摘要:浮(fu)子流量(liàng)傳感器(qi) 中存在(zai)的非線(xiàn)性問題(tí)是影響(xiang)浮子流(liú)量計測(cè)量精度(du)的一個(ge)重要因(yīn)素，爲了(le)解決這(zhe)個問題(tí),浮子流(liú)量傳感(gan)📐器的特(tè)性，利用(yòng)最小二(èr)乘法拟(ni)合數據(ju)，分析浮(fú)子高度(dù)和流量(liang)之間的(de)非線性(xing)關系理(lǐ)論和實(shi)驗研究(jiū)結果表(biǎo)明，針對(duì)目前應(yīng)用的短(duan)管型浮(fu)子流量(liàng)計流量(liàng)和浮子(zi)🌐高度之(zhi)間存在(zài)明顯的(de)非線性(xìng)關系,并(bing)♊且發現(xiàn)在其他(ta)💃條件相(xiàng)同的情(qing)😘況下浮(fú)子行程(cheng)的增加(jiā)即錐管(guǎn)錐角的(de)減小對(dui)🌍浮子流(liú)量傳感(gǎn)器線性(xìng)度的☎️改(gai)善具有(you)重要的(de)🆚作用.
　　浮(fu)子流量(liang)計 又名(ming) 轉子流(liú)量計 或(huò)面積流(liú)量計.在(zai)測量過(guò)程中，始(shǐ)終保持(chi)節流件(jiàn)前後的(de)壓🌂差💛不(bu)變，通過(guò)改變流(liu)通面積(ji)來改變(biàn)流量，,所(suo)以浮子(zǐ)流量計(jì)也叫恒(heng)壓降變(biàn)截面流(liú)量計.浮(fu)子流量(liàng)計的量(liang)程比一(yī)般可✉️達(dá)10:1,精度⭐約(yuē)爲±(1~2)%.由于(yu)浮子流(liú)量計具(jù)有結構(gou)簡單、使(shi)㊙️用方便(bian)、直觀、壓(ya)損小🙇🏻、成(cheng)本低等(děng)特點，已(yǐ)被廣💋泛(fan)應用于(yu)實驗室(shì)及生産(chan)領域".浮(fú)子流㊙️量(liang)計在測(ce)量過程(chéng)中流量(liàng)和浮子(zi)高度之(zhī)間存在(zai)非線性(xing)關系,影(ying)響了測(ce)量精度(dù)和浮子(zǐ)流量計(ji)的性能(néng)💛，這個問(wen)題在目(mù)前廣泛(fan)應用的(de) 短管型(xing)浮子流(liu)量計 中(zhōng)尤爲明(míng)顯,必須(xū)尋求有(you)效的方(fāng)法來解(jie)決.
 
　　Qv爲浮(fú)子流量(liàng)計的體(tǐ)積流量(liang),α爲流量(liàng)系數;h爲(wèi)浮子在(zài)錐管中(zhōng)的垂直(zhi)位置;爲(wei)錐形管(guan)錐半角(jiǎo);Vf爲浮子(zi)體積;ρf爲(wei)浮子材(cai)料密度(du)ρ爲流體(tǐ)密度;Af爲(wei)浮子垂(chui)直于流(liú)向的最(zuì)大🌏截面(miàn)積;D0爲浮(fu)子最大(dà)迎流面(miàn)的直徑(jing);Dh爲浮子(zǐ)平衡在(zai)h高度時(shí)錐形管(guǎn)的直徑(jìng);df爲浮子(zǐ)最大直(zhi)徑(見圖(tu)1).
 
