柴油流量計價格高粘度變流速自適應研究

摘（zhāi）要（yào）：柴油（yóu）流量計價格應用十分（fèn）廣泛，但是當被（bèi）測介質運動粘度較高時，渦輪流（liú）量傳感器儀表係數隨著流速的增加（jiā）而變（biàn）化，波動較大，其變化規律呈（chéng）現非線性。本文研究了口徑為DN10的柴油流量計價格在流體介質粘度為43.49cSt條件下其儀表係數（shù）隨流速（sù）變化的規律，通過在可變粘度標準裝置進行的實驗，得到（dào）實驗數據，擬合出了高粘度（dù）柴油流量計價格流速修（xiū）正算法，運用該算法，可以將柴油流量計價格的（de）儀表係數精度（dù）由4.4%提高到0.83%，並對此算法了進行實驗驗證，證明了該算（suàn）法的有效性。
柴油流量計價格在（zài）流量測量領域有（yǒu）著非常廣泛的應用，可以用於工業油品（pǐn）測量，民（mín）用自來水測（cè）量以（yǐ）及科學計量。渦輪流量傳感器屬於速（sù）度式流量計，它的（de）工作原理是（shì）利用流體流動時產生的推（tuī）力使柴油流量計價格（gé）渦（wō）輪葉片轉動，渦輪穩定轉速後，流體流（liú）過的體積流量和渦輪的轉速（sù）成正比，以此來（lái）計算被測流體的（de）體積流量。一般的，我們把柴油流量計價格單位時（shí）間內輸出的脈衝個數與實際流過流量的比值稱為柴油流量計價格的儀表係數。渦輪（lún）流量傳感（gǎn）器需要在（zài）投（tóu）入（rù）使用（yòng）前，在標準計量裝置上進行標定，即通過實驗計算出該渦輪流量傳（chuán）感（gǎn）器的儀表（biǎo）係（xì）數。由此可見，渦輪流量（liàng）傳感器的儀表係數精確（què）度直接影響著*終流量數據測算的精確度。
但是，經過國內外科研人員的大量實驗證明，被測流體介質的粘度對柴油流量計價格測量時的儀表係數有（yǒu）著很大的影響，當被測介質為水或（huò）者低粘度介質且流量高於0.5L/s時，柴油流量計價格儀表係數（shù）基本保持恒定，但當（dāng）被測介質粘度升（shēng）高，儀表係數會一直隨著粘度（dù）的（de）增加而增加，尤其是當（dāng）介質粘度（dù）高於50cSt時，其（qí）線性（xìng）範圍完全消失。在實際（jì）的流量測量過程當中，測量（liàng）高粘度（dù）油品（pǐn）介質時（shí），很難保證介質流速恒定，一旦出（chū）現流量波動，柴油流量計價格（gé）就會產生較大誤差。所以，對柴油流量（liàng）計價格在（zài）高粘度（dù）介質測量（liàng）時不同流速下的儀表係數進行分析有非常重要的意義。
1實驗（yàn）裝置
為研（yán）究柴油流量計價格在高粘（zhān）度介質測量時不同流（liú）速下（xià）儀表係數的變化規律，使用中航工業4113計量站可變粘度標準裝置進行實驗，該裝置被測流體介質為（wéi）4050航空潤滑油，其有著很好的高（gāo）低溫性能，正常使用溫度範圍為-40℃～200℃，短期可達220℃。管道內潤滑油的流量大小由變（biàn）頻油泵控製，變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路采用交-直-交電路。在油（yóu）箱儲（chǔ）罐（guàn）中內置加熱係統，可以對航空潤滑油進行加（jiā）熱，以此來改（gǎi）變被測介（jiè）質的粘度。對溫度的控製使（shǐ）用（yòng）可編程（chéng）邏輯控製器（qì），內置PID算法，由（yóu）油箱（xiāng）中（zhōng）的溫度傳（chuán）感器、油箱中的（de）加熱器以及控製器構成閉合溫度（dù）控製回路，保（bǎo）證油品介（jiè）質在管道內（nèi）高（gāo）速循環流動的同時溫度誤差不超過±1℃。該裝置可測流量範圍是0.5m3/h~70m3/h，可變溫度（dù）範圍是-30℃~155℃，油溫控製的（de）精度為±5%，標準秤的測量精度為0.02%，裝置不確（què）定度為0.05%。裝置結構原理圖如圖1所示。

