摘要(yào):根據渦輪(lún)流量(liàng)傳感(gǎn)器f-v.非線性(xìng)曲線特點(diǎn),采用(yòng)分段線性化的方法(fǎ),處(chù)理(lǐ)渦輪流量(liàng)傳感器ƒ-qv拟(nǐ)合(hé)曲線,預(yù)期達(dá)到如下目的:①提(tí)高渦(wō)輪流量傳(chuán)感器測量精度(dù)。②擴展渦輪(lún)流量(liàng)傳(chuán)感器在(zài)相同(tóng)精度下的使用(yòng)範圍(wéi),減少(shǎo)因校(xiào)驗不合(hé)格,使渦輪流量傳感器(qì)報廢而造(zào)成的(de)浪費(fèi)。③這種分(fèn)段(duàn)線性(xìng)化處理方(fāng)法,可以推廣到(dào)其它(tā)領域的各(gè)種非(fēi)線性傳感(gǎn)器線性化(huà)處(chù)理過程,擴展其測量範圍,提(tí)高其(qí)測量(liàng)精(jīng)度(dù)。
0引言(yán)
　　按jjg1037-2008(渦(wō)輪流(liú)量計(jì) 檢定規程》要求(qiú),線性(xìng)誤差(chà)是渦(wō)輪流量(liàng)傳感器基本誤差(chà)的重(zhòng)要組成部分，從(cóng)實際出發,在重(zhòng)複性滿足(zú)的情況下，渦輪流量(liàng)傳感(gǎn)器的線性(xìng)使用範圍(wéi)大大縮小(xiǎo)了(le),這(zhè)樣将(jiāng)減少渦輪(lún)流量(liàng)傳感器的使用價值(zhí)。
　　爲此,校準(zhǔn)渦(wō)輪(lún)流量傳感(gǎn)器過(guò)程(chéng)中,在重(zhòng)複性滿足(zú)其誤(wù)差五分(fèn)之(zhī)-的情(qíng)況下(xià),采用分段線性化的處理方法,不但可以增加渦輪(lún)流量傳感器(qì)的測量(liàng)範圍(wéi)和測量精(jīng)度(dù),還可以增加(jiā)渦輪流量(liàng)傳感(gǎn)器使(shǐ)用價值,對(duì)企業來(lái)說減少(shǎo)因渦(wō)輪(lún)流量計(jì)檢定不合格引(yǐn)起的(de)資源浪費(fèi)。
1傳感器的(de)線性(xìng)特性與(yǔ)分段線(xiàn)性化
1.1渦輪(lún)流量(liàng)傳感(gǎn)器的線性(xìng)特性(xìng)
　　k-qv特性曲線(xiàn)說明f-qv特(tè)性(xìng)曲線(xiàn)全量程存在非(fēi)線性,特别是高粘度介質(zhì)，且有一定(dìng)規律,如圖所示1。
 
