摘要:根據渦(wo)輪流量傳感器f-v.非(fēi)線性曲線特點,采(cai)用分🈲段❌線性化🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的(de)方法,處理渦輪流(liú)量傳感器ƒ-Qv拟合曲(qǔ)線,預期達到如下(xià)目的:①提🌈高渦輪流(liu)量傳感器測量精(jing)度。②擴展渦輪流量(liang)傳⛱️感器在相同精(jing)度下的使用範圍(wei),減少因校驗不🈲合(he)格,使渦輪流量傳(chuán)感器報廢而造成(chéng)的浪費。③這種分段(duàn)線性化處理🏒方法(fa),可以推🙇🏻廣到其它(tā)領域😘的各種非線(xian)性🐉傳感器線性化(huà)處理✔️過程,擴展✔️其(qi)測量範圍,提高其(qí)測量精度。
0引言
　　按(an)JJG1037-2008(渦輪流量計 檢定(dìng)規程》要求,線性誤(wù)差是渦輪流量傳(chuán)感器基本誤差的(de)重要組成部分，從(cóng)實際出發,在重複(fú)性滿足的情況下(xià)，渦輪㊙️流量傳感器(qì)的線性使用範圍(wéi)大大🧑🏾‍🤝‍🧑🏼縮小了,這樣(yang)将減少渦輪流量(liang)傳感器的使用價(jià)值。
　　爲此,校準渦輪(lún)流量傳感器過程(cheng)中,在重複性滿足(zú)其誤差五分之-的(de)情況下,采用分段(duan)線性化的處理🌏方(fang)法,不但🎯可以增加(jia)渦輪流量傳感器(qi)的測量範圍和測(ce)量精度,還可以增(zēng)加渦輪流量傳感(gǎn)器使用價值,對企(qi)業來說減少因渦(wō)輪流量計檢定不(bú)合格引起的資源(yuán)浪費。
1傳感器的線(xiàn)性特性與分段線(xiàn)性化
1.1渦輪流量傳(chuán)感器的線性特性(xing)
　　K-Qv特性曲線說明f-Qv特(tè)性曲線全量程存(cún)在非線性,特别是(shì)高粘度介質，且有(yǒu)一定規律,如圖所(suo)示1。
 
　　根據理論分析(xi),渦輪流量傳感器(qì)K-Qv理想特性曲線是(shì)平行于Qv軸的直線(xiàn),但由于流體粘力(li)特性的影響和葉(yè)輪上所受阻力矩(jǔ)作用👉的結果,實際(ji)的特性曲線具有(you)高峰特征,高峰出(chū)現在傳感器上限(xian)流量的20%~30%處,産生高(gāo)峰特征的原因是(shì):當流量減小到某(mou)一數值(通常爲20%~30%上(shang)限流量)時,作用于(yu)渦輪上的旋轉力(li)矩和📞粘滞阻力矩(ju)💘都相應地減小。但(dan)粘滞阻力矩減小(xiǎo)更顯著,所以渦輪(lún)的🍉轉速反而提高(gao),特性曲線出現高(gao)峰,随着流量的進(jin)一步減小,這樣使(shi)作用在渦輪.上㊙️的(de)所有阻力矩的影(ying)響🔞相對突出,渦輪(lún)轉速降得快,特性(xìng)曲線明顯下降,相(xiàng)反🌈，當流量增大到(dào)超過某--值❗時,作用(yong)在渦輪上的旋轉(zhuǎn)力🏃‍♀️矩增大，當與阻(zu)力矩達到平衡時(shí),特性曲線就顯得(de)較平直。
　　爲了獲得(de)高測量精度，渦輪(lun)流量傳感器的使(shi)用範圍應選在特(te)性曲線的線性段(duàn)。
　　另外,被測流體物(wu)理特性對渦輪流(liu)量傳感器線性⛹🏻‍♀️有(you)影響，其中流體粘(zhān)度影響最大,這一(yī)點必須清楚⭐,由于(yú)🙇‍♀️流體皆具有粘⛷️性(xing),使🚶得流體對渦輪(lun)産生粘滞阻力距(jù),被測流體的變化(huà),對流量計特性的(de)影響較大,定性的(de)分析,随着流體粘(zhan)度❗的增大,對🌈于任(ren)意口徑的傳感器(qi)✍️來說，它的線性範(fàn)圍縮小，對一-定口(kou)徑⛷️的傳感器而♍言(yan),粘度變化對線性(xing)特性曲線的下限(xiàn)流量處影響最大(da)👈,随着流量的增大(dà)📞影響反而減小。對(dui)不同口徑的傳感(gǎn)器來說,口徑越大(da),粘度變化對線性(xìng)特性的影響越小(xiao),口徑越小，影響越(yue)大,如🔞圖2所示。
 
