[摘要(yao)]渦輪流量計(jì) 應用十分廣(guang)泛，但是當被(bei)測介質運動(dong)粘度較高時(shí)，渦輪流🥰量傳(chuán)感器儀表系(xì)數随着流速(su)的增加而變(bian)❓化，波動較大(da)，其變化🍓規律(lü)呈現非線性(xìng)。口徑爲DN10的渦(wō)輪流量計在(zai)流體介質粘(zhan)度爲43.49cSt條件下(xia)❗其儀表系數(shù)随流速變化(hua)的規律🥵，通過(guò)在可變粘度(du)标🚶準裝置進(jìn)行的實驗，得(de)到實驗數據(ju)，拟合出了高(gāo)粘度渦輪流(liu)量計流速修(xiu)🌂正算法，運用(yòng)該算法，可以(yǐ)将渦輪流量(liang)🌈計的儀表系(xì)數精✊度由4.4%提(tí)高到0.83%，并對此(ci)算法了進行(hang)實驗驗證，證(zheng)明了該㊙️算法(fǎ)的有效性。
引(yǐn)言
　　渦輪流量(liang)計在流量測(ce)量領域有着(zhe)非常廣泛的(de)應用，可👈以🔱用(yong)于工業油品(pǐn)測量，民用自(zi)來水測量以(yi)及科學計量(liàng)[1]。渦輪流量傳(chuán)感👨‍❤️‍👨器屬于速(sù)度式流量計(ji)，它的工作原(yuán)理是利用流(liú)體流動時産(chǎn)生的推力使(shi)渦輪流量計(ji)渦輪葉片轉(zhuǎn)動，渦輪穩定(ding)轉速🚶後，流體(ti)流過的體積(ji)流量和渦輪(lun)的轉速成正(zhèng)比，以此來計(ji)算被測流體(ti)的體積流量(liang)[2]。一般的，把渦(wo)輪流量計👈單(dān)位時間内輸(shū)出的脈沖個(gè)數與實際流(liú)過流量的比(bi)值稱爲渦輪(lún)流量計的儀(yi)表系數。渦輪(lún)流☂️量🤟傳感器(qì)需要在投入(ru)♉使用前，在标(biāo)準計量裝置(zhi)上進行标定(ding)，即通過實驗(yan)計算出該渦(wo)輪流量傳感(gǎn)器的儀表系(xi)數。由此可見(jian)，渦輪流量傳(chuán)感器的儀表(biao)系數精度直(zhi)接🈲影響着最(zui)終流量數據(jù)測算的精度(dù)。
　　但是，經過國(guó)内外科研人(ren)員的大量實(shí)驗證明，被測(cè)流體介質的(de)粘度對渦輪(lún)流量計測量(liang)時的儀表系(xì)數有着很大(dà)的影響，當被(bei)測介質爲水(shui)或者低粘度(du)介質且流量(liang)高于0.5L/s時，渦輪(lún)流量💃🏻計儀表(biao)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼系數基本保(bao)持恒定，但❄️當(dāng)被測介質粘(zhān)度升高，儀表(biǎo)系數會一直(zhí)随着粘度的(de)增加而增加(jiā)，尤其是當介(jiè)質粘度高于(yu)50cSt時，其線性範(fan)圍完全消失(shī)。在實際的流(liú)量測量過程(chéng)當中，測量㊙️高(gāo)粘度油品介(jiè)質時，很難🌈保(bǎo)證介質流速(su)恒定，一旦出(chū)現流量🐕波動(dong)，渦輪流量計(ji)就會産生較(jiào)大誤差。所以(yǐ)，對渦輪流量(liàng)計在高粘度(du)介質測量時(shi)不同流速下(xià)的儀表系數(shu)進行分析有(you)非常重要的(de)意義。
1實驗裝(zhuang)置
　　渦輪流量(liàng)計在高粘度(dù)介質測量時(shi)不同流速下(xià)儀表系數的(de)💰變化規律，使(shǐ)用中航工業(yè)4113計量站可變(biàn)粘度标準裝(zhuāng)置，該裝置被(bèi)測流體介質(zhì)爲4050航空潤滑(huá)油，其有着很(hen)好的高低溫(wēn)性能，正常使(shǐ)用溫度範圍(wéi)爲-40℃～200℃，短期可達(dá)220℃。管道内潤💔滑(hua)油的流💚量大(da)小由變頻油(yóu)泵控制，變頻(pin)輸出電壓爲(wèi)380～650V，輸出功率爲(wèi)0.75～400kW，工作頻率爲(wei)0～400Hz，它的主電路(lù)采用交-直-交(jiao)電路。在油箱(xiang)儲罐中内置(zhi)加熱系統，可(ke)以對航空潤(rùn)滑油進行加(jia)熱，以此來改(gai)變被測介質(zhì)的粘度。對♍溫(wen)度的控制使(shi)用可編程邏(luo)輯控制器，内(nei)📱置PID算法，由油(you)箱中的✔️溫度(dù)傳感器、油🔴箱(xiang)中的加熱器(qi)以及控⛷️制器(qi)構成閉合溫(wēn)度控制回路(lù)，保證油品介(jiè)質在管道内(nèi)高🌈速循環流(liu)動的同時溫(wen)度誤差不超(chāo)過±1℃。該裝置可(ke)測流量範圍(wéi)是0.5m3/h~70m3/h，可變溫度(dù)範圍是-30℃~155℃，油溫(wen)控制的精度(dù)爲±5%，标準秤的(de)測量精度爲(wèi)0.02%，裝🔞置不确定(ding)度爲0.05%。裝置結(jié)構原理圖如(rú)圖1所示。