　　根據理論(lùn)分析(xī),渦輪流量(liàng)傳感(gǎn)器k-qv理想特性(xìng)曲(qǔ)線是平行(háng)于qv軸的直線,但由于(yú)流體(tǐ)粘力特性的(de)影響和葉輪上所受阻力矩作用的結(jié)果,實(shí)際的特性(xìng)曲線具有高峰特征,高(gāo)峰出現(xiàn)在傳(chuán)感器上限流量(liàng)的20%~30%處(chù),産生(shēng)高峰特征(zhēng)的原(yuán)因是(shì):當流量減(jiǎn)小到某一(yī)數值(通常爲20%~30%上限流(liú)量)時,作用(yòng)于渦(wō)輪上的旋轉力(lì)矩和粘滞(zhì)阻力矩都相(xiàng)應(yīng)地減(jiǎn)小。但(dàn)粘滞(zhì)阻力(lì)矩減小更顯著(zhe),所以渦輪的(de)轉速反(fǎn)而提高,特(tè)性曲線出現高(gāo)峰,随(suí)着流量的(de)進一步(bù)減小,這(zhè)樣使(shǐ)作用在渦(wō)輪.上的所有阻力矩的影響相(xiàng)對突出,渦輪轉速降(jiàng)得快(kuài),特性(xìng)曲線明(míng)顯(xiǎn)下降(jiàng),相反，當流量增(zēng)大到超(chāo)過(guò)某--值時,作(zuò)用在(zài)渦輪上(shàng)的旋轉力矩(jǔ)增大，當(dāng)與阻(zǔ)力(lì)矩達到平(píng)衡時,特性曲線就顯得較平直(zhí)。
　　爲了(le)獲得高測量精(jīng)度，渦輪流(liú)量(liàng)傳(chuán)感器的使用範(fàn)圍應選(xuǎn)在(zài)特性(xìng)曲線的線性段(duàn)。
　　另外,被(bèi)測流體物理特性對渦(wō)輪流量傳(chuán)感器線性有(yǒu)影(yǐng)響，其(qí)中流體粘(zhān)度影(yǐng)響最(zuì)大,這一點(diǎn)必須(xū)清楚,由(yóu)于(yú)流體皆(jiē)具(jù)有粘(zhān)性,使得(dé)流(liú)體對(duì)渦輪(lún)産生粘滞(zhì)阻力距(jù),被(bèi)測流體的變化,對流(liú)量計特性的影(yǐng)響較大(dà),定(dìng)性的(de)分析(xī),随着(zhe)流體(tǐ)粘度的增大,對(duì)于任意口徑(jìng)的(de)傳感器來說，它(tā)的線(xiàn)性範圍縮(suō)小，對(duì)一-定口徑(jìng)的(de)傳感(gǎn)器而言(yán),粘度(dù)變化對線(xiàn)性特(tè)性曲線的(de)下限流量處影(yǐng)響最(zuì)大,随(suí)着流(liú)量的增大影響(xiǎng)反而減小。對不(bú)同口(kǒu)徑的(de)傳感器來說(shuō),口徑越(yuè)大,粘(zhān)度變化對(duì)線性特(tè)性的影(yǐng)響越小,口徑越(yuè)小，影響(xiǎng)越(yuè)大,如(rú)圖2所示(shì)。
 
　　由此可(kě)以看出,不(bú)管什麽樣的流體介(jiè)質,粘度(dù)對(duì)傳(chuán)感器測量的線性(xìng)特性都有影響,因此(cǐ),在(zài)全量程(chéng)範圍内,按照jjg1037-2008要求,數(shù)字式(shì)流(liú)量(liàng)二次儀表(biǎo)隻能(néng)利用儀表系數(shù)k的線性段30%qmax.以上(shàng),對于30%qmax.以(yǐ)下重複(fú)性好的非線性(xìng)段,無(wú)法使用,大(dà)大縮了渦輪流量計的使用範(fàn)圍,造成資(zī)源的(de)浪費(fèi)。
　　爲了擴展(zhǎn)渦輪(lún)流量(liàng)計的使用(yòng)範圍,可以(yǐ)像圖(tú)3那樣，将渦輪流(liú)量計(jì)流量(liàng)測量範圍分(fèn)段線性化處理(前(qián)提是:渦輪(lún)流量傳感(gǎn)器标(biāo)定時(shí),重複性滿足使用精(jīng)度的五分(fèn)之--)，依據渦(wō)輪流(liú)量計k-qv理論特性(xìng)曲線規律，劃分(fèn)成3段以(yǐ)上，采用(yòng)10分段或20分段的(de)智能(néng)流(liú)量=_次儀(yí)表，進(jìn)行ƒ-qv變換,即可達(dá)到全量程(chéng)滿足使用精度(dù)的目的,使用這(zhè)種分段(duàn)線(xiàn)性化(huà)處理渦輪流量(liàng)計方法,可以擴展渦輪(lún)流量計(jì)的測量(liàng)範圍,減少渦輪流量計(jì)報廢,節約(yuē)工廠(chǎng)資源。.
 
