渦輪流量計校準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)處理與分析

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，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 ＪＪＧ

１０３７—２００８枟渦輪流量計檢定規(guī)程枠進(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***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)ＪＪＧ １０３７—２００８枟渦輪流量計檢定規(guī)程枠 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：

3.渦輪流量計的校準(zhǔn)結(jié)果處理

在實際工作中 根據(jù)ＪＪＧ １０３７—２００８枟渦輪流量計檢定規(guī)程枠中給出的平均儀表系數(shù)和示值***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***小二乘法進(jìn)行曲線擬合 找到曲線 AB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)果的準(zhǔn)確性.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，我們選取天津儀表集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的ＬＷＧＹ-１０ 型渦輪流量計， 于 ２０１５ 年 ３ 月 ９ 日， 用４０５０ 號航空潤滑油（粘度 ２７暢７４ ×１０－６ ｍ２／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暢９％的測量誤差。

２）使用***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***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、***小二乘法實際顯示流量與頻率的散點圖如圖５ 所示。

圖５ 是標(biāo)準(zhǔn)流量、***小二乘法實際顯示流量與頻率的散點圖，從圖上可以看出，根據(jù)儀表***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，作散點圖如圖６ 所示。

由圖６ 可知，***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***小二乘法數(shù)據(jù)處理的方法更科學(xué)，更能準(zhǔn)確進(jìn)行流量測量。雖然根據(jù)ＪＪＧ １０３７—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，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***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。