2實驗原理
　　該(gāi)裝置的測量(liàng)原理是靜态(tài)稱重法，即在(zai)固定的時間(jiān)内，使用電腦(nao)采集渦輪流(liú)量計輸出脈(mo)沖個數，同時(shí)将流過的流(liú)體全部引入(rù)到标準秤中(zhōng)稱重，除以對(dui)應密度來計(jì)算流過的真(zhēn)實體積流量(liàng)，最終再用⚽累(lei)積體積流量(liàng)除以🛀🏻總脈沖(chong)個數計算出(chū)✔️渦輪流量計(ji)的儀表系數(shu)。
　　實驗開始前(qián)首先開啓油(you)泵，使潤滑油(you)在管道内勻(yún)速循環流動(dong)，根據已知的(de)介質粘度與(yǔ)溫度的對應(yīng)關系表，選擇(zé)要測試的介(jiè)質粘度所對(duì)應的溫度，然(rán)後開始對介(jie)質加熱，使裝(zhuāng)置内的介質(zhì)🙇🏻達到設定的(de)溫度及其對(duì)應的粘度。實(shí)驗開🍓始後，實(shí)驗員在上位(wèi)機電腦上點(dian)👣擊實驗開始(shi)，換向閥立即(ji)動作，流過渦(wō)輪流量計的(de)🏃🏻流體會全部(bu)引入到标準(zhǔn)秤中，與此同(tóng)時電腦開始(shǐ)計時并采集(ji)渦輪流量傳(chuan)感器的輸出(chu)脈沖數，經過(guò)一分鍾後停(ting)止，标準秤會(hui)自動上傳流(liú)體累積質量(liàng)至上位機，上(shang)位機通過該(gai)介質溫💔度密(mì)度對應表再(zài)計算出體積(jī)，再通過體積(ji)除以脈沖總(zong)⛱️個數得到儀(yí)表系數。在實(shí)驗過程中，系(xi)統計算機中(zhong)的程序會記(jì)錄單次實驗(yàn)持續的實驗(yan)時間、累積總(zǒng)🤞脈沖數、累積(jī)質量流量、瞬(shun)時流量、流體(tǐ)當前溫度下(xià)的密度、流體(ti)溫度等信息(xi)。
3實驗方案
　　實(shí)驗采用口徑(jing)爲DN10的渦輪流(liu)量傳感器，如(ru)圖3所示。實驗(yan)中🈲選擇10℃進行(háng)實驗測試，對(dui)應的流體介(jie)質的粘度爲(wèi)43.49cSt。選🌂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)流量點進行(hang)，實驗流量範(fàn)圍爲0.3m3/h到1.5m3/h。