　　公式(1)是(shì)習用的(de)浮子流(liú)量計流(liu)量計量(liàng)公式,一(yi)般認爲(wei)在錐🔴半(bàn)🈲角中足(zu)夠小的(de)情況下(xià)可以忽(hu)略二次(ci)項(htanφ),公式(shì)✂️(1)可寫爲(wèi)如下形(xíng)式:
 
　　公式(shi)(2)中Vf、Af、ρf、ρ、α、q、D0及φ都(dou)是确定(dìng)數值,故(gu)公式(2)中(zhōng)流量Qv與(yu)浮子行(hang)程💃🏻h具有(you)🙇🏻線性關(guān)系.
1.2研究(jiu)對象
　　目(mu)前流行(háng)的短管(guan)型浮子(zi)流量計(jì)其高度(dù)統一爲(wei):250mm，爲了和(hé)其他部(bu)件相配(pèi)合,浮子(zi)在管體(tǐ)内能移(yí)動的最(zuì)🌈大位移(yí)爲59mm，在本(ben)文中選(xuǎn)擇浮子(zǐ)行程分(fen)别爲45mm(錐(zhuī)半角φ=21°06'),50mm(錐(zhui)半角φ=18°16')和(hé)55mm(錐半💘角(jiao)φ=15°15')的DN80金屬(shu)管浮子(zi)流量傳(chuán)感器 進(jin)行線性(xìng)度的研(yán)究，其流(liú)量測量(liàng)範圍爲(wèi)4~40m'/h,測量介(jiè)質爲水(shui)👅，對應💘流(liú)🍓量下限(xian)時的最(zui)低雷諾(nuo)數爲14685.浮(fú)子流量(liàng)傳感🆚器(qi)的結構(gòu)如圖2所(suǒ)示🤩.
 
1.3非線(xiàn)性誤差(cha)計算公(gōng)式
　　随着(zhe)現代技(ji)術的發(fa)展，進行(hang)測量的(de)非線性(xìng)計算已(yǐ)非難事(shì).目前，國(guó)内外金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計采用(yong)的線性(xìng)化技術(shù)📞主要💁有(yǒu)兩種:-是(shi)應用四(sì)連杆進(jìn)行非線(xian)性修正(zheng);二是利(li)用凸輪(lún)進行非(fei)線☁️性修(xiū)正.另外(wài)，還出現(xian)了帶微(wēi)處理器(qì)的智能(néng)流量計(ji)，采用物(wù)位傳感(gan)器檢💋測(cè)浮子位(wèi)移🏃‍♂️，由微(wēi)處理器(qi)通過軟(ruan)件進行(háng)線性化(hua)，從而使(shǐ)儀表結(jie)❓構更簡(jiǎn)化，精度(dù)更高'".故(gù)當前流(liu)行的金(jīn)屬管浮(fú)子❓流量(liàng)計一般(ban)均采用(yòng)250mm的儀💃表(biao)總長度(dù),如圖2所(suo)示,不僅(jin)可以節(jie)約☂️原材(cai)料,加工(gong)制造簡(jiǎn)🆚單,而且(qie)體🤟積小(xiao),重量輕(qing)，安裝使(shi)用方便(biàn).但是爲(wèi)了達到(dao)更好的(de)流量測(ce)量效果(guǒ)，還是應(ying)該采用(yòng)盡可能(neng)長的錐(zhui)管,增加(jiā)浮子的(de)行程,使(shǐ)儀表一(yi)次測量(liàng)的非線(xiàn)性盡可(ke)能減小(xiao)🧡
　　計算儀(yí)表一次(ci)測量的(de)非線性(xing)誤差時(shí)利用最(zui)小二乘(chéng)法來拟(ni)合直線(xian),非線性(xìng)誤差γ計(jì)算公式(shi)'"]:
 
