摘要:浮子流量(liàng)傳感器 中存在(zai)的非線性問題(tí)是影響浮子流(liú)量計測量精度(dù)的一個重🌈要因(yīn)素，爲了解決這(zhe)個問題,浮子流(liu)量傳感😍器的🛀特(te)性，利用🌈最小二(èr)乘法拟合數據(jù)，分析浮子高度(du)🤟和流量之間的(de)非線性關系理(li)論和實驗研究(jiū)結果表㊙️明，針對(dui)目前應用的短(duǎn)管型浮子流量(liang)計流量和浮子(zi)💔高度之間存🚶‍♀️在(zài)明顯的非線性(xing)關系,并🧡且發現(xian)在其💘他條件相(xiàng)同的情況下浮(fu)子行程的增加(jia)即錐管錐角的(de)減小對浮子流(liu)量傳感器線性(xing)度的❄️改善具有(yǒu)重要的💋作用.
　　浮(fu)子流量計 又名(ming) 轉子流量計 或(huo)面積流量計.在(zai)測量過程中，始(shǐ)終保持節流件(jiàn)前後🍓的壓差不(bú)變，通過改變流(liu)通面積來改變(bian)流量，,所以浮子(zi)流👨‍❤️‍👨量計也叫恒(héng)壓降變截面流(liu)量計.浮子流量(liàng)計的量程比一(yī)般可達10:1,精度約(yuē)爲±(1~2)%.由于浮子流(liu)量計具有結構(gou)簡單、使用方便(biàn)、直觀、壓損小👄、成(cheng)本低等🍓特點，已(yǐ)被廣泛應用于(yú)實驗室及生産(chan)領域".浮子流量(liang)計在測量過程(chéng)中流量和浮子(zǐ)高度之間存🔞在(zài)非🚶‍♀️線性關系,影(ying)響了👅測量精👨‍❤️‍👨度(dù)和浮子流量計(jì)的性能🛀🏻，這個問(wen)題在目前廣泛(fàn)應用的 短管型(xing)浮子流量計 中(zhōng)尤爲明顯,必須(xu)尋求有效的方(fang)法來解決.
 
　　Qv爲浮(fu)子流量計的體(ti)積流量,α爲流量(liang)系數;h爲浮子在(zai)錐管中的🥵垂直(zhi)位置;爲錐形管(guǎn)錐半角;Vf爲浮子(zi)體積;ρf爲浮☎️子材(cai)料密度ρ爲流體(tǐ)密度;Af爲浮子垂(chui)直于流向🍉的最(zui)大📐截面積;D0爲浮(fú)子🌈最大迎流面(miàn)的直徑;Dh爲浮子(zǐ)平衡在h高度時(shi)錐形管的直徑(jìng);df爲浮子最大直(zhi)徑(見♻️圖1).
 
　　公式(1)是(shi)習用的浮子流(liu)量計流量計量(liang)公式,一般認爲(wèi)📐在錐半✍️角中足(zú)夠小的情況下(xia)可以忽略二次(ci)項(htanφ),公式(1)可寫爲(wèi)如下形式:
 
　　公式(shi)(2)中Vf、Af、ρf、ρ、α、q、D0及φ都是确定(dìng)數值,故公式(2)中(zhong)流量Qv與浮子行(hang)🔞程🔅h具有線性關(guān)系.
1.2研究對象
　　目(mù)前流行的短管(guǎn)型浮子流量計(jì)其高度統一爲(wei):250mm，爲了和其👌他♋部(bù)件相配合,浮子(zi)在管體内能移(yi)動的最大位移(yi)爲59mm，在本文中💁選(xuǎn)擇浮子行程分(fen)别爲45mm(錐半角👄φ=21°06'),50mm(錐(zhuī)半角φ=18°16')和55mm(錐半㊙️角(jiǎo)φ=15°15')的DN80金屬管浮子(zi)流量傳感器 進(jìn)行線性度的研(yán)究，其流量測量(liang)範圍爲4~40m'/h,測量介(jie)質爲水，對應流(liu)量下限時的最(zui)低雷諾數爲14685.浮(fú)子流量傳感器(qì)的結構如圖2所(suo)示.
 
