[摘要]渦(wō)輪流量計 應用十(shí)分廣泛，但是當被(bei)測介質運動粘度(du)較高時，渦✌️輪流量(liang)傳感器儀表系數(shù)随着流速的增加(jiā)而變化，波動較💞大(dà)，其變化規律呈現(xian)非線性。口徑爲DN10的(de)渦☀️輪流量計在流(liu)體介質粘度爲43.49cSt條(tiao)件下⚽其儀表系數(shù)✉️随流速變化的規(guī)律，通過在可👨‍❤️‍👨變粘(zhan)度标準裝置進行(háng)的實驗，得😍到實驗(yàn)數據🏃‍♂️，拟合出了高(gāo)🔞粘度渦輪流量計(ji)流速修♌正算法，運(yùn)用該算🌂法，可以将(jiāng)渦輪流量計的儀(yí)表❤️系數精度由4.4%提(ti)高到0.83%，并對此算法(fǎ)了進行實驗驗證(zheng)，證明了該❗算法的(de)有效性。
引言
　　渦輪(lún)流量計在流量測(ce)量領域有着非常(cháng)廣泛的應用，可以(yi)用⛹🏻‍♀️于工業油品測(ce)量，民用自來水測(cè)量以及科學計量(liàng)[1]。渦輪流量傳感器(qì)屬于速度式流量(liang)計，它的工作原理(lǐ)是利用流體流動(dong)時産生💃的推力使(shǐ)渦輪流量計渦輪(lun)葉片轉動，渦輪穩(wen)定轉速🧑🏾‍🤝‍🧑🏼後，流體流(liú)過的體積流🔞量和(he)渦輪的轉速成正(zhèng)比，以此來計算⭕被(bei)測流體的體積流(liú)量[2]。一般的💔，把渦輪(lún)流量計單位時間(jiān)内輸出的脈🔞沖個(gè)數與實際流🔅過流(liú)量的比值稱爲渦(wo)輪流量計的儀表(biǎo)系數。渦輪流量傳(chuan)感器需要在投入(ru)使用前，在标準計(ji)量裝置上進行标(biao)定，即通過實驗計(jì)算出該渦輪流量(liang)傳感器的儀表系(xi)數。由此可見，渦輪(lun)流量傳感器的儀(yi)表系數精度直接(jie)🤩影響着最終流量(liang)數據測🧑🏽‍🤝‍🧑🏻算的精度(dù)。
　　但是，經過國内外(wài)科研人員的大量(liang)實驗證明，被測流(liu)體介質的粘度對(duì)渦輪流量計測量(liàng)時的儀表系數有(you)✔️着很大的影響，當(dāng)被測介質爲水或(huò)者低粘度🔴介質且(qie)流量高于0.5L/s時，渦輪(lun)流量計儀表系數(shu)基本保持恒定，但(dàn)當被測介質粘度(du)升高，儀表系數會(huì)一直💘随着粘度的(de)增加而增加，尤其(qí)是當介💞質粘度高(gāo)于✔️50cSt時，其線性範🤞圍(wei)🍓完全消失。在實際(jì)的流量測量🙇‍♀️過程(cheng)當中，測量高粘度(du)🌍油品介質時，很難(nan)保證介質流速恒(héng)定，一旦出現流量(liàng)♊波動，渦輪流量計(ji)就會産生較大誤(wu)差。所以，對渦輪流(liú)量計在高粘度介(jiè)質測量時不同流(liu)速下的儀表系數(shu)進行分析有非常(cháng)重要的意義。
1實驗(yan)裝置
　　渦輪流量計(ji)在高粘度介質測(cè)量時不同流速下(xià)儀表系數的變化(huà)規律，使用中航工(gōng)業4113計量站可變粘(zhān)度标準裝置，該裝(zhuang)置被測流體介質(zhi)爲4050航空潤滑油㊙️，其(qí)有着很好的高低(dī)溫性能，正常使用(yòng)❌溫度範圍爲-40℃～200℃，短期(qī)可達👌220℃。管道内潤㊙️滑(huá)油的流量大小由(yóu)變頻油泵🆚控制，變(bian)頻輸出電壓爲380～650V，輸(shū)出功率爲0.75～400kW，工💋作頻(pín)率爲0～400Hz，它的主電路(lu)采用交-直-交電路(lu)。在👣油箱儲罐中内(nei)置加熱系統，可❤️以(yǐ)對航🌈空潤滑🔞油進(jìn)行加熱，以此來改(gai)變被測介質的粘(zhān)度。對溫度的控制(zhì)使用可編程邏輯(ji)⛹🏻‍♀️控制器，内置PID算法(fǎ)，由油箱中的溫度(dù)傳感器、油箱中⭕的(de)加熱器以及控制(zhi)器構成閉合溫度(dù)控制回路，保證油(you)品介質在管道内(nèi)高👉速循環流動的(de)同時溫度㊙️誤差不(bu)超過±1℃。該裝置可測(cè)流量範圍是0.5m3/h~70m3/h，可變(biàn)溫度範圍是-30℃~155℃，油溫(wēn)控制的精度爲±5%，标(biāo)準秤的測量精度(dù)爲0.02%，裝置不确定度(dù)爲0.05%。裝置👈結構原理(lǐ)圖如圖1所示。