2實驗原理
該裝置的（de）測量原理（lǐ）是靜態稱重法，即在固定的時間（jiān）內，使用（yòng）電腦采集柴油流量計價格輸出脈（mò）衝個（gè）數，同時將流過的流體全（quán）部引入到標準秤中（zhōng）稱（chēng）重，除以對應密（mì）度來計算流過的真實體（tǐ）積流量（liàng），*終再用累積體積流量除以總脈衝個數（shù）計算出柴油流量計價格的儀表係數。
實驗開始前*先開啟油泵，使潤滑油在管道內勻速循環流動，根據已知的（de）介質粘度與（yǔ）溫度的（de）對應關係表，選擇要測試的介質粘度所（suǒ）對應（yīng）的溫（wēn）度，然後開始（shǐ）對介質加熱，使（shǐ）裝置內的介質達到設定的溫度及其對應的粘度。實驗開始後，實驗員在上位機電腦（nǎo）上點擊實驗（yàn）開始，換向閥立即（jí）動作，流過柴油流量計價格的流體會全部引入到標準秤中，與此同時電腦開始計時並采集渦輪流量傳感器的輸出脈（mò）衝數，經過一（yī）分鍾後停止，標準秤會自動上傳流體累積（jī）質量至上位機，上位機通過該介質溫度密度對應表再計算出體積，再通過體（tǐ）積除以脈衝總個數得（dé）到儀（yí）表係數。在實驗過程中，係（xì）統（tǒng）計算機中的（de）程（chéng）序會記（jì）錄單次實驗持（chí）續的（de）實（shí）驗時間、累積總脈衝數、累積質量流量、瞬時流量、流體當前溫度下的密（mì）度、流體溫度等信（xìn）息。
3實驗方案
實驗采用（yòng）口徑為（wéi）DN10的渦輪流量傳感器，如圖（tú）3所示。實驗中選擇10℃進行實（shí）驗（yàn）測試，對應的流體介質的粘度為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（liú）量點進行（háng），實驗流量範圍為0.3m3/h到1.5m3/h。

實（shí）驗中每個流量（liàng）點均進行3次測量，（j=1，2，3），3次測量的平均儀（yí）表係數作為此流量點的儀表係數Ki（i=1，2，3，4，5），各流量點儀表係數*小值與*大值的平均值，作為傳感器的儀表係數。
依照國標柴油流量計價格檢定（dìng）規程，累（lèi）積流量（liàng）的相對（duì）示值誤差為：

4實（shí）驗數據和結果
實驗測（cè）得在流體介質（zhì）的粘度為43.49cSt條件下，DN10口徑的（de）渦輪（lún）流量傳（chuán）感器在各個實驗流量（liàng）點的儀表係數Ki如（rú）表（biǎo）1所示。

使用函數（shù）擬合軟件Originpro2017對所得數據進行擬合，Origin為OriginLab公（gōng）司出品的較流行的專業函數繪圖軟件，是公認的簡單易學、操作靈活、功能強大的軟件，既（jì）可以滿足一般用戶的製圖需（xū）要，也可以（yǐ）滿足高級用戶數據分析、函數擬合的需要。
使用Origin軟件中的四次多（duō）項式polynomial擬合公（gōng）式，使用*小二乘法，得到如下函數（shù），其中流速為自（zì）變量X，儀表（biǎo）係數為因變量Y：
Y=1486.9+86.9X+426.49X2-517.4X3+157.9X4
圖4為（wéi）流（liú）量（liàng）與儀表（biǎo）係數的擬合曲（qǔ）線（xiàn）圖。
表2為各（gè）對（duì）應流量點的擬合後儀表（biǎo）係數（shù）的誤差。
如果直接采用各個（gè）流量點的儀表係（xì）數（shù）取平均值得儀表係數為1610.68，表3為未采用擬合修正公式流量點對應儀表係數誤差。


為證（zhèng）明該高粘度變流速自適應算法及公式（shì）的有效性，重新選（xuǎn）取四個流量點：0.4m3/h、0.6m3/h、0.8m3/h、1.0m3/h對該公式以（yǐ）及算法進行精度驗證，得到表4數據，表5為各對（duì）應流量點的擬合後儀表係數的誤差。

實驗結果表明（míng），經過這種高粘度（dù）變流速自適應算（suàn）法修正後，儀表係數精度提高到0.83%。如果隻是簡單將儀表係數取平（píng）均，*大誤差將達到4.4%。而且從修正後儀（yí）表係數誤差值與未經過修正儀（yí）表係數誤差值相比，基本各個流（liú）量點精度都有較大的提升。
5結論
本文對高粘度下柴油（yóu）流量計價格（gé）在測量變流（liú）速流體介質時的儀表係數變化規律進行了研究，在43.49cSt粘度條件下，使用DN10渦輪（lún）流量傳感器在0.3m3/h~1.5m3/h流速範圍內進行（háng）實驗，並提出一種高粘度變流速自適應算（suàn）法（fǎ），該（gāi）高粘度變流（liú）速算法能夠將儀表係（xì）數精（jīng）度由4.4%提高到0.83%，並對此進行了驗證，結果（guǒ）證明此算法確（què）實能夠（gòu）大幅提高柴油流量計價（jià）格的測量（liàng）精度。

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