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船用柴油流量計廠家高粘度變流速自適應(yīng)研究

點擊次數(shù):1989 發(fā)布時間:2021-01-19 15:22:12
摘要:船用柴油流量計廠家應(yīng)用十分廣泛,但是當(dāng)被測介質(zhì)運動粘度較高時,渦輪流量傳感器儀表系數(shù)隨著流速的增加而變化,波動較大,其變化規(guī)律呈現(xiàn)非線性。本文研究了口徑為DN10的船用柴油流量計廠家在流體介質(zhì)粘度為43.49cSt條件下其儀表系數(shù)隨流速變化的規(guī)律,通過在可變粘度標準裝置進行的實驗,得到實驗數(shù)據(jù),擬合出了高粘度船用柴油流量計廠家流速修正算法,運用該算法,可以將船用柴油流量計廠家的儀表系數(shù)精度由4.4%提高到0.83%,并對此算法了進行實驗驗證,證明了該算法的有效性。
船用柴油流量計廠家在流量測量領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用,可以用于工業(yè)油品測量,民用自來水測量以及科學(xué)計量。渦輪流量傳感器屬于速度式流量計,它的工作原理是利用流體流動時產(chǎn)生的推力使船用柴油流量計廠家渦輪葉片轉(zhuǎn)動,渦輪穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后,流體流過的體積流量和渦輪的轉(zhuǎn)速成正比,以此來計算被測流體的體積流量。一般的,我們把船用柴油流量計廠家單位時間內(nèi)輸出的脈沖個數(shù)與實際流過流量的比值稱為船用柴油流量計廠家的儀表系數(shù)。渦輪流量傳感器需要在投入使用前,在標準計量裝置上進行標定,即通過實驗計算出該渦輪流量傳感器的儀表系數(shù)。由此可見,渦輪流量傳感器的儀表系數(shù)精確度直接影響著*終流量數(shù)據(jù)測算的精確度。
但是,經(jīng)過國內(nèi)外科研人員的大量實驗證明,被測流體介質(zhì)的粘度對船用柴油流量計廠家測量時的儀表系數(shù)有著很大的影響,當(dāng)被測介質(zhì)為水或者低粘度介質(zhì)且流量高于0.5L/s時,船用柴油流量計廠家儀表系數(shù)基本保持恒定,但當(dāng)被測介質(zhì)粘度升高,儀表系數(shù)會一直隨著粘度的增加而增加,尤其是當(dāng)介質(zhì)粘度高于50cSt時,其線性范圍完全消失。在實際的流量測量過程當(dāng)中,測量高粘度油品介質(zhì)時,很難保證介質(zhì)流速恒定,一旦出現(xiàn)流量波動,船用柴油流量計廠家就會產(chǎn)生較大誤差。所以,對船用柴油流量計廠家在高粘度介質(zhì)測量時不同流速下的儀表系數(shù)進行分析有非常重要的意義。
1實驗裝置
為研究船用柴油流量計廠家在高粘度介質(zhì)測量時不同流速下儀表系數(shù)的變化規(guī)律,使用中航工業(yè)4113計量站可變粘度標準裝置進行實驗,該裝置被測流體介質(zhì)為4050航空潤滑油,其有著很好的高低溫性能,正常使用溫度范圍為-40℃~200℃,短期可達220℃。管道內(nèi)潤滑油的流量大小由變頻油泵控制,變頻輸出電壓為380~650V,輸出功率為0.75~400kW,工作頻率為0~400Hz,它的主電路采用交-直-交電路。在油箱儲罐中內(nèi)置加熱系統(tǒng),可以對航空潤滑油進行加熱,以此來改變被測介質(zhì)的粘度。對溫度的控制使用可編程邏輯控制器,內(nèi)置PID算法,由油箱中的溫度傳感器、油箱中的加熱器以及控制器構(gòu)成閉合溫度控制回路,保證油品介質(zhì)在管道內(nèi)高速循環(huán)流動的同時溫度誤差不超過±1℃。該裝置可測流量范圍是0.5m3/h~70m3/h,可變溫度范圍是-30℃~155℃,油溫控制的精度為±5%,標準秤的測量精度為0.02%,裝置不確定度為0.05%。裝置結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

