[摘要]渦(wo)輪流量計 應用十(shi)分廣泛，但是當被(bèi)測介質運動粘度(du)較高時🔴，渦輪🌏流量(liàng)⭐傳感器儀表系數(shù)随着流速的增加(jia)而變📱化，波動較大(dà)，其變化規律🙇‍♀️呈現(xiàn)非線性。口徑爲DN10的(de)渦輪流量計在流(liú)體介質🙇‍♀️粘度爲43.49cSt條(tiao)件下其儀表系數(shù)随流速變化的規(gui)律，通過在可變粘(zhān)度标準裝置進🔅行(háng)的實驗，得到實驗(yan)數據，拟合出了高(gāo)粘度渦輪流量計(ji)流速修正算法，運(yun)用該算法，可以将(jiang)渦輪流量計的儀(yí)表🧑🏽‍🤝‍🧑🏻系數精🧑🏽‍🤝‍🧑🏻度由4.4%提(ti)高到0.83%，并對此算法(fǎ)了進行實驗驗證(zheng)，證明了該算法的(de)有效性。
引言
　　渦輪(lun)流量計在流量測(ce)量領域有着非常(cháng)廣泛的應用，可以(yi)用于工業油品測(cè)量，民用自來水測(ce)量以及科學🚩計量(liàng)[1]。渦輪♻️流量傳感❓器(qì)屬于速度式流量(liàng)計，它的工作原理(li)是利用流體流動(dòng)✌️時産生的推力使(shǐ)渦💜輪流量計渦輪(lún)葉片轉動，渦輪穩(wěn)定轉速後，流體流(liu)💜過的體積流量和(hé)渦輪的轉速成正(zhèng)比♋，以此來計算被(bei)測流體的體積流(liu)量[2]。一般的，把渦輪(lún)流量計單位時間(jian)内輸出的脈沖個(ge)數與實際流過流(liú)量的比值稱爲渦(wō)輪流量計的💃🏻儀表(biǎo)系數。渦輪流量傳(chuan)感器需要在投入(rù)使用前，在标準計(ji)量裝置上進行标(biāo)定，即通過實驗計(jì)算出該渦輪🌈流量(liàng)傳感器的✔️儀表系(xi)數。由此可見，渦輪(lun)流量傳感器的儀(yi)表系數精度直接(jie)⛱️影響着最終流量(liang)數據測算的精度(du)。
　　但是，經過國内外(wai)科研人員的大量(liàng)實驗證明，被測☂️流(liú)體介質的粘度對(duì)渦輪流量計測量(liàng)時的儀表系數有(yǒu)着很大的影響，當(dāng)被測介質爲水或(huò)者低粘度🌈介質且(qiě)流量高⭕于0.5L/s時，渦輪(lun)流量計儀表系數(shu)基本保持恒定，但(dan)當被測介質粘度(dù)升高，儀表系數會(hui)一直🧑🏽‍🤝‍🧑🏻随着粘度的(de)📐增加而增加，尤其(qí)是當介質粘度高(gao)于50cSt時，其線性範🍉圍(wei)完全消失。在實際(ji)的流量測量過程(chéng)當中，測量高粘度(du)油品介💜質時，很難(nán)保證介質流速恒(heng)定，一旦出現流量(liàng)波動，渦輪流量計(jì)就🐉會産生較大誤(wù)差。所以，對渦輪流(liu)💚量計在高粘度介(jie)質測量時不同流(liu)速下的儀🏃‍♂️表系數(shù)進行分析有非常(chang)重要的意義。
1實驗(yàn)裝置
　　渦輪流量計(jì)在高粘度介質測(ce)量時不同流速下(xia)儀🙇‍♀️表系數的🐅變化(hua)規律，使用中航工(gōng)業4113計量站可變粘(zhān)🔆度标☀️準裝置，該🍉裝(zhuāng)置🐇被測流體介質(zhì)爲4050航空潤滑油，其(qi)有着🙇‍♀️很好的高低(di)溫性能，正常使用(yòng)🤞溫度範圍爲-40℃～200℃，短期(qi)可達220℃。管道内潤滑(huá)油的流量大小由(you)變頻油泵🏃🏻‍♂️控制，變(biàn)頻輸出電壓爲380～650V，輸(shu)👄出功率爲0.75～400kW，工作頻(pin)率爲0～400Hz，它🔞的主電路(lu)采🐅用🥰交-直-交電路(lu)。在🚶‍♀️油箱儲罐中内(nei)置加熱系統，可✍️以(yi)對航空潤滑油進(jin)行加熱，以此來改(gǎi)變被測介質的粘(zhan)度。對溫度的控制(zhi)使用可編程邏輯(jí)控制器，内置PID算法(fǎ)，由油箱中的溫度(dù)傳感器、油箱中的(de)加熱器以及控制(zhì)器構成閉合溫度(du)控制回路，保證油(you)品介質在管道内(nei)高速循環流動的(de)同時溫度誤差不(bú)超過±1℃。該裝置可測(cè)流量範圍是0.5m3/h~70m3/h，可變(biàn)溫度範圍是-30℃~155℃，油溫(wēn)控制的精度爲±5%，标(biao)準秤的測✏️量🤟精度(dù)爲0.02%，裝置不确定度(du)爲0.05%。裝置結構原理(li)圖如圖1所示。

