摘要:根據(ju)渦輪流量傳(chuan)感器f-v.非線性(xìng)曲線特點,采(cǎi)用分段🎯線性(xìng)化的方法,處(chù)理渦輪流量(liàng)傳感器ƒ-Qv拟合(he)曲線,預🛀🏻期達(dá)到如下目的(de):①提高渦輪流(liu)量傳感器測(cè)量精度。②擴展(zhǎn)渦輪流量傳(chuán)感器在相同(tong)精🙇🏻度下的使(shǐ)用範圍,減少(shao)因校驗不合(hé)格,使渦☂️輪流(liú)量傳感器報(bào)廢而造成的(de)浪費。③這種分(fen)段線性化處(chù)理方法,可以(yi)推⛹🏻‍♀️廣到其它(ta)領域的各種(zhong)非線性傳感(gan)器線性化處(chu)理✉️過程,擴展(zhǎn)㊙️其測量範圍(wéi),提高其測量(liang)精度。
0引言
　　按(àn)JJG1037-2008(渦輪流量計(jì) 檢定規程》要(yao)求,線性誤差(cha)是渦輪流量(liàng)傳感器基本(běn)誤🧑🏾‍🤝‍🧑🏼差的重要(yao)組成部分，從(cóng)實際出發,在(zai)重複性滿足(zú)的情況下，渦(wo)輪流量傳感(gan)器的線性使(shǐ)用範圍大大(dà)縮小了,這樣(yàng)将減少渦輪(lún)流量傳感器(qì)的使用價值(zhi)。
　　爲此,校準渦(wō)輪流量傳感(gǎn)器過程中,在(zai)重複性滿足(zú)其誤差🈲五分(fen)🔱之-的情況下(xià),采用分段線(xian)性化的處理(li)方法,不但🌂可(ke)以增加渦輪(lun)流量傳感器(qi)的測量範圍(wei)和測量精度(du),還可以增加(jia)渦輪流量傳(chuan)感器使用價(jia)值,對企業來(lai)說減少因渦(wo)輪流量計檢(jiǎn)定不合格引(yin)🌐起的資源浪(lang)費。
1傳感器的(de)線性特性與(yǔ)分段線性化(huà)
1.1渦輪流量傳(chuan)感器的線性(xìng)特性
　　K-Qv特性曲(qǔ)線說明f-Qv特性(xìng)曲線全量程(cheng)存在非線性(xìng),特别是🌈高粘(zhan)度介質，且有(yǒu)一定規律,如(ru)圖所示1。
 