2實驗原理(li)
　　該裝置的測量原(yuan)理是靜态稱重法(fǎ)，即在固定的時間(jiān)内，使用電腦采集(ji)渦輪流量計輸出(chū)脈沖個數，同⭐時将(jiang)流過❌的流體全部(bù)引入到标準秤中(zhōng)稱重，除以對應密(mi)度來計算流過的(de)真實體積流量，最(zui)終再用累積體積(jī)流量除以總脈沖(chòng)個💜數計算出渦輪(lun)流量計的儀表系(xì)💋數。
　　實驗開始前首(shou)先開啓油泵，使潤(run)滑油在管道内勻(yún)速循💚環流動，根據(ju)已知的介質粘度(dù)與溫度的對應關(guan)系表，選擇要測試(shì)‼️的介質粘度所對(dui)應的溫度，然後開(kāi)始對介質加熱，使(shi)裝置内的介質達(dá)到設定的溫度及(jí)其📞對應的粘💘度。實(shí)驗開始後，實驗員(yuan)在上位機電腦上(shàng)點擊實驗開始，換(huàn)向閥立即動作，流(liu)過渦輪流量計的(de)流體會全部引入(rù)到标準秤中，與此(cǐ)同❌時電腦開始計(jì)時并采集渦輪流(liu)量傳感器的輸出(chū)脈沖數，經過一分(fèn)鍾後停止，标準秤(cheng)會自⭐動上傳流🈲體(tǐ)累積質量至上位(wei)機，上位機通過該(gai)介質溫度密⭐度對(dui)應表再計算出體(ti)積♍，再通過體積除(chú)以脈沖總個數得(dé)到儀表系數。在實(shí)驗過程中，系統計(jì)算機中的程序會(hui)記錄單次實驗持(chí)續的⁉️實驗時間、累(lèi)積總脈沖數、累🈲積(ji)質量流量、瞬時流(liu)量、流體🌈當前溫度(du)下的密度、流體溫(wen)度等信息。
3實驗方(fāng)案
　　實驗采用口徑(jing)爲DN10的渦輪流量傳(chuan)感器，如圖3所示。實(shí)驗中選🔞擇10℃進行實(shí)驗測試，對應的流(liu)體介質的粘度爲(wei)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㊙️流量(liang)點進行，實驗流量(liàng)範圍爲0.3m3/h到1.5m3/h。