2實驗原理(li)
　　該裝置的測量原(yuan)理是靜态稱重法(fǎ)，即在固定的時間(jiān)内，使用電♻️腦采集(jí)渦輪流量計輸出(chu)脈沖個數，同✊時将(jiāng)流過的流體全部(bu)引㊙️入到标準秤中(zhong)稱重，除以對應密(mi)度來計算流過🔞的(de)真實體積流量，最(zuì)終再用累積體積(jī)流量除以總脈沖(chòng)個☁️數計算出渦輪(lún)流量計的儀表系(xì)🐕數。
　　實驗開始前首(shǒu)先開啓油泵，使潤(rùn)滑油在管道内勻(yun)速循♌環流動，根據(jù)已知的介質粘度(dù)與溫度的對應關(guān)系表，選擇要測試(shì)的介😄質粘度所對(dui)應的溫度，然後開(kai)始對介質加熱，使(shǐ)裝置内的介質達(dá)到設定的溫度及(jí)其對應的粘度。實(shi)驗開始後，實驗員(yuán)在上位💋機電腦上(shàng)點擊實驗開始，換(huan)向閥立即動作，流(liú)過渦🚩輪流量計的(de)🔞流體會全部引入(ru)到标準秤中，與此(cǐ)同🌈時電腦開始計(jì)時🔴并采集渦輪流(liu)量傳感器的輸出(chu)脈💔沖數，經過一分(fèn)鍾後停止，标準秤(chèng)會自動上傳流㊙️體(tǐ)累積質💋量至上位(wèi)機，上位機⛱️通過該(gāi)介質溫度密🔴度對(duì)應表再計算出體(ti)積💔，再通過體積除(chu)以脈沖總個數得(de)到儀表系數。在實(shí)⛹🏻‍♀️驗過程中，系統計(jì)算機中✍️的程序會(huì)記錄單次實驗持(chi)續的實驗時間、累(lei)積總脈沖數、累積(jī)質量流量、瞬時流(liu)量、流體當前溫度(du)下的密度、流體溫(wēn)度等信息。
3實驗方(fāng)案
　　實驗采用口徑(jìng)爲DN10的渦輪流量傳(chuan)感器，如圖3所示。實(shí)驗中選擇10℃進行實(shi)驗測試，對應的流(liu)體介質的粘度爲(wei)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(liang)點進行，實驗流量(liàng)範圍爲0.3m3/h到1.5m3/h。