　　實(shi)驗中每個流(liú)量點均進行(háng)3次測量，（j=1，2，3），3次測(cè)量的平均儀(yi)表👈系數作爲(wei)此流量點的(de)儀表系數Ki（i=1，2，3，4，5），各(ge)流量點儀表(biǎo)系😄數最小值(zhi)👈與最大值的(de)平均值，作爲(wei)傳感器的儀(yi)表系數。
依照(zhao)國标渦輪流(liu)量計檢定規(guī)程，累積流量(liàng)的相對示值(zhí)誤差爲🍉：

4實驗(yan)數據和結果(guǒ)
　　實驗測得在(zài)流體介質的(de)粘度爲43.49cSt條件(jiàn)下，DN10口徑的渦(wo)輪流量傳感(gan)器在各個實(shí)驗流量點的(de)儀表系數Ki如(rú)表1所示。

　　使用(yòng)函數拟合軟(ruan)件Originpro2017對所得數(shù)據進行拟合(he)，Origin爲OriginLab公司出🔴品(pǐn)的較流🛀行的(de)專業函數繪(huì)圖軟件，是公(gōng)認的簡🤟單易(yi)學、操作靈活(huó)、功能強大的(de)軟件，既可以(yǐ)滿足一🤩般用(yòng)戶的制圖需(xū)要，也可以滿(mǎn)足高級用戶(hù)數據分析、函(hán)數拟🌈合的需(xū)要。
使用Origin軟件(jian)中的四次多(duō)項式polynomial拟合公(gōng)式，使用最小(xiǎo)二乘法，得🌂到(dao)如下函數，其(qi)中流速爲自(zì)變量X，儀表系(xì)數爲因🧑🏽‍🤝‍🧑🏻變量(liang)Y：
Y=1486.9+86.9X+426.49X2-517.4X3+157.9X4
圖4爲流量與(yǔ)儀表系數的(de)拟合曲線圖(tú)。
表2爲各對應(ying)流量點的拟(ni)合後儀表系(xi)數的誤差。
　　如(ru)果直接采用(yòng)各個流量點(dian)的儀表系數(shu)取平均值得(dé)🐕儀表🏃系數㊙️爲(wei)1610.68，表3爲未采用(yòng)拟合修正公(gong)式流量點對(duì)應儀表系數(shu)💔誤差。


　　爲(wei)證明該高粘(zhān)度變流速自(zi)适應算法及(ji)公式的有效(xiào)性，重新選取(qǔ)四個流量點(diǎn)：0.4m3/h、0.6m3/h、0.8m3/h、1.0m3/h對該公式以(yi)及算法進行(háng)精度驗證，得(de)🏃‍♀️到表4數據，表(biǎo)5爲各對應流(liú)量點的拟⛷️合(he)後儀㊙️表系數(shù)的誤差。

　　如果(guo)直接采用各(gè)個流量點的(de)儀表系數取(qǔ)平均值得儀(yi)表系🏃‍♂️數爲1610.68，表(biǎo)6爲未采用拟(ni)合修正公式(shì)流量點💘對應(ying)儀表系數誤(wu)差。

　　實驗結果(guo)表明，經過這(zhe)種高粘度變(bian)流速自适應(ying)算法修正後(hou)，儀表系數精(jīng)度提高到0.83%。如(rú)果隻是簡單(dān)将儀表系數(shu)取平均，最🚩大(da)誤💋差将達到(dao)4.4%。而且從修正(zhèng)後儀表系數(shù)誤差值與未(wèi)經過修正儀(yi)表系數誤差(chà)值🈲相比，基本(běn)各個流量點(dian)精度都有較(jiao)大的提升。
5結(jie)論
　　對高粘度(du)下渦輪流量(liang)計在測量變(biàn)流速流體介(jiè)質時的儀表(biao)👄系數變化規(guī)律進行了研(yán)究，在43.49cSt粘度條(tiáo)件下，使用DN10渦(wō)輪流量傳感(gǎn)器在0.3m3/h~1.5m3/h流速範(fan)圍内進行實(shí)驗，并提出一(yi)種高🚩粘度變(bian)流速自适應(yīng)算法，該高粘(zhan)度變流速算(suàn)法能夠将儀(yi)表系數精度(du)由4.4%提🌈高到0.83%，并(bing)對此進行了(le)驗證，結果證(zhèng)明此算法确(què)實♋能夠大幅(fu)提🔴高渦輪流(liú)量👅計✉️的測量(liang)精度。

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