　　其中:△Qv爲(wèi)輸出平(píng)均值與(yǔ)基準拟(nǐ)合直線(xiàn)間的偏(pian)差,QVFS爲滿(mǎn)🤩量程輸(shu)出平均(jun)值,k爲拟(nǐ)合直線(xian)的斜率(lü),xn爲被測(cè)物理量(liang)🆚的第n個(gè)值,x1爲被(bei)測物理(li)量的第(dì)1個值.
2浮(fu)子流量(liàng)計非線(xiàn)性問題(ti)的理論(lun)分析
2.1理(li)論計算(suan)數據.
　　爲(wei)了研究(jiu)浮子流(liu)量計的(de)非線性(xing)問題,本(běn)文利用(yong)公式(1)針(zhēn)對浮子(zi)在錐管(guan)中的垂(chui)直位置(zhi)和流量(liàng)的對應(yīng)關系🤞給(gěi)出了三(san)組理論(lùn)計算數(shu)據.
　　在公(gong)式(1)中，當(dāng)流量傳(chuán)感器的(de)結構以(yi)及被測(cè)流體介(jie)質确定(dìng)下來後(hou)，φ、Vf、ρf、ρ、Af、D0、Dh、df以及α這(zhe)些變量(liang)都是已(yi)知量，是(shi)不變的(de).表1、表2,表(biǎo)3分别給(gei)出了利(lì)用公式(shi)(1)計算的(de)行程爲(wei)45mm,50mm和55mm的情(qíng)況下浮(fu)子🚶高度(dù)和流量(liang)之間的(de)對💃應關(guān)系，其中(zhong)💛浮子高(gāo)度是浮(fu)子在錐(zhui)管中的(de)垂直位(wei)置.數據(jù)表中的(de)第三列(liè)是利用(yong)公式(3)計(jì)算出來(lái)的相應(yīng)流量點(diǎn)的非線(xiàn)性誤差(chà).
 
2.2理論計(jì)算數據(ju)分析
　　對(dui)2.1節中的(de)理論計(jì)算數據(jù)進行非(fēi)線性誤(wu)差分析(xi).
　　如圖3所(suǒ)示,(a)、(b),(c)分别(bié)是行程(cheng)爲45mm,50mm和55mm的(de)浮子流(liú)量計浮(fú)子高度(dù)和❄️流量(liàng)間對應(ying)關系曲(qu)線及利(li)用最小(xiǎo)二乘法(fǎ)拟合的(de)直線.從(cong)表1.表2，表(biǎo)3中第三(san)列所示(shì)的非線(xian)性誤差(chà)數據可(ke)以看出(chu)，當利用(yong)公式(1)進(jin)行流量(liang)計算時(shi)在不同(tong)的流量(liàng)點處流(liú)量和浮(fú)子高度(dù)之間表(biao)現出了(le)不同的(de)非線性(xing)誤差,流(liu)量和🌐浮(fu)子高度(du)之間不(bu)是線性(xìng)對應關(guan)系.
 
當浮(fú)子行程(cheng)是45mm(錐半(bàn)角φ=21°06')時:最(zuì)大非線(xiàn)性誤差(chà)γmx=15.46%,平均非(fei)線性誤(wu)差💯γ=6.34%
當浮(fu)子行程(chéng)是50mm(錐半(ban)角中=18°16')時(shí):最大非(fēi)線性誤(wù)差Ymax=14.56%,平均(jun1)非線性(xing)誤❌差γ=5.01%.
當(dang)浮子行(háng)程是55mm(錐(zhuī)半角φ=15°15')時(shí):最大非(fēi)線性誤(wu)差Ymax=6.24%,平均(jun1)非線🚶‍♀️性(xìng)誤差γ=3.61%.
　　對(dui)比三個(gè)不同行(hang)程下最(zui)大非線(xiàn)性誤差(cha)和平均(jun)非線性(xìng)誤差的(de)❗數值可(kě)以看出(chu)，當浮子(zǐ)行程分(fen)别爲45mm.50mm,55mm,即(ji)😍相應的(de)錐🐕半角(jiao)爲φ=21°06'φ=18°16'中=15°15'時(shí)，無論是(shi)非線性(xing)誤差的(de)最大值(zhí)還是平(ping)均值都(dōu)有很🏃‍♀️明(míng)顯的♈減(jiǎn)小，尤其(qí)是浮子(zi)流量計(jì)的線性(xìng)度即最(zui)大非線(xiàn)性誤差(chà)分别爲(wei)γmax=15.46%、γ=14.56%,γmax=6.24%，浮子流(liu)量計的(de)線性度(dù)從理論(lùn)計算上(shàng)有了明(míng)⛹🏻‍♀️顯的改(gai)善.
3浮子(zi)流量計(jì)非線性(xìng)問題的(de)實驗研(yan)究
　　該過(guo)程對如(ru)1.2節所述(shù)的浮子(zi)流量傳(chuán)感器進(jin)行實驗(yan)研究.
3.1實(shí)驗裝置(zhì)
　　實驗裝(zhuang)置如圖(tu)4所示，采(cǎi)用稱重(zhong)法對金(jīn)屬浮子(zǐ)流量✍️計(jì)♍進行标(biao)💚定.實驗(yan)過程如(rú)下所述(shù):
 