　　根據(jù)理論分析,渦(wo)輪流量傳感(gan)器K-Qv理想特性(xìng)曲線是平行(hang)于Qv軸的直線(xian),但由于流體(ti)粘力特性的(de)影響和葉輪(lún)上所🐇受阻力(li)矩作用的結(jié)果,實際的特(tè)性曲線具有(yǒu)高峰特征🔴,高(gao)峰出現在傳(chuan)感器上🈚限流(liu)量的20%~30%處,産生(shēng)高峰特征的(de)原因是:當流(liu)量減小到😍某(mǒu)一數值⭐(通常(chang)爲20%~30%上限🍓流量(liang))時,作用于渦(wo)輪上的💞旋轉(zhuǎn)力矩和粘滞(zhì)阻力矩❗都相(xiang)應地減小。但(dan)粘滞阻力矩(ju)減小更顯著(zhe),所以渦輪的(de)轉速反而提(ti)高,特性曲線(xiàn)出現高峰,随(suí)着流量的進(jìn)一步減小,這(zhè)樣使作用在(zài)渦輪.上的所(suǒ)有阻力矩的(de)影響相對突(tu)出,渦輪轉速(su)降得快🙇‍♀️,特性(xìng)曲線明顯下(xia)降,相反，當流(liú)量增大到超(chao)過某--值時,作(zuo)用在渦🆚輪上(shang)的旋轉力矩(jǔ)增大，當與阻(zu)力矩達💋到平(ping)衡時,特性曲(qǔ)線就顯得較(jiào)平直。
　　爲了獲(huò)得高測量精(jīng)度，渦輪流量(liang)傳感器的使(shǐ)用範圍應選(xuan)在特性曲線(xian)的線性段。
　　另(ling)外,被測流體(ti)物理特性對(duì)渦輪流量傳(chuán)感器線性有(you)影響🌈，其中流(liú)體粘度影響(xiǎng)最大,這一點(dian)必須清楚,由(you)于✂️流體皆具(jù)有粘性,使得(de)流體對渦輪(lun)産生粘滞阻(zu)力距,被測流(liú)體的變化,對(duì)流量計特性(xing)的影響較大(dà),定性的分析(xi),随着流體粘(zhān)度的增大,對(dui)✨于任意口徑(jìng)的傳感器來(lai)說，它的線性(xìng)範圍縮小，對(dui)一-定口徑🤩的(de)傳感器而言(yán),粘度變化對(dui)線性特性曲(qu)線的下限流(liú)量處影響最(zui)大,随着流量(liàng)的增大影響(xiǎng)反而減小。對(duì)💛不同口徑的(de)傳感器來說(shuo),口徑越大,粘(zhān)🔅度變化對線(xian)性特性的影(ying)響越小,口徑(jìng)越小，影響越(yuè)大,如㊙️圖2所🈲示(shì)。
 
　　由此可以看(kàn)出,不管什麽(me)樣的流體介(jie)質,粘度對傳(chuan)感器✔️測量的(de)🔞線性特性都(dōu)有影響,因此(ci),在全量程範(fàn)♍圍内🔞,按照JJG1037-2008要(yao)求,數字式流(liú)量二次儀表(biao)隻能利用儀(yí)表系數✂️K的線(xian)性段30%Qmax.以上,對(duì)于30%Qmax.以下重複(fú)性好的非線(xiàn)性段,無法使(shi)用,大大縮了(le)渦輪流量計(jì)的使用範圍(wei),造成資源的(de)浪費。
　　爲了擴(kuò)展渦輪流量(liàng)計的使用範(fan)圍,可以像圖(tú)3那樣，将渦♻️輪(lún)流量計流量(liàng)測量範圍分(fèn)段線性化處(chu)理(前提是:渦(wo)輪流量傳感(gan)器标🐕定時,重(zhong)複性滿足使(shǐ)用精🏃‍♂️度的五(wǔ)分之--)，依♌據渦(wo)輪流量計🚶K-Qv理(li)論特性曲線(xian)規律🔴，劃分成(chéng)3段以上，采用(yòng)10分段或20分段(duàn)的智能流量(liàng)=_次儀表，進行(hang)ƒ-Qv變換,即可達(da)到全量程滿(mǎn)足使用精度(dù)的目的,使用(yòng)這種分段線(xian)性化處理渦(wō)輪流量計方(fang)法,可以擴展(zhan)渦輪流量計(jì)的測量範圍(wéi),減♋少渦輪流(liu)量計報廢,節(jie)約工廠資源(yuan)。.
 
