(xing)與分段線性化(hua)
1.1渦輪流量傳感(gan)器的線性特性(xing)
K-Qv特性曲線說明(ming)f-Qv特性曲線全量(liàng)程存在非線性(xìng),特别是高粘度(dù)介質，且有一定(dìng)規律,如圖所示(shi)1。
根據理論分析(xi),渦輪流量傳感(gan)器K-Qv理想特性曲(qu)線是平行🐪于Qv軸(zhóu)的直線,但由于(yú)流體粘力特性(xing)的影響和葉輪(lún)上所受阻♊力矩(jǔ)‼️作用的結果,實(shi)際的特性曲線(xian)具有高峰特征(zhēng),高峰出現在傳(chuán)感器上限流量(liàng)的20%~30%處,産生高峰(feng)特征的原因是(shi):當流♻️量減小到(dao)某一數值(通常(chang)爲20%~30%上限流量)時(shí),作用于渦輪上(shàng)的旋轉力矩和(hé)粘滞阻力矩都(dou)相應地減小。但(dan)🔅粘滞阻力矩減(jian)小更🧑🏽🤝🧑🏻顯著,所以(yi)⛷️渦輪的轉速反(fǎn)而提高,特性曲(qu)線出現高峰,随(suí)着流量的進一(yi)步減小,這樣使(shi)作用在渦輪.上(shàng)的所有阻力矩(jǔ)的影響🏃🏻相對突(tū)出,渦輪轉速降(jiàng)得快💛,特性曲線(xian)明顯下降,相反(fǎn)，當流量增大到(dao)超過某--值時,作(zuò)用在渦輪上的(de)旋轉力矩增大(da)，當與阻力矩達(dá)🈲到平衡時,特性(xing)曲線就顯得較(jiao)平💞直。
爲了獲得(de)高測量精度，渦(wo)輪流量傳感器(qì)的使用範圍應(ying)選在特性曲線(xian)的線性段。
另外(wài),被測流體物理(li)特性對渦輪流(liu)量傳感器線性(xing)有影響，其中👨❤️👨流(liu)體粘度影響最(zui)大,這一點必須(xū)清楚🏃🏻,由于流體(ti)皆具✨有粘性,使(shi)得流體對渦輪(lun)産生粘滞🆚阻力(lì)距🏒,被測流體的(de)變化,對流量計(ji)特性的影響較(jiào)⁉️大,定性的分析(xī),随着流體粘度(dù)的增大,對于任(ren)意口徑的傳感(gǎn)器💜來說，它的線(xiàn)性範圍縮小，對(duì)一-定口徑的傳(chuan)感器而言🔴,粘度(du)變化對線性特(tè)性曲線的下限(xiàn)📐流量處影‼️響最(zui)大,随着流量的(de)增大影響反而(er)減小。對不同口(kou)徑的傳感器來(lái)說,口徑越大,粘(zhan)度變化對線性(xing)特性😘的影響越(yuè)小,口徑越小，影(ying)響越大,如🍉圖2所(suo)示。
由此可以看(kàn)出,不管什麽樣(yàng)的流體介質,粘(zhan)度對傳✂️感器測(ce)量的💔線性特性(xing)都有影響,因此(ci),在全量程範圍(wéi)内,按照JJG1037-2008要求,數(shù)字式流量二次(ci)儀表隻能利用(yong)儀表系數K的線(xiàn)性段30%Qmax.以上,對于(yú)30%Qmax.以下重複性好(hǎo)的非線性段,無(wú)法使用,大大縮(suo)了渦輪流量計(jì)的使用範圍,造(zào)成資源的🔞浪費(fèi)。
爲了擴展渦輪(lún)流量計的使用(yong)範圍,可以像圖(tú)3那樣，将渦🐪輪💚流(liú)量計流量測量(liang)範圍分段線性(xìng)化處理(前提是(shì)🚶:渦輪💯流量傳感(gǎn)❄️器标定時,重複(fu)性滿足使用精(jing)度的五分之--)，依(yī)據渦輪流量計(jì)K-Qv理論特💘性曲線(xian)規律，劃分成3段(duan)以上，采用10分段(duàn)或20分段的智能(neng)流量=_次儀表，進(jin)行ƒ-Qv變換,即可達(dá)到全🈲量程滿足(zu)使用精度的目(mu)⭕的,使用這種分(fen)🔞段線性化處理(lǐ)渦輪流量計方(fāng)法,可以擴展渦(wo)輪流量計的測(cè)🏃🏻♂️量範圍,減少渦(wō)輪流量計報♻️廢(fei),節約工廠資源(yuan)。.
