船用（yòng）柴油流量計廠家高粘度變流速自適應研究
點擊次數：2057 發布時間：2021-01-19 15:22:12
摘要（yào）：船用（yòng）柴（chái）油流量計廠家應用十（shí）分廣泛，但是當被測介質運動粘度較（jiào）高（gāo）時，渦（wō）輪流量傳感器（qì）儀表係數隨著（zhe）流速的增加而變化，波動較大，其變（biàn）化規律呈現非線性。本文研究了口徑為（wéi）DN10的船用柴油流量計廠家在流體介（jiè）質粘度為43.49cSt條件下（xià）其儀表係數隨流速變化的規律，通過在可變粘度標準裝置進行的實驗，得到實驗數據，擬合出了高粘度船用柴油流量計廠家流速（sù）修正算法，運用該（gāi）算（suàn）法，可以將船用（yòng）柴油流量計廠家的（de）儀表係數精度由4.4%提高到0.83%，並對此算法了進行實驗驗證，證明了該（gāi）算法的有效性。
船（chuán）用柴油流（liú）量計廠家（jiā）在流量（liàng）測量領域有著（zhe）非常廣泛的應用（yòng），可以用於工業（yè）油品測量，民用自來水測量（liàng）以及科學計量。渦輪流量（liàng）傳感器屬於（yú）速度式流量計，它的工作原理是利用流體流動時產生的推力使船用柴油（yóu）流量計廠家渦輪（lún）葉片轉動，渦輪穩定轉速後，流體流過的體積流量和渦輪的轉速成正比，以此來計算被測（cè）流體的體積流量。一般的，我們把船用柴油流量計廠家單位時間內輸出的脈衝個數與實際流過流量的比值稱為（wéi）船用柴油（yóu）流（liú）量計廠家的儀表係數。渦輪流量傳感器需要在投入使用（yòng）前，在標準計量裝置上進行標定，即通過實驗計（jì）算出該渦輪流（liú）量傳感器的（de）儀表係數。由此可見，渦輪流量傳感器（qì）的儀表係數（shù）精確度直接影響著*終流（liú）量數（shù）據測算的精確度。
但是，經過國內（nèi）外科研人（rén）員的大量實（shí）驗（yàn）證明，被測（cè）流體介質的粘度對船用柴油流量計廠家測量時的（de）儀表（biǎo）係數有著很大的影響，當被測介質為水或者（zhě）低粘（zhān）度介質（zhì）且流量高（gāo）於0.5L/s時，船用柴油流量計廠家儀表係數基本保持恒定，但當被（bèi）測介質粘度升高（gāo），儀表係數（shù）會（huì）一（yī）直隨著粘度的增加而增加，尤其是當介質粘度高於50cSt時，其線性（xìng）範圍完全消失。在實（shí）際的流量測量過程當中，測量高粘度油品介質時，很難保證介質流速恒定，一（yī）旦出現流量波動，船用柴油流量計廠家（jiā）就（jiù）會產生較大誤差。所以，對船用柴油流量計廠家在高粘度（dù）介質測量時（shí）不同流速（sù）下的儀表係數進行分（fèn）析有（yǒu）非常重要的意（yì）義。
1實驗裝置
為研究船（chuán）用柴油流量計廠家在高粘度介質測量時不同流（liú）速下儀表（biǎo）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4050航空潤滑油，其有著（zhe）很好的高低溫性能，正常使用（yòng）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。在油箱（xiāng）儲（chǔ）罐中內置加熱係統，可以對航空潤滑（huá）油進行加熱，以此來改變被測介質的粘度。對溫度的控製使用可編程（chéng）邏輯控製器，內置PID算法，由油箱中的溫度傳感器、油箱中的加熱器以及控製器構成閉合溫度（dù）控製回路，保證（zhèng）油品介質在管道內高速循環流動的同時溫度誤差（chà）不超過±1℃。該裝置可（kě）測流（liú）量（liàng）範圍是0.5m3/h~70m3/h，可變溫度範圍是-30℃~155℃，油溫控製的精度為±5%，標準秤的測量（liàng）精度為（wéi）0.02%，裝置不確定度為0.05%。裝置（zhì）結構原理（lǐ）圖（tú）如圖1所示。
2實（shí）驗（yàn）原理
該裝置的測量原理是靜態稱重法，即在固定的時間（jiān）內，使用電腦采集船用柴油流（liú）量計（jì）廠家（jiā）輸出脈衝個數，同時將流過的（de）流體全部引入到標準秤中稱重，除以對應密度來計算流過的真實體積流量，*終再（zài）用累（lèi）積體積流量除以總脈衝（chōng）個數計算出船（chuán）用柴油流量計廠家的儀表係數。