　　實驗中(zhōng)所需流(liú)體介質(zhi)來自高(gāo)位穩壓(ya)水塔,流(liú)體經過(guò)💋進水閥(fá)1進入過(guò)濾罐2,3爲(wei)标準表(biao)，可以監(jian)視管道(dào)中的流(liú)🤟量值,電(diàn)動💞調節(jiē)閥4起選(xuan)通作用(yòng),從平衡(heng)罐5流出(chu)的流體(tǐ)進入金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計8,再經(jīng)過流量(liang)調節閥(fá)10從噴嘴(zuǐ)🌈11不斷向(xiàng)量器13中(zhong)注入，當(dang)量器13中(zhong)注滿流(liú)體以後(hòu)換向器(qì)12自動換(huan)向,使得(dé)從噴嘴(zui)11流過來(lái)的流體(ti)⭐不再進(jìn)入量器(qi)13,而是進(jin)入量器(qì)13右側的(de)回水槽(cao),此時💁電(diàn)子秤15可(kě)以稱出(chū)量器13中(zhōng)流體的(de)重量，通(tōng)過計算(suan)機17中的(de)程序顯(xiǎn)示結果(guǒ)可以看(kan)到流量(liàng)值，之後(hòu)打開放(fàng)水閥14放(fang)水🤩，當量(liàng)器13中的(de)水全部(bù)都放完(wán)時,電子(zi)秤15清零(líng),換向器(qì)12又自動(dòng)換向到(dao)量器13-側(ce),使得流(liu)體不斷(duàn)的注入(rù),準備下(xià)一次實(shí)驗.
3.2實驗(yan)數據
　　實(shí)驗過程(cheng)中選取(qǔ)10個流量(liàng)點進行(háng)實驗,單(dān)行程每(mei)點重複(fu)🌈測量3次(ci)💰,正反行(hang)程各5次(ci).對每個(ge)實驗點(diǎn)處的樣(yang)本取平(píng)均(30次平(píng)均值).實(shí)驗數據(jù)如表4,表(biǎo)5和表6所(suǒ)示，其中(zhōng)标準流(liú)量是實(shi)驗過程(chéng)中利用(yòng)稱重法(fǎ)得到的(de)流量,即(jí)流過金(jin)屬浮子(zi)流量計(jì)的流量(liang),浮子高(gao)度是浮(fu)子在錐(zhui)管中的(de)垂直位(wèi)置.同樣(yàng)數據表(biao)🌈中的第(dì)三列⭐是(shì)利用公(gōng)式(3)計算(suan)出來的(de)非線性(xing)誤差.
 
3.3實(shi)驗數據(jù)分析
　　如(ru)圖5所示(shì)爲根據(ju)實驗過(guò)程中所(suo)得到的(de)标準流(liu)量和浮(fu)子高度(du)之間的(de)對應關(guān)系曲線(xiàn)及相應(yīng)的利用(yòng)最小二(èr)乘法得(dé)到的拟(nǐ)合直線(xiàn).
 
