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粘度补偿式涡轮流量计的理论与实践

粘度补偿式涡轮流量计的理论与实践 2011年12月09日 来源： 一 前言 传统涡轮流量计只能用来测量低粘度的液体流量，如水、汽油等。涡轮流量计制造厂一般也规定被测液体粘度不得大于5MPaS，否则将产生严重误差。如何用传统涡轮流量传感器准确测量液体粘度大于5MPaS的液体流量，如原油、机械油等的流量，则会引起我们广泛的重视。 本研究采用LW型传统涡轮流量传感器作为研究对象，对其进行了广泛的理论和实验研究，得到了这种流量传感器的介质粘度补偿模型，与此同时，我们还研制了具有粘度自动补偿功能的涡轮流量计积算显示仪表，这样传统涡轮流量传感器，运用相应粘度补偿模型，并配以本积算显示仪表，就可以实现对粘性液体的流量测量。 二 介质粘性影响试验Hochreiter(1)和 Shafer(2)曾给出了涡轮流量传感介质粘性影响的物理模型。 （1）式中 f---------传感器发出的频率；Q-------- 瞬时流量；v---------被测液体的运动粘度。式（1）即称为“涡轮流量计的通用粘度曲线”。其中，Φ为一多项式；Φ的形式必须通过实验确定。为此，我们首先进行了介质粘性影响的试验，试验装置如图1所示。试验介质粘度变化范围为1～95.6MPaS；试验涡轮流量传感器的型号为LW—25型。 （2）图2给出了试验结果。图中K为实际仪表常数 E为相同误差，定义为 （3） 由试验结果知。当粘度达到8.91mm2/s及更大时，传感器几乎失去线性范围，从图中还可以看到，在较小流量下，传感器仪表常数随粘度变化较大；而且，粘度越大，仪表常数越小，而在较大流量下，粘度影响就小得多。从这个试验结果说明，小流量时，介质粘性起着重要的作用，而在大流量下，粘度的作用就显得不重要了。

三 正交多项式粘度补偿模型由涡轮流量计的通用粘度曲线模型知，仪表常数仅取次于 f/v, 即 因此，我们将试验数据在单对数坐标纸上，以f/v作为横坐标，重新作图，如图3所示。结果发现，原来分散的几条粘度曲线合成一条曲线，这就是通用粘度曲线。我们采用任意步长的正交曲线拟合方法，将试验数据重新按f/L方式整理，然后进行正交多项式拟合 式中 公式 均为系数，计算方法参阅文献（5）经计算表明，对图3所示通用粘度曲线可以进行分段拟合，经分段正交曲线拟合的曲线如图4、图5所示。由图可见，当f/L>30 (约Re>5000 )时，Ф曲线接近水平直线，即这时仪表数为 “常数”。图4、图5曲线的公式表达为 以上就是试验涡轮流量计的粘度补偿模型。式中 δ 反映了模型计算的仪表常数偏离实际仪表常数的相对误差。模型中，当f/L<30时，模型计算的仪表常数偏离实际值最大绝对值为2.03%，故该段曲线的拟合精度为±2.5%，而当f/L≥30时，模型计算值偏离实际值最大绝对值为0.96%，故若仪表在此区间工作，其精度可达±1%。 四 在线粘度补偿 为了能使涡轮流量计实现在线自动粘度补偿测量，我们同时还研制了粘度补偿式涡轮流量计流量计算显示仪表(以下简称仪表)仪表在实时测量前，只要输入流体的粘度v（单位为mm2/S）即可进入测量状态。模型中的

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