1.2非線性處理方(fang)法:分段線性化(hua)
在實際測量數(shù)據處理過程中(zhong),最小二乘法是(shi)線性化數據💰處(chù)理的基石，在非(fēi)線性化傳感器(qi)輸出過程🌏中,分(fen)段線性化處理(lǐ)對傳感器全量(liàng)程輸出精度提(ti)高有特殊貢獻(xian)。
實際上，在渦輪(lun)流量校準過程(chéng)中,流體經過渦(wō)輪流量傳感器(qì)将非電量信号(hao)流速(V)轉換成電(dian)量信号一ƒ(Hz)。我們(men)依據實際🎯流量(liàng)Qv(l/min)經流量傳感器(qi)變換成電量信(xin)🤟号頻率ƒ(Hz)的對應(ying)關系,即ƒ-Qv函數關(guān)系,進行-元線性(xìng)回歸分析,拟合(hé)出渦輪流量傳(chuan)感器ƒ-Qv特性曲線(xian),發現渦輪流量(liàng)傳感器ƒ-Qv曲線與(yu)渦輪流量傳感(gan)器K-Qv特性曲線反(fan)映規律特性一(yī)緻，如圖1和圖4對(dui)應關系，它具有(yǒu)非線性特點,且(qie)在流量30%Qmax以上具(jù)有線性特點，因(yin)此我們可以采(cǎi)用全量程分段(duan)🔱線性化處理的(de)方法,每一段采(cǎi)用最小二乘法(fǎ)處理ƒ和✉️Qv數據,拟(ni)合出ƒ-Qv拟合曲線(xiàn),如圖4所示。渦輪(lún)流量計分段線(xiàn)✍️性化處理流程(chéng)🧑🏾🤝🧑🏼圖見圖5。
2渦(wo)輪流量計分段(duàn)線性化處理結(jie)果評估
從理論(lun)上講,分段線性(xìng)化可适用于所(suǒ)有非線性傳感(gan)器線📐性‼️化💚處理(lǐ),這種結果風險(xiǎn)的關鍵在于:①渦(wo)輪流量傳感器(qì)全量程标定,尋(xun)找ƒ-Qv實測曲線真(zhen)實拐點帶來的(de)風險。②渦輪流量(liàng)🈲傳感器下限流(liu)量複現性帶來(lai)的風險。隻要把(bǎ)握住這兩點,基(ji)本可控制渦輪(lún)流量計分段線(xian)💛性化處理結果(guo)的正确性。
下面(mian)是一組實驗數(shù)據:2025年12月13日用現(xian)場流量校準裝(zhuang)置(YIJZ-01)對渦⁉️輪流量(liang)傳感器LWGY-4(編号090402)進(jìn)行校準。用15号紅(hóng)油，在32℃條件🈚下,先(xian)标定，後校💜驗測(cè)量結果。現場标(biāo)定與驗證數據(jù)處🚩理結果分别(bié)見表1、表2。标定與(yǔ)驗證曲線見圖(tu)6、圖7。表1數據😘表明(míng):該渦輪流量計(jì)重複性最大值(zhí)爲0.151%;表2結果表明(míng):該渦輪流量計(jì)重複性爲0,最大(dà)示值誤差🐪爲-1.0%。
以(yǐ)上标定數據和(hé)驗證數據及圖(tú)6、圖7說明:
①按JJC1037-2008要求(qiú),滿足1%誤差要求(qiú)，此渦輪流量計(jì)隻能用4.15843~5.69897(L/min)流量線(xiàn)性🈲段(線性度:0.83%,基(ji)本誤差:0.84%)。
②按分段(duan)線性化處理,在(zài)滿足1%誤差要求(qiú)，可将渦輪流量(liàng)計量程擴展到(dào)0.29588~5.13462L/min量程。
3總結
理論(lùn)分析和實際測(ce)量數據說明:分(fen)段線性化處理(lǐ)方法🐇,在🔞滿足⛱️其(qí)精度要求的前(qian)提下,完全可以(yǐ)擴展✨渦輪流量(liang)計的❤️測量範圍(wéi)，并且分段線性(xing)化處理方法可(ke)以适用于所有(yǒu)傳感器非線性(xìng)段線性化處理(li)。
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