1.3非線性誤差(cha)計算公式
　　随着(zhe)現代技術的發(fa)展，進行測量的(de)非線性計算已(yǐ)非難事.目前，國(guo)内外金屬管浮(fú)子流量計采用(yòng)的線♊性化📐技術(shù)主要有兩種:-是(shi)應用四連杆進(jin)行非線性修正(zheng);二是利用💜凸輪(lun)進行非線性修(xiu)正.另外，還出現(xian)了帶微處理器(qi)的智🔞能流量計(jì)🚩，采用物位傳感(gǎn)器檢測浮子位(wèi)移，由微處理器(qì)㊙️通過軟件進行(hang)線性化，從而使(shi)儀表結構更簡(jiǎn)化，精度更高'".故(gù)當前流行的金(jin)🍉屬管浮子流量(liàng)計一般均采用(yong)250mm的儀表總長度(du),如圖2所示,不僅(jǐn)可以節約♋原材(cái)料,加工制造簡(jiǎn)單,而且體🚶積小(xiao),重量🐅輕，安裝使(shi)用方便.但是爲(wei)了達到更好的(de)流量測量效果(guo)，還是應該采用(yòng)盡可能長的錐(zhui)管,增🈲加浮子的(de)行程,使儀表一(yī)次🌈測量的非線(xian)性盡可能減小(xiao)
　　計算儀表一次(ci)測量的非線性(xing)誤差時利用最(zuì)小二乘法來拟(ni)合直線,非線性(xìng)誤差γ計算公式(shì)'"]:
 
　　其中:△Qv爲輸出平(ping)均值與基準拟(ni)合直線間的偏(pian)差,QVFS爲滿量程輸(shū)出平均值,k爲拟(nǐ)合直線的斜率(lǜ),xn爲被測物❗理量(liang)的第n個值,x1爲被(bei)測物理量的第(dì)1個值.
2浮子流量(liang)計非線性問題(ti)的理論分析
2.1理(li)論計算數據.
　　爲(wei)了研究浮子流(liu)量計的非線性(xing)問題,本文利用(yong)公式(1)針對浮子(zǐ)在錐管中的垂(chui)直位置和流量(liang)的對應關系給(gěi)出了三組理論(lun)計❌算數據.
　　在公(gong)式(1)中，當流量傳(chuán)感器的結構以(yi)及被測流體介(jie)質确定下來後(hou)，φ、Vf、ρf、ρ、Af、D0、Dh、df以及α這些變量(liang)都是已知量，是(shi)不變✌️的.表1、表2,表(biao)3分别給出了利(lì)用公式(1)計算的(de)行程爲45mm,50mm和🧑🏾‍🤝‍🧑🏼55mm的情(qing)況下浮子高度(dù)和流量之間的(de)對應關系，其中(zhōng)🔆浮子高度是浮(fú)子在錐管中的(de)垂直位置.數據(jù)表中❄️的第三列(lie)是利用公式(3)計(jì)算出來的相應(ying)流量點的非線(xiàn)性誤差.
 
2.2理論計(jì)算數據分析
　　對(duì)2.1節中的理論計(ji)算數據進行非(fei)線性誤差分析(xi).
　　如圖3所示,(a)、(b),(c)分别(bié)是行程爲45mm,50mm和55mm的(de)浮子流量計浮(fu)子高🌈度㊙️和🔞流🌈量(liàng)間對應關系曲(qu)線及利用最小(xiǎo)二乘法拟合的(de)直線.從表1.表2，表(biǎo)3中第三列所示(shi)的非線性誤差(cha)🏒數據可以看出(chu)，當利用公式(1)進(jìn)行流量計算時(shí)在不同的流量(liang)點處流量和浮(fu)子高💃🏻度之間表(biǎo)現出了不同的(de)非線性💰誤差,流(liu)量和浮子高度(du)之間不是線性(xing)對應關系.
 