實驗開（kāi）始前*先開啟油泵，使（shǐ）潤滑油在管道內（nèi）勻速（sù）循環流動，根據已知的介質粘度（dù）與溫度的對應關係（xì）表，選擇要測試的介質粘度所（suǒ）對應的溫度，然後（hòu）開始對介質加熱，使裝置內的介質達到設定的溫度及其對應的粘度。實驗開始（shǐ）後，實（shí）驗員在上位機電腦上點擊實驗（yàn）開始，換向閥立即動作，流過船用柴油流量計廠家的流體會全部（bù）引入到標準秤（chèng）中，與（yǔ）此同時電腦開始計時並采集渦輪流量傳感器的輸出脈衝數（shù），經過一分（fèn）鍾後停止，標準秤會自動上傳流體累積（jī）質量至上（shàng）位機，上位機通過該介質溫度密度對應（yīng）表再計算出體積，再通過體積除（chú）以脈衝總個數（shù）得到儀表係數。在實驗過程中，係統計（jì）算機中的程序會記錄單（dān）次實驗持續的實驗時間、累積總脈衝數、累積（jī）質量（liàng）流量、瞬時流量（liàng）、流體當前溫（wēn）度下的密度、流體溫度等信息。
3實驗方案
實驗采用（yòng）口徑為DN10的渦輪流（liú）量傳感器（qì），如（rú）圖3所示。實驗中選擇10℃進行實驗測試，對應的流體介質（zhì）的（de）粘度為（wéi）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個流量點進行，實驗流量範（fàn）圍為0.3m3/h到1.5m3/h。
實驗中（zhōng）每個流量點均進（jìn）行3次測量，（j=1，2，3），3次測量的平均儀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（zhí）與*大（dà）值（zhí）的平均值，作為傳感器（qì）的儀表係（xì）數。
依照國標船用柴油流（liú）量計廠家檢定規程，累積流量的相對示值誤差為：
4實驗數據和（hé）結果
實（shí）驗測得在流體介質的粘度為43.49cSt條件（jiàn）下（xià），DN10口徑（jìng）的渦輪流量傳感器在（zài）各個實驗流量點的儀（yí）表係數Ki如表1所示。
使用（yòng）函數擬合軟件Originpro2017對所得數據（jù）進行擬合，Origin為OriginLab公司（sī）出品（pǐn）的（de）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，既可以滿足一般（bān）用戶（hù）的製圖需要，也可以滿足高（gāo）級用戶數據分析、函數擬合的需要。
使用Origin軟件中的四次多項式polynomial擬合公式，使（shǐ）用*小二乘（chéng）法，得到如下函（hán）數，其中流速為自變量X，儀表係數為因變量Y：
Y=1486.9+86.9X+426.49X2-517.4X3+157.9X4
圖4為流量與儀表（biǎo）係數（shù）的擬合曲線圖。
表2為（wéi）各對應（yīng）流量點的擬合後儀表係數的誤差。
如果直接采（cǎi）用各個流量點的儀表係（xì）數取（qǔ）平均（jun1）值得儀（yí）表係數為1610.68，表3為未采用擬（nǐ）合修正公（gōng）式流量點對應儀表（biǎo）係數誤差。
為證明該高粘度變流速自適應算法及公式的（de）有（yǒu）效性，重新選取四個流量點：0.4m3/h、0.6m3/h、0.8m3/h、1.0m3/h對該公式以及算法進行精度驗證，得到表4數據，表（biǎo）5為各對應（yīng）流量點的擬合後儀表係數的誤差。
實驗結果表明（míng），經過這（zhè）種高粘度（dù）變流速自適（shì）應算法修（xiū）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均，*大（dà）誤差（chà）將達到4.4%。而且從修正後儀表係數誤差值與（yǔ）未經過修正儀（yí）表係數誤（wù）差（chà）值相比，基本各個（gè）流（liú）量（liàng）點精度都有較（jiào）大的提升（shēng）。
5結（jié）論