　　由此(ci)可以看出,不管什(shí)麽樣的流體介質(zhì),粘度對傳😄感器測(cè)量的線性特性都(dōu)有影響,因此,在全(quan)量程範圍内,按照(zhao)JJG1037-2008要求🔴,數字式流量(liang)二次儀表隻能利(lì)用儀表系數K的線(xiàn)性段30%Qmax.以上,對于30%Qmax.以(yǐ)下重複性好的非(fei)線性段,無法使用(yòng),大大縮了渦輪🔅流(liu)量計的使用範圍(wéi),造成資源的浪費(fèi)。
　　爲了擴展渦輪流(liú)量計的使用範圍(wéi),可以像圖3那樣，将(jiāng)渦輪流量🏒計流量(liàng)測量範圍分段線(xian)性化處理(前提是(shì):渦輪流量傳感器(qi)标定時,重複性滿(man)足使用精度的五(wǔ)分之--)，依據渦輪㊙️流(liu)量計K-Qv理論特♍性曲(qǔ)線規律，劃分成3段(duan)以上，采用10分段或(huo)20分段的智能流量(liang)=_次儀表，進行ƒ-Qv變換(huan),即可達到全量程(chéng)滿足使用精度的(de)目的,使用這種分(fen)段線性化處理渦(wō)輪流量計方法,可(ke)以擴展渦輪流量(liàng)計的測量範圍,減(jian)少渦輪流量計報(bào)🌍廢,節約工廠資源(yuán)。.
 
1.2非線性處理方法(fa):分段線性化
　　在實(shi)際測量數據處理(li)過程中,最小二乘(chéng)法是線性化數據(ju)處理的基石，在非(fēi)線性化傳感器輸(shu)出過程中,分段線(xiàn)🔞性化處理對傳感(gan)器全量程輸出精(jīng)度提高有特殊貢(gong)獻。
　　實際上，在渦輪(lún)流量校準過程中(zhong),流體經過渦輪流(liú)量📧傳感器将非電(diàn)量信号流速(V)轉換(huan)成電量信号一ƒ(Hz)。我(wǒ)們依據實際流量(liang)Qv(l/min)經流量傳感器變(bian)換成電量信💞号頻(pín)率⭐ƒ(Hz)的對應關系,即(jí)ƒ-Qv函數關系,進行-元(yuán)線性回歸分析,拟(ni)合出渦輪流🐪量傳(chuan)感器ƒ-Qv特性曲線,發(fā)現渦輪流量傳感(gǎn)器ƒ-Qv曲線與渦輪流(liú)量傳感器K-Qv特性曲(qu)線反映規律特性(xìng)一緻，如圖1和圖4對(dui)應關系，它具有非(fei)線性特點,且在流(liú)量30%Qmax以上具有線性(xìng)特點，因此我們可(kě)以采用全量程分(fèn)段線性化處理的(de)方法,每一段采用(yong)最小二乘法處理(li)ƒ和Qv數據,拟合出ƒ-Qv拟(nǐ)合曲線,如圖4所示(shi)。渦輪流量計👉分段(duàn)線性化處理流程(chéng)圖見圖5。
 
2渦輪流量(liàng)計分段線性化處(chù)理結果評估
　　從理(lǐ)論上講,分段線性(xing)化可适用于所有(yǒu)非線性傳感器線(xian)性化處理,這種結(jie)果風險的關鍵在(zai)于:①渦輪🎯流量傳感(gǎn)器全✂️量程✉️标定,尋(xun)找ƒ-Qv實測曲線真實(shi)拐點帶來的風險(xian)。②渦輪流量傳感器(qi)下限流量複現性(xing)帶來的風險📞。隻要(yao)把握住這兩點,基(jī)本可控制渦輪流(liú)量計分段線🔞性化(huà)處理結果的正确(que)性。
　　下面是一組實(shí)驗數據:2025年12月13日用(yòng)現場流量校準裝(zhuang)置(YIJZ-01)對渦輪流量傳(chuan)感器LWGY-4(編号090402)進行校(xiao)準。用15号紅油，在32℃條(tiao)件🌈下,先标定，後校(xiào)驗測量結果。現場(chang)标定與驗證數據(jù)處理結果分别見(jian)🌂表1、表2。标定與驗證(zheng)曲線見圖6、圖7。表1數(shù)據表明:該渦輪流(liu)量計重複性最大(da)值爲0.151%;表2結果表明(míng):該渦輪流量計重(zhong)複性爲0,最大示值(zhí)誤差🚶爲-1.0%。
 
 
以上标定(ding)數據和驗證數據(ju)及圖6、圖7說明:
①按JJC1037-2008要(yào)求,滿足1%誤差要求(qiu)，此渦輪流量計隻(zhi)能用4.15843~5.69897(L/min)流量線性段(duan)(線性度:0.83%,基本誤差(chà):0.84%)。
②按分段線性化處(chù)理,在滿足1%誤差要(yào)求，可将渦輪流量(liang)計量程擴展到0.29588~5.13462L/min量(liàng)程。
3總結
　　理論分析(xi)和實際測量數據(jù)說明:分段線性化(huà)處理😘方法🐆,在滿足(zu)其精度要求的前(qian)提下,完全可以擴(kuo)展渦輪流量計的(de)測量範圍，并且分(fèn)段線性化處理方(fāng)法可以适用于所(suǒ)有傳感器非線性(xìng)段線性化處理。

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