當浮(fú)子行程是45mm(錐半(bàn)角φ=21°06')時:最大非線(xiàn)性誤差γmx=15.46%,平均非(fēi)線❗性誤差😍γ=6.34%
當浮(fu)子行程是50mm(錐半(bàn)角中=18°16')時:最大非(fēi)線性誤差Ymax=14.56%,平均(jun)非線性誤差🐆γ=5.01%.
當(dang)浮子行程是55mm(錐(zhuī)半角φ=15°15')時:最大非(fēi)線性誤差Ymax=6.24%,平均(jun)非線性誤差γ=3.61%.
　　對(duì)比三個不同行(hang)程下最大非線(xiàn)性誤差和平均(jun)非線🔴性🌐誤差的(de)🛀數值可以看出(chu)，當浮子行程分(fèn)别爲45mm.50mm,55mm,即相應🌈的(de)錐半角爲φ=21°06'φ=18°16'中😄=15°15'時(shí)，無論是非線性(xìng)誤差的最大值(zhi)還是平均值都(dōu)有很明顯的減(jiǎn)小，尤其是浮子(zǐ)流量計的線性(xing)度即最㊙️大非線(xiàn)性誤差分别🌈爲(wèi)γmax=15.46%、γ=14.56%,γmax=6.24%，浮子流🛀🏻量計的(de)線性♍度從理論(lùn)計算上有了明(míng)顯的改善.
3浮子(zi)流量計非線性(xìng)問題的實驗研(yan)究
　　該過程對如(ru)1.2節所述的浮子(zi)流量傳感器進(jìn)行實驗研究🔆.
3.1實(shí)驗裝置
　　實驗裝(zhuāng)置如圖4所示，采(cai)用稱重法對金(jin)屬浮子流量計(jì)進行标💋定.實驗(yan)過程如下所述(shù):
 
　　實驗中所需流(liu)體介質來自高(gao)位穩壓水塔,流(liu)體經過進水閥(fá)1進入過濾罐2,3爲(wei)标準表，可以監(jiān)視管道中的流(liú)量值,電動調節(jie)🛀閥4起選通作用(yong),從平衡罐5流出(chū)🛀的流體進入金(jin)屬管浮子流量(liang)計8,再經過流量(liang)調節閥10從噴嘴(zui)11不斷向量器13中(zhōng)注入，當量器13中(zhōng)注滿流體🔴以後(hòu)換向器12自動換(huan)向,使✊得從噴嘴(zui)11流過來的流體(ti)不再進入量器(qì)13,而是進入量器(qì)13右側的回水槽(cáo),此時電子秤15可(kě)以稱出量器13中(zhōng)流體的重🏃‍♀️量，通(tōng)過計算機17中🥰的(de)程序顯示結果(guo)可以看到流量(liàng)值，之後打開放(fang)水閥14放水，當量(liang)器13中的水全部(bù)💰都放完時,電子(zǐ)秤15清零,換向器(qi)12又自動換向到(dao)量器13-側,使得流(liu)體不斷的注入(ru),準備下一次實(shi)驗.
3.2實驗數據
　　實(shí)驗過程中選取(qǔ)10個流量點進行(háng)實驗,單行程每(mei)點♉重複測量3次(ci),正反行程各5次(ci).對每個實驗點(diǎn)處的樣本取🔴平(ping)均(30次平均值).實(shí)驗數據如表4,表(biǎo)5和表6所示，其中(zhōng)标準流量是實(shí)驗過程中利用(yòng)稱重法得到的(de)流量,即流過金(jīn)屬浮子流量計(ji)的流量,浮子🍓高(gāo)度是浮子在錐(zhuī)管中的垂直位(wei)置.同樣數據表(biǎo)中的第三列是(shì)利用公式(3)計算(suan)出來的非線性(xìng)誤差.
 