　　實驗中每個流(liu)量點均進行3次測(ce)量，（j=1，2，3），3次測量的平均(jun)儀表🛀🏻系數作爲此(cǐ)流量點的儀表系(xi)數Ki（i=1，2，3，4，5），各流量點儀🌈表(biao)系數最小值與最(zuì)大值的平均值，作(zuò)爲傳感器的儀表(biǎo)系數。
依照國标渦(wō)輪流量計檢定規(guī)程，累積流量的相(xiang)對示值誤差爲：

4實(shí)驗數據和結果
　　實(shí)驗測得在流體介(jie)質的粘度爲43.49cSt條件(jian)下，DN10口徑的渦輪流(liú)㊙️量傳🔴感器在各個(ge)實驗流量點的儀(yi)表系數Ki如表1所示(shi)。

　　使用函數拟合軟(ruan)件Originpro2017對所得數據進(jìn)行拟合，Origin爲OriginLab公司出(chū)品的較流😘行的專(zhuan)業函數繪圖軟件(jian)，是公認的簡單易(yì)學、操作靈活、功能(néng)強大的軟件，既可(ke)以滿足一♻️般用戶(hu)的制圖需要，也可(kě)以滿足高級用戶(hu)數據分析、函數拟(ni)合的需要。
使用Origin軟(ruǎn)件中的四次多項(xiàng)式polynomial拟合公式，使用(yòng)最小二乘🔅法，得到(dao)如❤️下函數，其中流(liu)速爲自變量X，儀表(biǎo)系數爲因變量Y：
Y=1486.9+86.9X+426.49X2-517.4X3+157.9X4
圖(tú)4爲流量與儀表系(xi)數的拟合曲線圖(tú)。
表2爲各對應流量(liàng)點的拟合後儀表(biǎo)系數的誤差。
　　如果(guǒ)直接采用各個流(liu)量點的儀表系數(shu)取平均值👄得儀🤩表(biao)☔系數爲1610.68，表3爲未采(cai)用拟合修正公式(shì)流量點對應儀表(biao)系數誤差。


　　爲證明該高(gao)粘度變流速自适(shi)應算法及公式的(de)有效性，重新選取(qu)四個流量點：0.4m3/h、0.6m3/h、0.8m3/h、1.0m3/h對該(gai)公式以及算法進(jin)🔞行精度驗證，得到(dào)表4數據，表5爲各對(dui)應流量點的拟✏️合(hé)後儀表系數的誤(wù)差🔴。

　　如果直接采用(yòng)各個流量點的儀(yi)表系數取平均值(zhi)✏️得儀表系數爲1610.68，表(biao)6爲未采用拟合修(xiu)正公式流量點🐅對(dui)應儀表♊系數誤差(cha)。

　　實驗結果表明，經(jīng)過這種高粘度變(bian)流速自适應算🤟法(fa)修正後，儀表系數(shu)精度提高到0.83%。如果(guo)隻是簡單将⭕儀表(biao)系數取平均，最大(da)誤差将達到4.4%。而且(qie)從修正後儀表系(xi)數誤差值與未經(jing)過修㊙️正儀表系數(shù)誤差值相比，基本(ben)各個流量點精度(dù)都有較大的提升(shēng)。
5結論
　　對高粘度下(xià)渦輪流量計在測(ce)量變流速流體介(jie)質時的儀表系數(shu)變化規律進行了(le)研究，在43.49cSt粘度條件(jian)下，使用DN10渦輪流量(liàng)傳✏️感器在0.3m3/h~1.5m3/h流速範(fan)圍内進行實驗，并(bing)提出一種高粘度(dù)變流速自适應算(suàn)法，該高粘度❄️變流(liú)速算法能夠将💋儀(yi)表系數精度由4.4%提(tí)㊙️高到0.83%，并對此進行(háng)了驗證，結果證明(ming)此算法确實能夠(gòu)大幅提高渦輪流(liu)量計的測量精度(du)。

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