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。
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
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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