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  時間:2023-8-2 08:25:11

渦輪流量計校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理與分析

摘要:渦輪流量計是一種典型的速度式流量計,與顯示儀表組合實現(xiàn)對流體的測量和記錄,在航空液壓油、潤滑油流量測量中被廣泛使用,本文就高粘度介質(zhì)渦輪流量計校準(zhǔn)結(jié)果如何處理以及處理結(jié)果對實際使用的影響進(jìn)行分析。
0引言
  渦輪流量計是一種速度式流量儀表,由于具有測量精度高、反應(yīng)速度快、測量范圍廣、價格低廉、安裝方便等優(yōu)點(diǎn),在航空燃油、液壓油等流體測量中被廣泛使用,然而,在實際工作中,按照J(rèn)JG1037--2008《渦輪流量計檢定規(guī)程》進(jìn)行檢測,由于介質(zhì)粘度作用增大,影響渦輪流量計線性,出現(xiàn)較大的測量偏差,直接影響產(chǎn)品交付。本文結(jié)合工作中實際情況.探討了采用最小二乘法進(jìn)行測量數(shù)據(jù)處理,減小渦輪流量計測量誤差,滿足產(chǎn)品測量要求。
1概述及原理
  渦輪流量計可以用于測量各種氣體、液體等流體的累積流量和瞬時流量。工作時被測流體沖擊渦輪葉片使渦輪旋轉(zhuǎn),渦輪的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化,即流量大.渦輪的轉(zhuǎn)速也大,再經(jīng)磁電轉(zhuǎn)換裝置把渦輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電脈沖,經(jīng)前置放大器放大后,送,入顯示儀表進(jìn)行計數(shù)和顯示,根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)和累計脈沖數(shù)即可求出瞬時流量和累積流量。
  渦輪流量計的工作原理:當(dāng)流體沿著管道的.軸線方向流動,并沖擊渦輪葉片時,便有與流量qv、流速V和流體密度ρ乘積成比例的力作用在葉片.上,推動渦輪旋轉(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時,葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線,改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理,在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動的電勢信號,此脈動信號的頻率與被測流體的流量,成正比。
2渦輪流量計的構(gòu)造與測量過程
  渦輪流量計一般由導(dǎo)流器、渦輪葉片、軸承、前置放大器、顯示儀表組成,以實現(xiàn)流量測量的目的,如圖1所示。
渦輪流量計構(gòu)造圖示 
  流體經(jīng)過渦輪流量計后,渦輪流量計測量輸出的脈沖信號,經(jīng)前置放大器放大后,送入顯示儀表,就可以實現(xiàn)流量的測量。顯示儀表接收的就是頻率信號(脈沖),然后進(jìn)行計算得到瞬時流量和累積流量。
  渦輪流量計工作流量和頻率成一定比例關(guān)系,根據(jù)JJG1037-2008《渦輪流量計檢定規(guī)程》要求,在每只渦輪流量計進(jìn)行檢定后會根據(jù)有關(guān)公式計算出該渦輪流量計的流量系數(shù)K值,使用時將K值置入數(shù)字顯示儀表,顯示儀表在接收到脈沖信號時,會根據(jù)K值進(jìn)行運(yùn)算得到實測流體流量。運(yùn)算公式如下:
 
  式中:K為平均流量系數(shù);E為渦輪流量計最大示值.誤差;Kmax為流量范圍內(nèi)各檢定點(diǎn)得到的系數(shù)中最大值;Kmix為流量范圍內(nèi)各檢定點(diǎn)得到的系數(shù)中最小值。
  渦輪流量計K-qv特性曲線如圖2所示
渦輪流量計K-qv,特性曲線
 
3渦輪流量計的校準(zhǔn)結(jié)果處理
  在實際工作中,根據(jù)JJG1037-2008《渦輪流量計檢定規(guī)程》中給出的平均儀表系數(shù)和示值最大誤差的計算方法,高粘度介質(zhì)測量時往往會造成很大的測量誤差,影響產(chǎn)品的驗收。但是經(jīng)過對數(shù)據(jù)的分析,使用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合,找到曲線A、B值,將A、B值再置入顯示儀表,實際測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)流量偏差會減小,可以保證測量結(jié)果的正確率。為了分析不同的測量結(jié)果數(shù)據(jù)處理方法對實際測量影響,我們選取LWGY40型渦輪流量計,于2015年3月9日,用4050號航空潤滑油(粘度27.74x10-6m2/s)為介質(zhì),在國防4113二級計量站進(jìn)行了測試。
1)使用K系數(shù)法結(jié)果如表1所示,標(biāo)準(zhǔn)流量、K系數(shù)法實際顯示流量與頻率的散點(diǎn)圖如圖3所示。
 
 
 
  從圖3可以看出,根據(jù)儀表K系數(shù)進(jìn)行設(shè)置后,實際使用時流量顯示與標(biāo)準(zhǔn)流量之間有較大差異,說明該方法測量結(jié)果偏離真實結(jié)果較大,也就是測量誤差大。通過計算也可以看到,將平均儀表系數(shù)置入儀表中,會造成18.9%的測量誤差。
 
2)使用最小二乘法結(jié)果如表2所示,根據(jù)測試數(shù)據(jù),使用MINTAB軟件進(jìn)行處理,可以做出頻率與最小二乘法顯示流量的曲線圖(如圖4所示),得到曲線的A、B值。根據(jù)曲線方程計算得到實際顯示流量,標(biāo)準(zhǔn)流量、最小二乘法實際顯示流量與頻率的散點(diǎn)圖如圖5所示。
 
  圖5是標(biāo)準(zhǔn)流量、最小二乘法實際顯示流量與頻率的散點(diǎn)圖,從圖.上可以看出,根據(jù)儀表最小二乘法設(shè)置A、B后,實際使用時流量顯示與標(biāo)準(zhǔn)流量之間差異很小,說明該方法測量結(jié)果偏離真實結(jié)果較小,也就是測量誤差較小。
3)將以上兩種方法的實際流量測量數(shù)據(jù)與標(biāo).準(zhǔn)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,使用MINTAB軟件進(jìn)行處理,作散點(diǎn)圖如圖6所示。

 
  圖6可知,最小二乘法流量曲線與標(biāo)準(zhǔn)流量曲線基本重合,說明流量偏差很小;K系數(shù)法流量曲線與標(biāo)準(zhǔn)流量曲線隨著頻率的增大差異也越大,說明流量偏差也越大。
  根據(jù)以上的數(shù)據(jù)分析,渦輪流量計實際工作中對于高粘度介質(zhì)進(jìn)行流量測量時,使用最小二乘法數(shù)據(jù)處理的方法更科學(xué),更能正確進(jìn)行流量測量。雖然根據(jù)JJG1037--2008的要求,需要使用K系數(shù)法,但一-般在產(chǎn)品的出廠說明書中會明確指出,實際測量介質(zhì)與出廠介質(zhì)不同或粘度差異較大時,需要使用實際介質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定。
4小結(jié)
  渦輪流量計雖然具有測量精度高、反應(yīng)速度快、測量范圍廣、價格低廉、安裝方便等優(yōu)點(diǎn),但是渦輪流量計并不是可以適用于任何流體、任何場合、各種條件下的流體測量。
對較高粘度介質(zhì)進(jìn)行測量時,需要按實測介質(zhì)條件進(jìn)行標(biāo)定,并且選擇最小二乘法擬合公式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,將擬合公式的A、B值置入對應(yīng)儀表即可得到很好的測量效果。

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