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创盈 涡轮流量计已广泛应用于流量测量领域,可用于工业油品测量,民用自来水测量和科学测量[1]。涡轮流量传感器属于速度流量计。其工作原理是利用流体流动过程中产生的推力使涡轮流量计的涡轮叶片旋转。在涡轮机具有稳定的速度之后,流过流体的体积流量与涡轮机速度成比例,从而计算测量的流体的体积流量[2]。通常,涡轮流量计每单位时间输出的脉冲数与实际流量之比称为涡轮流量计的仪表系数。涡轮流量传感器需要在投入使用前在标准计量装置上进行校准,即通过实验计算出涡轮流量传感器的仪表系数。因此,涡轮流量传感器的仪表系数精度直接影响最终流量数据测量的精度。
创盈 但经过大量实验表明,国内外研究人员通过介质对涡轮流量计测量仪器的粘度流量系数有很大影响,当测量中,中低粘度,水流量高于0.5 L时/ s,涡轮流量计,仪表系数保持恒定,但当测量介质粘度较高时,仪表系数随粘度增加而增加,特别是当介质粘度高于50 CST时,其线性范围完全消失。在实际的流量测量过程中,当测量高粘度油品的介质时,很难确保介质速度恒定,一旦发生流量波动,涡轮流量计就会产生很大的误差。因此,在测量高粘度介质时,分析不同流量下涡轮流量计的仪表系数具有重要意义。
创盈 1.实验设备:
创盈 对于高粘度介质中涡轮流量计在不同流速测量仪器系数变化规律下的研究,使用avic 4113计量站,变粘度标准实验装置是4050航空润滑油的装置当前体介质,它具有很好的高度和低温性能,使用温度范围为正常 - 40℃~200℃,短期可达220℃。管道中的润滑油流量由变频泵控制。变频输出电压380~650V,输出功率0.75~400kW,工作频率0~400Hz。其主电路采用交直流交流电路。在罐中内置加热系统,通过加热航空润滑油来改变被测介质的粘度。采用可编程逻辑控制器进行温度控制,内置PID算法,油箱温度传感器,加热器油箱和控制器在闭环温度控制下,确保管道内高速循环油介质和温度误差为不超过+ / - 1℃。该装置可测量流量范围为0.5 m3 / h~70 m3 / h,可变温度范围为-30℃~155℃,油温控制精度为正负5%,标准刻度测量精度为0.02%,工厂不确定性为0.05%。器件结构示意图如图1所示。
2、实验原理:
创盈 该装置的测量原理是静态称重法, 即在固定的时间内, 使用电脑采集涡轮流量计输出脉冲个数, 同时将流过的流体全部引入到标准秤中称重, 除以对应密度来计算流过的真实体积流量, 最终再用累积体积流量除以总脉冲个数计算出涡轮流量计的仪表系数。
创盈 实验开始前首先开启油泵, 使润滑油在管道内匀速循环流动, 根据已知的介质粘度与温度的对应关系表, 选择要测试的介质粘度所对应的温度, 然后开始对介质加热, 使装置内的介质达到设定的温度及其对应的粘度。实验开始后, 实验员在上位机电脑上点击实验开始, 换向阀立即动作, 流过涡轮流量计的流体会全部引入到标准秤中, 与此同时电脑开始计时并采集涡轮流量传感器的输出脉冲数, 经过一分钟后停止, 标准秤会自动上传流体累积质量至上位机, 上位机通过该介质温度密度对应表再计算出体积, 再通过体积除以脉冲总个数得到仪表系数。在实验过程中, 系统计算机中的程序会记录单次实验持续的实验时间、累积总脉冲数、累积质量流量、瞬时流量、流体当前温度下的密度、流体温度等信息。可变粘度液体标准装置如图2所示。
3、实验方案:
创盈 实验采用口径为DN10的涡轮流量传感器, 如图3所示。实验中选择10℃进行实验测试, 对应的流体介质的粘度为43.49cSt。选取0.3m3/h、0.5m3/h、0.7m3/h、0.9m3/h、1.1m3/h、1.3m3/h和1.5m3/h共7个流
实验中每个流量点均进行3次测量, (j=1, 2, 3) , 3次测量的平均仪表系数作为此流量点的仪表系数Ki (i=1, 2, 3, 4, 5) , 各流量点仪表系数蕞小值与蕞大值的平均值, 作为传感器的仪表系数。
依照国标涡轮流量计检定规程, 累积流量的相对示值误差为:
计算公式
式中:Eij为第i检定点第j次检定时, 传感器相对示值误差, %;
Vij为第i检定点第j次检定时, 涡轮流量计累积流量值, m3;
创盈 (Vs) ij为第i检定点第j次检定时, 标准累积体积流量值, m3;
创盈 第i检定点, 涡轮流量计流量计相对示值误差的绝队值为[3]:
计算公式
4、实验数据和结果:
创盈 实验测得在流体介质的粘度为43.49cSt条件下, DN10口径的涡轮流量传感器在各个实验流量点的仪表系数Ki如表1所示。使用函数拟合软件Originpro 2017对所得数据进行拟合, Origin为OriginLab公司出品的较流行的专业函数绘图软件, 是公认的简单易学、操作灵活、功能强大的软件, 既可以满足一般用户的制图需要, 也可以满足高级用户数据分析、函数拟合的需要。
创盈 使用Origin软件中的四次多项式polynomial拟合公式, 使用蕞小二乘法, 得到如下函数, 其中流速为自变量X, 仪表系数为因变量Y:
计算公式
如果直接采用各个流量点的仪表系数取平均值得仪表系数为1610.68, 表3为未采用拟合修正公式流量点对应仪表系数误差。
创盈 为证明该高粘度变流速自适应算法及公式的有效性, 重新选取四个流量点:0.4m3/h、0.6m3/h、0.8m3/h、1.0m3/h对该公式以及算法进行精度验证, 得到表4数据, 表5为各对应流量点的拟合后仪表系数的误差。
如果直接采用各个流量点的仪表系数取平均值得仪表系数为1610.68, 表6为未采用拟合修正公式流量点对应仪表系数误差。
创盈 实验结果表明, 经过这种高粘度变流速自适应算法修正后, 仪表系数精度提高到0.83%。如果只是简单将仪表系数取平均, 蕞大误差将达到4.4%。而且从修正后仪表系数误差值与未经过修正仪表系数误差值相比, 基本各个流量点精度都有较大的提升。
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