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                    時間:2023-8-2 08:25:11

                  渦輪流量計校準數據處理與分析

                  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,本文就高粘度介質渦輪流量計校準結果如何處理以及處理結果對實際使用的影響進行分析。
                  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、反應速度快、測量范圍廣、價格低廉、安裝方便等優點,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JJG1037--2008《渦輪流量計檢定規程》進行檢測,由于介質粘度作用增大,影響渦輪流量計線性,出現較大的測量偏差,直接影響產品交付。本文結合工作中實際情況.探討了采用最小二乘法進行測量數據處理,減小渦輪流量計測量誤差,滿足產品測量要求。
                  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,渦輪的轉速隨流量的變化而變化,即流量大.渦輪的轉速也大,再經磁電轉換裝置把渦輪的轉速轉換為相應頻率的電脈沖,經前置放大器放大后,送,入顯示儀表進行計數和顯示,根據單位時間內的脈沖數和累計脈沖數即可求出瞬時流量和累積流量。
                    渦輪流量計的工作原理:當流體沿著管道的.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。在渦輪旋轉的同時,葉片周期性地切割電磁鐵產生的磁力線,改變線圈的磁通量。根據電磁感應原理,在線圈內將感應出脈動的電勢信號,此脈動信號的頻率與被測流體的流量,成正比。
                  2渦輪流量計的構造與測量過程
                    渦輪流量計一般由導流器、渦輪葉片、軸承、前置放大器、顯示儀表組成,以實現流量測量的目的,如圖1所示。
                  渦輪流量計構造圖示 
                    流體經過渦輪流量計后,渦輪流量計測量輸出的脈沖信號,經前置放大器放大后,送入顯示儀表,就可以實現流量的測量。顯示儀表接收的就是頻率信號(脈沖),然后進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系,根據JJG1037-2008《渦輪流量計檢定規程》要求,在每只渦輪流量計進行檢定后會根據有關公式計算出該渦輪流量計的流量系數K值,使用時將K值置入數字顯示儀表,顯示儀表在接收到脈沖信號時,會根據K值進行運算得到實測流體流量。運算公式如下:
                   
                    式中:K為平均流量系數;E為渦輪流量計最大示值.誤差;Kmax為流量范圍內各檢定點得到的系數中最大值;Kmix為流量范圍內各檢定點得到的系數中最小值。
                    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渦輪流量計的校準結果處理
                    在實際工作中,根據JJG1037-2008《渦輪流量計檢定規程》中給出的平均儀表系數和示值最大誤差的計算方法,高粘度介質測量時往往會造成很大的測量誤差,影響產品的驗收。但是經過對數據的分析,使用最小二乘法進行曲線擬合,找到曲線A、B值,將A、B值再置入顯示儀表,實際測量結果與標準流量偏差會減小,可以保證測量結果的正確率。為了分析不同的測量結果數據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,在國防4113二級計量站進行了測試。
                  1)使用K系數法結果如表1所示,標準流量、K系數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,根據儀表K系數進行設置后,實際使用時流量顯示與標準流量之間有較大差異,說明該方法測量結果偏離真實結果較大,也就是測量誤差大。通過計算也可以看到,將平均儀表系數置入儀表中,會造成18.9%的測量誤差。
                   
                  2)使用最小二乘法結果如表2所示,根據測試數據,使用MINTAB軟件進行處理,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。根據曲線方程計算得到實際顯示流量,標準流量、最小二乘法實際顯示流量與頻率的散點圖如圖5所示。
                   
                    圖5是標準流量、最小二乘法實際顯示流量與頻率的散點圖,從圖.上可以看出,根據儀表最小二乘法設置A、B后,實際使用時流量顯示與標準流量之間差異很小,說明該方法測量結果偏離真實結果較小,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據與標.準流量數據進行擬合,使用MINTAB軟件進行處理,作散點圖如圖6所示。

                   
                    圖6可知,最小二乘法流量曲線與標準流量曲線基本重合,說明流量偏差很小;K系數法流量曲線與標準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。
                    根據以上的數據分析,渦輪流量計實際工作中對于高粘度介質進行流量測量時,使用最小二乘法數據處理的方法更科學,更能正確進行流量測量。雖然根據JJG1037--2008的要求,需要使用K系數法,但一-般在產品的出廠說明書中會明確指出,實際測量介質與出廠介質不同或粘度差異較大時,需要使用實際介質進行標定。
                  4小結
                    渦輪流量計雖然具有測量精度高、反應速度快、測量范圍廣、價格低廉、安裝方便等優點,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。
                  對較高粘度介質進行測量時,需要按實測介質條件進行標定,并且選擇最小二乘法擬合公式進行數據處理,將擬合公式的A、B值置入對應儀表即可得到很好的測量效果。

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