1.2非線(xiàn)性處(chù)理(lǐ)方法:分段線(xiàn)性化
　　在(zài)實際測(cè)量數據處(chù)理過程中(zhōng),最小二乘法是線性(xìng)化數據(jù)處(chù)理(lǐ)的基石(shí)，在非線性化傳感器(qì)輸出(chū)過程(chéng)中,分段線(xiàn)性化處理(lǐ)對傳(chuán)感器(qì)全量程(chéng)輸出精(jīng)度提高有特殊貢獻。
　　實際上，在(zài)渦輪(lún)流量校準(zhǔn)過程中,流(liú)體經過渦(wō)輪(lún)流量傳(chuán)感器将(jiāng)非(fēi)電量信号流速(sù)(v)轉換(huàn)成電量(liàng)信号一(yī)ƒ(hz)。我們依據(jù)實際(jì)流(liú)量qv(l/min)經(jīng)流(liú)量傳(chuán)感器變(biàn)換成(chéng)電量信号頻(pín)率ƒ(hz)的對應關(guān)系,即ƒ-qv函數關系,進(jìn)行-元線性(xìng)回(huí)歸分析(xī),拟合出渦輪(lún)流(liú)量傳(chuán)感器ƒ-qv特性(xìng)曲線,發現渦輪流量(liàng)傳感器ƒ-qv曲(qǔ)線與渦輪(lún)流量(liàng)傳感器k-qv特性(xìng)曲(qǔ)線反映規(guī)律特(tè)性一緻，如圖1和(hé)圖4對應關系，它具有(yǒu)非線性特(tè)點,且在流(liú)量30%qmax以上具有(yǒu)線性特(tè)點，因(yīn)此(cǐ)我(wǒ)們可以采用全(quán)量程分段線性(xìng)化處(chù)理的(de)方法(fǎ),每一段采用最(zuì)小二(èr)乘法處(chù)理ƒ和qv數據,拟合出(chū)ƒ-qv拟合(hé)曲線,如(rú)圖4所示(shì)。渦輪流量計分(fèn)段線(xiàn)性化處理(lǐ)流程(chéng)圖見(jiàn)圖5。
 
2渦輪流量計分段(duàn)線性(xìng)化處理結(jié)果(guǒ)評估
　　從理論上(shàng)講,分段(duàn)線性(xìng)化可适用(yòng)于所(suǒ)有非(fēi)線性(xìng)傳感(gǎn)器線性化(huà)處理,這(zhè)種(zhǒng)結果風險(xiǎn)的關鍵在(zài)于(yú):①渦輪流(liú)量傳(chuán)感器(qì)全量程标(biāo)定,尋(xún)找(zhǎo)ƒ-qv實(shí)測曲(qǔ)線真(zhēn)實拐點帶來的風(fēng)險。②渦輪(lún)流量(liàng)傳感(gǎn)器下(xià)限流量複現性帶來的風(fēng)險。隻要把(bǎ)握住這兩點,基(jī)本(běn)可(kě)控制(zhì)渦輪流量計分(fèn)段線性化(huà)處理(lǐ)結果的正(zhèng)确性。
　　下面(miàn)是一組實(shí)驗數(shù)據:2010年6月24日(rì)用(yòng)現(xiàn)場流量校(xiào)準裝置(zhì)(yijz-01)對(duì)渦輪(lún)流量傳感器lwgy-4(編(biān)号090402)進行校準。用(yòng)15号紅(hóng)油，在32℃條件(jiàn)下,先(xiān)标定，後校驗測量結果(guǒ)。現(xiàn)場标定(dìng)與(yǔ)驗證數據處理(lǐ)結果(guǒ)分别見表1、表2。标(biāo)定與驗(yàn)證曲線(xiàn)見圖(tú)6、圖7。表1數據表明:該(gāi)渦輪流(liú)量計(jì)重(zhòng)複性最(zuì)大值(zhí)爲(wèi)0.151%;表2結果(guǒ)表明:該渦(wō)輪流(liú)量計重複性爲0,最大示(shì)值(zhí)誤差(chà)爲-1.0%。
 
 
以(yǐ)上标定數據和驗證(zhèng)數據及圖6、圖7說(shuō)明:
①按(àn)jjc1037-2008要求,滿足(zú)1%誤差要求(qiú)，此渦輪流(liú)量計(jì)隻能用4.15843~5.69897(l/min)流量線(xiàn)性段(線性(xìng)度:0.83%,基本(běn)誤差:0.84%)。
②按(àn)分段線性(xìng)化處(chù)理,在滿足1%誤差要求，可将渦輪(lún)流量計量(liàng)程擴(kuò)展到(dào)0.29588~5.13462l/min量程。
3總結(jié)
　　理論分(fèn)析(xī)和(hé)實際測(cè)量數據說(shuō)明:分(fèn)段(duàn)線(xiàn)性化(huà)處理(lǐ)方法(fǎ),在滿(mǎn)足其精(jīng)度要求的前(qián)提(tí)下(xià),完(wán)全(quán)可以擴展渦輪(lún)流量(liàng)計的測量(liàng)範圍，并(bìng)且分段(duàn)線性(xìng)化(huà)處理方(fāng)法可以适(shì)用于(yú)所有(yǒu)傳感(gǎn)器非(fēi)線性段(duàn)線(xiàn)性化處理(lǐ)。

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