本文對高粘（zhān）度下（xià）船用柴（chái）油流量計廠家在（zài）測量變流速流（liú）體（tǐ）介質時的儀表係數變化規律進行了研究，在43.49cSt粘度條件（jiàn）下，使用DN10渦（wō）輪流（liú）量傳感器在0.3m3/h~1.5m3/h流速範圍內（nèi）進（jìn）行實驗，並提出一種高粘度變流速自（zì）適應算法（fǎ），該高粘度變流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，結果證明（míng）此算法確實能夠大（dà）幅提高船用柴油流量計廠家（jiā）的測量精度。
船（chuán）用柴油流（liú）量計廠家（jiā）在流量（liàng）測量領域有著（zhe）非常廣泛的應用（yòng），可以用於工業（yè）油品測量，民用自來水測量（liàng）以及科學計量。渦輪流量（liàng）傳感器屬於（yú）速度式流量計，它的工作原理是利用流體流動時產生的推力使船用柴油（yóu）流量計廠家渦輪（lún）葉片轉動，渦輪穩定轉速後，流體流過的體積流量和渦輪的轉速成正比，以此來計算被測（cè）流體的體積流量。一般的，我們把船用柴油流量計廠家單位時間內輸出的脈衝個數與實際流過流量的比值稱為（wéi）船用柴油（yóu）流（liú）量計廠家的儀表係數。渦輪流量傳感器需要在投入使用（yòng）前，在標準計量裝置上進行標定，即通過實驗計（jì）算出該渦輪流（liú）量傳感器的（de）儀表係數。由此可見，渦輪流量傳感器（qì）的儀表係數（shù）精確度直接影響著*終流（liú）量數（shù）據測算的精確度。
但是，經過國內（nèi）外科研人（rén）員的大量實（shí）驗（yàn）證明，被測（cè）流體介質的粘度對船用柴油流量計廠家測量時的（de）儀表（biǎo）係數有著很大的影響，當被測介質為水或者（zhě）低粘（zhān）度介質（zhì）且流量高（gāo）於0.5L/s時，船用柴油流量計廠家儀表係數基本保持恒定，但當被（bèi）測介質粘度升高（gāo），儀表係數（shù）會（huì）一（yī）直隨著粘度的增加而增加，尤其是當介質粘度高於50cSt時，其線性（xìng）範圍完全消失。在實（shí）際的流量測量過程當中，測量高粘度油品介質時，很難保證介質流速恒定，一（yī）旦出現流量波動，船用柴油流量計廠家（jiā）就（jiù）會產生較大誤差。所以，對船用柴油流量計廠家在高粘度（dù）介質測量時（shí）不同流速（sù）下的儀表係數進行分（fèn）析有（yǒu）非常重要的意（yì）義。
1實驗裝置
為研究船（chuán）用柴油流量計廠家在高粘度介質測量時不同流（liú）速下儀表（biǎo）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4050航空潤滑油，其有著（zhe）很好的高低溫性能，正常使用（yòng）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。在油箱（xiāng）儲（chǔ）罐中內置加熱係統，可以對航空潤滑（huá）油進行加熱，以此來改變被測介質的粘度。對溫度的控製使用可編程（chéng）邏輯控製器，內置PID算法，由油箱中的溫度傳感器、油箱中的加熱器以及控製器構成閉合溫度（dù）控製回路，保證（zhèng）油品介質在管道內高速循環流動的同時溫度誤差（chà）不超過±1℃。該裝置可（kě）測流（liú）量（liàng）範圍是0.5m3/h~70m3/h，可變溫度範圍是-30℃~155℃，油溫控製的精度為±5%，標準秤的測量（liàng）精度為（wéi）0.02%，裝置不確定度為0.05%。裝置（zhì）結構原理（lǐ）圖（tú）如圖1所示。
2實（shí）驗（yàn）原理
該裝置的測量原理是靜態稱重法，即在固定的時間（jiān）內，使用電腦采集船用柴油流（liú）量計（jì）廠家（jiā）輸出脈衝個數，同時將流過的（de）流體全部引入到標準秤中稱重，除以對應密度來計算流過的真實體積流量，*終再（zài）用累（lèi）積體積流量除以總脈衝（chōng）個數計算出船（chuán）用柴油流量計廠家的儀表係數。