1.2非線性處理(lǐ)方法:分段線(xian)性化
　　在實際(ji)測量數據處(chù)理過程中,最(zui)小二乘法是(shi)線性化數🏃🏻‍♂️據(ju)處理的基石(shí)，在非線性化(hua)傳感器輸出(chū)過程中,分段(duàn)線🤟性化處理(li)對傳感器全(quan)量程輸出精(jīng)度提高有特(te)殊貢獻☎️。
　　實際(jì)上，在渦輪流(liu)量校準過程(chéng)中,流體經過(guò)渦輪流量🔞傳(chuán)感器⛹🏻‍♀️将非電(dian)量信号流速(su)(V)轉換成電量(liàng)信号一🌈ƒ(Hz)。我們(men)依據實際流(liu)量💰Qv(l/min)經流量傳(chuán)感器變換成(chéng)電量信号頻(pin)率ƒ(Hz)的對應👈關(guan)系,即ƒ-Qv函數關(guan)系,進行-元線(xian)性回歸分析(xī),拟合出渦輪(lún)流量傳感器(qi)ƒ-Qv特性曲線,發(fā)現渦輪💋流量(liàng)傳感器ƒ-Qv曲線(xiàn)與渦輪流量(liàng)傳感器K-Qv特性(xing)曲線反映規(guī)律特性一🤩緻(zhì)，如圖1和圖4對(dui)應關系，它具(ju)有非線性特(tè)點,且在流量(liang)30%Qmax以上具有線(xiàn)性特點，因此(ci)我們可以采(cǎi)用全量程分(fen)段線性化處(chù)理的方法,每(mei)一段采用最(zui)小二乘法處(chù)理ƒ和Qv數據,拟(ni)🐉合出ƒ-Qv拟合曲(qǔ)線,如圖㊙️4所示(shi)。渦輪流量計(ji)🔞分段線🤟性化(huà)處理流程圖(tú)見圖5。
 
2渦輪流量(liang)計分段線性(xing)化處理結果(guo)評估
　　從理論(lun)上講,分段線(xian)性化可适用(yong)于所有非線(xiàn)性傳感器💚線(xian)🐉性化處理,這(zhe)種結果風險(xian)的關鍵在于(yu):①渦輪流量👌傳(chuán)感器全量程(cheng)标定,尋找ƒ-Qv實(shi)測曲線真實(shi)拐點帶來的(de)風險。②渦輪流(liu)量✔️傳感器下(xià)限流量複現(xiàn)性帶來的風(feng)險。隻要把握(wò)住這兩點,基(jī)本可控制渦(wō)輪流量計分(fèn)段線性化處(chu)理結🐕果的正(zheng)确性。
　　下面是(shì)一組實驗數(shu)據:2025年12月15日用(yòng)現場流量校(xiào)準裝置(YIJZ-01)對渦(wō)輪流量傳感(gǎn)器LWGY-4(編号090402)進行(hang)校準。用15号紅(hóng)油，在☎️32℃條件下(xia),先标定，後校(xiào)驗測量結果(guǒ)。現場标定與(yu)驗證☀️數據處(chù)理結果💯分别(bie)見表1、表2。标定(ding)與驗證曲線(xiàn)見圖6、圖7。表1數(shù)據🔱表明:該渦(wō)輪流量計重(zhòng)複性最‼️大值(zhi)爲0.151%;表2結果表(biǎo)明:該‼️渦輪流(liu)量計重複性(xing)爲0,最大示值(zhi)誤差🈲爲-1.0%。
 
 
以上(shang)标定數據和(hé)驗證數據及(jí)圖6、圖7說明:
①按(an)JJC1037-2008要求,滿足1%誤(wù)差要求，此渦(wo)輪流量計隻(zhī)能用4.15843~5.69897(L/min)流量💁線(xian)性段🔅(線性度(du):0.83%,基本誤差:0.84%)。
②按(àn)分段線性化(hua)處理,在滿足(zu)1%誤差要求，可(kě)将渦輪流量(liàng)計量程擴展(zhǎn)到0.29588~5.13462L/min量程。
3總結(jié)
　　理論分析和(hé)實際測量數(shu)據說明:分段(duàn)線性化處理(lǐ)方法,在滿足(zu)其精度要求(qiú)的前提下,完(wán)全可以擴展(zhǎn)🙇🏻渦輪🏃‍♂️流量計(ji)的❌測量範圍(wéi)，并且分段線(xiàn)性化處理方(fāng)✌️法可以适用(yòng)于所有傳感(gǎn)器非線性段(duan)線性化處理(lǐ)。

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