　　下面對(dui)行程分(fen)别是45mm、50mm,55mm的(de)浮子流(liú)量計的(de)非線性(xìng)誤差值(zhi)作一下(xia)比較.從(cóng)表4、表5，表(biǎo)6中的非(fēi)線性誤(wù)差數據(ju)可以看(kan)出，在實(shi)驗過程(cheng)中流🈲量(liang)和浮子(zǐ)高度之(zhi)間也并(bing)不是簡(jian)單的一(yi)對應的(de)線性關(guān)系,二者(zhě)之間存(cun)在嚴重(zhòng)的非線(xiàn)性，這也(ye)進㊙️一步(bu)證明了(le)在進行(háng)流量計(ji)算時不(bu)能利用(yong)公式(2)對(dui)流量和(he)高度之(zhī)間的關(guān)系進行(hang)🌈線性化(hua)處理,而(er)應該利(lì)用公式(shì)(1)進行計(ji)算.
當浮(fú)子行程(cheng)是45mm(錐半(bàn)角φ=21°06')時:最(zuì)大非線(xian)性誤差(cha)γmax=12.43%，平均非(fei)🔆線性誤(wù)差🏃🏻γ=6.71%.
當浮(fu)子行程(chéng)是50mm(錐半(bàn)角中=18°16')時(shí):最大非(fei)線性誤(wù)差γmax=11.45%,平均(jun1)非線性(xìng)㊙️誤🍓差γ=5.08%.
當(dang)浮子行(háng)程是55mm(錐(zhui)半角φ=15°15')時(shi):最大非(fēi)線性誤(wù)差γmx=5.66%,平均(jun1)非線💃🏻性(xìng)🚶誤🐅差V=3.28%.
　　對(dui)比.上述(shu)兩組最(zuì)大非線(xian)性誤差(chà)和平均(jun1)非線性(xìng)誤差🌈的(de)數值🥰可(kě)以看出(chū)，當浮子(zi)行程爲(wei)45mm、50mm,55mm，相應的(de)錐半角(jiao)爲φ=21°06'φ=18°16'φ=15°15'時🈲浮(fú)子❄️流量(liang)🤞計非線(xian)性誤差(chà)的最大(dà)值和平(píng)均值☁️也(ye)都有了(le)很明顯(xian)的減🤟小(xiǎo)，其中浮(fú)子流量(liang)計的線(xiàn)性☔度即(ji)最大非(fei)線性誤(wù)差分别(bie)爲γmax=12.43%γmax=11.45%γmax=5.66%,儀表(biǎo)的線性(xìng)度得到(dao)了很好(hao)的.改善(shàn).
4結論
　　本(ben)文針對(duì)浮子流(liú)量計的(de)線性度(du)問題進(jìn)行了研(yan)究，文中(zhong)給📧出了(le)在三種(zhong)行程下(xià)不同的(de)流量點(dian)處的非(fēi)線性🚶誤(wù)差值，并(bìng)從理論(lùn)和實驗(yan)做了對(dui)比分析(xī).理論分(fèn)析和實(shí)驗研究(jiu)表明,在(zai)目前⭕應(ying)用的💋短(duan)管型浮(fu)子☔流量(liàng)計中流(liu)量和浮(fu)子高度(dù)之間不(bu)是一--對(dui)應的線(xian)🏃性關系(xi),因此在(zai)進行流(liu)量計時(shí)不能選(xuan)用公式(shi)(2),而應⛷️該(gāi)選擇公(gong)式(1).
　　分析(xī)兩個行(háng)程下的(de)浮子流(liu)量計非(fēi)線性誤(wu)差數據(ju)可以📱得(dé)到如下(xia)結論:浮(fú)子的行(hang)程(錐管(guan)的錐角(jiǎo))是影響(xiang)浮子流(liu)♍量計線(xian)性度的(de)一個重(zhong)要因素(su),适當增(zēng)加🙇‍♀️浮子(zǐ)的行程(cheng)、減🐕小錐(zhuī)管♊的錐(zhui)角🏃‍♂️，可以(yǐ)使一次(cì)儀表的(de)線性度(du)有很大(dà)的改善(shan)，這對于(yú)浮子流(liu)量傳感(gǎn)器結構(gou)的設計(ji)與優化(hua)具有重(zhong)要的指(zhi)導意義(yì).

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