　　實驗中每個流(liu)量點均進行3次測(ce)量，（j=1，2，3），3次測量的平均(jun)儀表系🙇‍♀️數作爲此(ci)流量點的儀表系(xi)數Ki（i=1，2，3，4，5），各流量點儀表(biao)系🌈數最小值♍與最(zui)大值的平均值，作(zuò)爲傳感器的☔儀表(biao)系數。
依照國标渦(wō)輪流量計檢定規(gui)程，累積流量的相(xiang)對㊙️示值誤差爲：

4實(shí)驗數據和結果
　　實(shí)驗測得在流體介(jiè)質的粘度爲43.49cSt條件(jian)下，DN10口徑的渦輪流(liu)量傳🏃感器在各個(gè)實驗流量點的儀(yí)表系數Ki如表1所示(shì)。

　　使用函數拟合軟(ruan)件Originpro2017對所得數據進(jìn)行拟合，Origin爲OriginLab公司出(chū)品的較流🛀行的專(zhuan)業函數繪圖軟件(jian)，是公認的簡🐇單易(yì)♋學、操作靈活、功能(néng)強大的軟件，既可(kě)以滿足一般用戶(hù)的制圖需要，也可(ke)以滿足高級✔️用戶(hù)數據分⚽析、函數拟(nǐ)合的需要。
使用Origin軟(ruǎn)件中的四次多項(xiang)式polynomial拟合公式，使用(yòng)最小二乘法，得到(dào)如✉️下函數，其中流(liú)速爲自變量X，儀表(biǎo)系數🌏爲因變量Y：
Y=1486.9+86.9X+426.49X2-517.4X3+157.9X4
圖(tu)4爲流量與儀表系(xì)數的拟合曲線圖(tu)。
表2爲各對應流量(liang)點的拟合後儀表(biǎo)系數的誤差。
　　如果(guo)直接采用各個流(liú)量點的儀表系數(shù)取平均值得🌏儀🏃表(biao)系數爲1610.68，表3爲未采(cai)用拟合修正公式(shì)流量點對應🈲儀表(biǎo)系數誤差💘。


　　爲證明該高(gao)粘度變流速自适(shì)應算法及公式的(de)有效性，重♌新🐅選取(qu)四個流量點：0.4m3/h、0.6m3/h、0.8m3/h、1.0m3/h對該(gāi)公式以及算法進(jìn)行精度驗👉證，得到(dào)表4數據，表5爲各對(duì)應流量點的拟💚合(he)後儀表系數🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的誤(wu)差。

　　如果直接采用(yong)各個流量點的儀(yí)表系數取平均值(zhí)得儀表系數爲1610.68，表(biao)6爲未采用拟合修(xiū)正公式流量點對(duì)應🈲儀表🌏系數誤差(chà)。

　　實驗結果表明，經(jīng)過這種高粘度變(biàn)流速自适應算法(fǎ)修🚩正後，儀表系數(shù)精度提高到0.83%。如果(guǒ)隻是簡單将儀表(biǎo)系數取平均，最大(da)誤差将達到4.4%。而且(qie)從修正後儀表系(xi)數誤差值與未💛經(jing)過修正儀表系數(shù)誤差值相比，基本(běn)各個流量🌍點精度(dù)都✍️有較大的提升(sheng)。
5結論
　　對高粘度下(xià)渦輪流量計在測(cè)量變流速流體介(jie)質時的儀表系數(shù)變化規律進行了(le)研究，在43.49cSt粘度條件(jian)下，使用DN10渦輪流量(liang)傳🌈感器在0.3m3/h~1.5m3/h流速範(fàn)圍内進行實驗，并(bing)提出💃🏻一種高粘度(du)變流速自适應算(suan)法，該高粘度變流(liú)速算法能夠将儀(yí)表系數精度由4.4%提(tí)高到0.83%，并對此進行(háng)了驗證，結果證明(míng)此算法确實能夠(gòu)大幅提高渦輪流(liu)量計的測量精度(du)。

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