2實驗原理
該裝置的測量原理是靜態(tài)稱重法,即在固定的時間內(nèi),使用電腦采集船用柴油流量計廠家輸出脈沖個數(shù),同時將流過的流體全部引入到標準秤中稱重,除以對應(yīng)密度來計算流過的真實體積流量,*終再用累積體積流量除以總脈沖個數(shù)計算出船用柴油流量計廠家的儀表系數(shù)。
實驗開始前*先開啟油泵,使?jié)櫥驮诠艿纼?nèi)勻速循環(huán)流動,根據(jù)已知的介質(zhì)粘度與溫度的對應(yīng)關(guān)系表,選擇要測試的介質(zhì)粘度所對應(yīng)的溫度,然后開始對介質(zhì)加熱,使裝置內(nèi)的介質(zhì)達到設(shè)定的溫度及其對應(yīng)的粘度。實驗開始后,實驗員在上位機電腦上點擊實驗開始,換向閥立即動作,流過船用柴油流量計廠家的流體會全部引入到標準秤中,與此同時電腦開始計時并采集渦輪流量傳感器的輸出脈沖數(shù),經(jīng)過一分鐘后停止,標準秤會自動上傳流體累積質(zhì)量至上位機,上位機通過該介質(zhì)溫度密度對應(yīng)表再計算出體積,再通過體積除以脈沖總個數(shù)得到儀表系數(shù)。在實驗過程中,系統(tǒng)計算機中的程序會記錄單次實驗持續(xù)的實驗時間、累積總脈沖數(shù)、累積質(zhì)量流量、瞬時流量、流體當(dāng)前溫度下的密度、流體溫度等信息。
3實驗方案
實驗采用口徑為DN10的渦輪流量傳感器,如圖3所示。實驗中選擇10℃進行實驗測試,對應(yīng)的流體介質(zhì)的粘度為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個流量點進行,實驗流量范圍為0.3m3/h到1.5m3/h。

實驗中每個流量點均進行3次測量,(j=1,2,3),3次測量的平均儀表系數(shù)作為此流量點的儀表系數(shù)Ki(i=1,2,3,4,5),各流量點儀表系數(shù)*小值與*大值的平均值,作為傳感器的儀表系數(shù)。
依照國標船用柴油流量計廠家檢定規(guī)程,累積流量的相對示值誤差為:

4實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果
實驗測得在流體介質(zhì)的粘度為43.49cSt條件下,DN10口徑的渦輪流量傳感器在各個實驗流量點的儀表系數(shù)Ki如表1所示。

使用函數(shù)擬合軟件Originpro2017對所得數(shù)據(jù)進行擬合,Origin為OriginLab公司出品的較流行的專業(yè)函數(shù)繪圖軟件,是公認的簡單易學(xué)、操作靈活、功能強大的軟件,既可以滿足一般用戶的制圖需要,也可以滿足高級用戶數(shù)據(jù)分析、函數(shù)擬合的需要。
使用Origin軟件中的四次多項式polynomial擬合公式,使用*小二乘法,得到如下函數(shù),其中流速為自變量X,儀表系數(shù)為因變量Y:
Y=1486.9+86.9X+426.49X2-517.4X3+157.9X4
圖4為流量與儀表系數(shù)的擬合曲線圖。
表2為各對應(yīng)流量點的擬合后儀表系數(shù)的誤差。
如果直接采用各個流量點的儀表系數(shù)取平均值得儀表系數(shù)為1610.68,表3為未采用擬合修正公式流量點對應(yīng)儀表系數(shù)誤差。


為證明該高粘度變流速自適應(yīng)算法及公式的有效性,重新選取四個流量點:0.4m3/h、0.6m3/h、0.8m3/h、1.0m3/h對該公式以及算法進行精度驗證,得到表4數(shù)據(jù),表5為各對應(yīng)流量點的擬合后儀表系數(shù)的誤差。

實驗結(jié)果表明,經(jīng)過這種高粘度變流速自適應(yīng)算法修正后,儀表系數(shù)精度提高到0.83%。如果只是簡單將儀表系數(shù)取平均,*大誤差將達到4.4%。而且從修正后儀表系數(shù)誤差值與未經(jīng)過修正儀表系數(shù)誤差值相比,基本各個流量點精度都有較大的提升。
5結(jié)論
本文對高粘度下船用柴油流量計廠家在測量變流速流體介質(zhì)時的儀表系數(shù)變化規(guī)律進行了研究,在43.49cSt粘度條件下,使用DN10渦輪流量傳感器在0.3m3/h~1.5m3/h流速范圍內(nèi)進行實驗,并提出一種高粘度變流速自適應(yīng)算法,該高粘度變流速算法能夠?qū)x表系數(shù)精度由4.4%提高到0.83%,并對此進行了驗證,結(jié)果證明此算法確實能夠大幅提高船用柴油流量計廠家的測量精度。

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