實驗開（kāi）始前*先開啟油泵，使（shǐ）潤滑油在管道內（nèi）勻速（sù）循環流動，根據已知的介質粘度（dù）與溫度的對應關係（xì）表，選擇要測試的介質粘度所（suǒ）對應的溫度，然後（hòu）開始對介質加熱，使裝置內的介質達到設定的溫度及其對應的粘度。實驗開始（shǐ）後，實（shí）驗員在上位機電腦上點擊實驗（yàn）開始，換向閥立即動作，流過船用柴油流量計廠家的流體會全部（bù）引入到標準秤（chèng）中，與（yǔ）此同時電腦開始計時並采集渦輪流量傳感器的輸出脈衝數（shù），經過一分（fèn）鍾後停止，標準秤會自動上傳流體累積（jī）質量至上（shàng）位機，上位機通過該介質溫度密度對應（yīng）表再計算出體積，再通過體積除（chú）以脈衝總個數（shù）得到儀表係數。在實驗過程中，係統計（jì）算機中的程序會記錄單（dān）次實驗持續的實驗時間、累積總脈衝數、累積（jī）質量（liàng）流量、瞬時流量（liàng）、流體當前溫（wēn）度下的密度、流體溫度等信息。
3實驗方案
實驗采用（yòng）口徑為DN10的渦輪流（liú）量傳感器（qì），如（rú）圖3所示。實驗中選擇10℃進行實驗測試，對應的流體介質（zhì）的（de）粘度為（wéi）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個流量點進行，實驗流量範（fàn）圍為0.3m3/h到1.5m3/h。
實驗中（zhōng）每個流量點均進（jìn）行3次測量，（j=1，2，3），3次測量的平均儀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（zhí）與*大（dà）值（zhí）的平均值，作為傳感器（qì）的儀表係（xì）數。
依照國標船用柴油流（liú）量計廠家檢定規程，累積流量的相對示值誤差為：
4實驗數據和（hé）結果
實（shí）驗測得在流體介質的粘度為43.49cSt條件（jiàn）下（xià），DN10口徑（jìng）的渦輪流量傳感器在（zài）各個實驗流量點的儀（yí）表係數Ki如表1所示。
使用（yòng）函數擬合軟件Originpro2017對所得數據（jù）進行擬合，Origin為OriginLab公司（sī）出品（pǐn）的（de）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，既可以滿足一般（bān）用戶（hù）的製圖需要，也可以滿足高（gāo）級用戶數據分析、函數擬合的需要。
使用Origin軟件中的四次多項式polynomial擬合公式，使（shǐ）用*小二乘（chéng）法，得到如下函（hán）數，其中流速為自變量X，儀表係數為因變量Y：
Y=1486.9+86.9X+426.49X2-517.4X3+157.9X4
圖4為流量與儀表（biǎo）係數（shù）的擬合曲線圖。
表2為（wéi）各對應（yīng）流量點的擬合後儀表係數的誤差。
如果直接采（cǎi）用各個流量點的儀表係（xì）數取（qǔ）平均（jun1）值得儀（yí）表係數為1610.68，表3為未采用擬（nǐ）合修正公（gōng）式流量點對應儀表（biǎo）係數誤差。
為證明該高粘度變流速自適應算法及公式的（de）有（yǒu）效性，重新選取四個流量點：0.4m3/h、0.6m3/h、0.8m3/h、1.0m3/h對該公式以及算法進行精度驗證，得到表4數據，表（biǎo）5為各對應（yīng）流量點的擬合後儀表係數的誤差。
實驗結果表明（míng），經過這（zhè）種高粘度（dù）變流速自適（shì）應算法修（xiū）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均，*大（dà）誤差（chà）將達到4.4%。而且從修正後儀表係數誤差值與（yǔ）未經過修正儀（yí）表係數誤（wù）差（chà）值相比，基本各個（gè）流（liú）量（liàng）點精度都有較（jiào）大的提升（shēng）。
5結（jié）論
本文對高粘（zhān）度下（xià）船用柴（chái）油流量計廠家在（zài）測量變流速流（liú）體（tǐ）介質時的儀表係數變化規律進行了研究，在43.49cSt粘度條件（jiàn）下，使用DN10渦（wō）輪流（liú）量傳感器在0.3m3/h~1.5m3/h流速範圍內（nèi）進（jìn）行實驗，並提出一種高粘度變流速自（zì）適應算法（fǎ），該高粘度變流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，結果證明（míng）此算法確實能夠大（dà）幅提高船用柴油流量計廠家（jiā）的測量精度。
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