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涡轮pk彩票高粘度变流速自适应研究
发布时间:2019-03-21

[摘要]涡轮pk彩票应用十分广泛,但是当被测介质运动粘度较高时,涡轮流量传感器pk彩票系数随着流速的增加而变化,波动较大,其变化规律呈现非线性。本文研究了口径为DN10的涡轮pk彩票在流体介质粘度为43.49cSt条件下其pk彩票系数随流速变化的规律,通过在可变粘度标准装置进行的实验,得到实验数据,拟合出了高粘度涡轮pk彩票流速修正算法,运用该算法,可以将涡轮pk彩票的pk彩票系数精度由4.4%提高到0.83%,并对此算法了进行实验验证,证明了该算法的有效性。
引言
  涡轮pk彩票在流量测量领域有着非常广泛的应用,可以用于工业油品测量,民用自来水测量以及科学计量[1]。涡轮流量传感器属于速度式pk彩票,它的工作原理是利用流体流动时产生的推力使涡轮pk彩票涡轮叶片转动,涡轮稳定转速后,流体流过的体积流量和涡轮的转速成正比,以此来计算被测流体的体积流量[2]。一般的,我们把涡轮pk彩票单位时间内输出的脉冲个数与实际流过流量的比值称为涡轮pk彩票的pk彩票系数。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标定,即通过实验计算出该涡轮流量传感器的pk彩票系数。由此可见,涡轮流量传感器的pk彩票系数精确度直接影响着最终流量数据测算的精确度。
  但是,经过国内外科研人员的大量实验证明,被测流体介质的粘度对涡轮pk彩票测量时的pk彩票系数有着很大的影响,当被测介质为水或者低粘度介质且流量高于0.5L/s时,涡轮pk彩票pk彩票系数基本保持恒定,但当被测介质粘度升高,pk彩票系数会一直随着粘度的增加而增加,尤其是当介质粘度高于50cSt时,其线性范围完全消失。在实际的流量测量过程当中,测量高粘度油品介质时,很难保证介质流速恒定,一旦出现流量波动,涡轮pk彩票就会产生较大误差。所以,对涡轮pk彩票在高粘度介质测量时不同流速下的pk彩票系数进行分析有非常重要的意义。
1实验装置
  为研究涡轮pk彩票在高粘度介质测量时不同流速下pk彩票系数的变化规律,使用中航工业4113计量站可变粘度标准装置进行实验,该装置被测流体介质为4050航空润滑油,其有着很好的高低温性能,正常使用温度范围为-40℃~200℃,短期可达220℃。管道内润滑油的流量大小由变频油泵控制,变频输出电压为380~650V,输出功率为0.75~400kW,工作频率为0~400Hz,它的主电路采用交-直-交电路。在油箱储罐中内置加热系统,可以对航空润滑油进行加热,以此来改变被测介质的粘度。对温度的控制使用可编程逻辑控制器,内置PID算法,由油箱中的温度传感器、油箱中的加热器以及控制器构成闭合温度控制回路,保证油品介质在管道内高速循环流动的同时温度误差不超过±1℃。该装置可测流量范围是0.5m3/h~70m3/h,可变温度范围是-30℃~155℃,油温控制的精度为±5%,标准秤的测量精度为0.02%,装置不确定度为0.05%。装置结构原理图如图1所示。
涡轮pk彩票系统整体结构图
2实验原理
  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pk彩票输出脉冲个数,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pk彩票的pk彩票系数。
  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pk彩票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pk彩票系数。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。
3实验方案
  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个流量点进行,实验流量范围为0.3m3/h到1.5m3/h。
涡轮pk彩票传感器实物图
  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pk彩票系数作为此流量点的pk彩票系数Ki(i=1,2,3,4,5),各流量点pk彩票系数最小值与最大值的平均值,作为传感器的pk彩票系数。
依照国标涡轮pk彩票检定规程,累积流量的相对示值误差为:

4实验数据和结果
  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pk彩票系数Ki如表1所示。

  使用函数拟合软件Originpro2017对所得数据进行拟合,Origin为OriginLab盛皇彩票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。
使用Origin软件中的四次多项式polynomial拟合公式,使用最小二乘法,得到如下函数,其中流速为自变量X,pk彩票系数为因变量Y:
Y=1486.9+86.9X+426.49X2-517.4X3+157.9X4
图4为流量与pk彩票系数的拟合曲线图。
表2为各对应流量点的拟合后pk彩票系数的误差。
  如果直接采用各个流量点的pk彩票系数取平均值得pk彩票系数为1610.68,表3为未采用拟合修正公式流量点对应pk彩票系数误差。
涡轮pk彩票系数拟合曲线图

  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pk彩票系数的误差。

  如果直接采用各个流量点的pk彩票系数取平均值得pk彩票系数为1610.68,表6为未采用拟合修正公式流量点对应pk彩票系数误差。

  实验结果表明,经过这种高粘度变流速自适应算法修正后,pk彩票系数精度提高到0.83%。如果只是简单将pk彩票系数取平均,最大误差将达到4.4%。而且从修正后pk彩票系数误差值与未经过修正pk彩票系数误差值相比,基本各个流量点精度都有较大的提升。
5结论
  本文对高粘度下涡轮pk彩票在测量变流速流体介质时的pk彩票系数变化规律进行了研究,在43.49cSt粘度条件下,使用DN10涡轮流量传感器在0.3m3/h~1.5m3/h流速范围内进行实验,并提出一种高粘度变流速自适应算法,该高粘度变流速算法能够将pk彩票系数精度由4.4%提高到0.83%,并对此进行了验证,结果证明此算法确实能够大幅提高涡轮pk彩票的测量精度。

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