3.3實驗數據(ju)分析
　　如圖5所示(shì)爲根據實驗過(guò)程中所得到的(de)标準流量和浮(fu)子👄高度之間的(de)對應關系曲線(xian)及相應的利用(yòng)🍉最小二乘法得(de)到的拟合直線(xian).
 
　　下面對行程分(fen)别是45mm、50mm,55mm的浮子流(liu)量計的非線性(xing)誤差值作一下(xia)比較.從表4、表5，表(biao)6中的非線性誤(wù)差數據可以看(kan)🌏出，在實驗🔞過程(chéng)中流量和浮子(zi)高度之間也并(bìng)不是簡單的一(yi)對應的💚線性關(guan)🏃🏻‍♂️系,二者之間存(cun)在嚴重的非線(xiàn)性，這也進一步(bu)證明了在進行(háng)流量計算時不(bú)能利用公式(2)對(dui)流量和高度之(zhī)間的關系進行(háng)線性化處理,而(ér)應該利用公式(shì)(1)進行計算.
當浮(fú)子行程是45mm(錐半(ban)角φ=21°06')時:最大非線(xian)性誤差γmax=12.43%，平均非(fei)線性誤差γ=6.71%.
當浮(fu)子行程是50mm(錐半(ban)角中=18°16')時:最大非(fēi)線性誤差γmax=11.45%,平均(jun)非線性🐆誤⭐差γ=5.08%.
當(dāng)浮子行程是55mm(錐(zhui)半角φ=15°15')時:最大非(fēi)線性誤差γmx=5.66%,平均(jun1)非線性誤差V=3.28%.
　　對(duì)比.上述兩組最(zuì)大非線性誤差(cha)和平均非線性(xìng)誤差🏃🏻‍♂️的數值可(ke)💯以看出，當浮子(zǐ)行程爲45mm、50mm,55mm，相應的(de)錐半角爲φ=21°06'φ=18°16'φ=15°15'時浮(fú)子流量計非線(xiàn)性誤差的最大(dà)值和平均值🌈也(yě)都有了很明顯(xiǎn)的減🌍小，其中浮(fu)子流量計的線(xiàn)性度即最大非(fei)線性誤差分别(bié)爲γmax=12.43%γmax=11.45%γmax=5.66%,儀表的線性(xìng)度得到了很好(hao)的.改善.
4結論
　　本(běn)文針對浮子流(liú)量計的線性度(du)問題進行了研(yan)究，文中給出了(le)在三種行程下(xia)不同的流量點(diǎn)處的非線性誤(wu)差值，并🍓從理論(lùn)和實驗做了對(dui)比分析.理論分(fèn)析和實驗研究(jiū)表明,在目前應(ying)用的短管型浮(fú)子流量計中💃流(liú)量和浮子高度(dù)之🌍間不是一👉--對(dui)應的線性關系(xi),因此在進行流(liú)量計時不能選(xuan)用公式(2),而應該(gai)選擇公式(1).
　　分析(xī)兩個行程下的(de)浮子流量計非(fei)線性誤差數據(jù)可以⭕得到如🍓下(xià)結論:浮子的行(hang)程(錐管的錐角(jiao))是影響浮子流(liu)量計線性度的(de)一個重要因素(su),适當增加🔞浮子(zi)的行程、減小錐(zhui)管❓的錐角🚶，可以(yǐ)使一次儀表的(de)🙇‍♀️線性度有很大(da)的改善，這對于(yu)⛷️浮子流量傳感(gan)器結構的設計(jì)與優化具有重(zhòng)☂️要的指導意義(yi).

本文來源于網(wǎng)絡,如有侵權聯(lian)系即删除！