渦輪流量計已廣泛應用于流量測量領域，可用于工業油品測量，民用自來水測量和科學測量[1]。渦輪流量傳感器屬于速度流量計。其工作原理是利用流體流動過程中產生的推力使渦輪流量計的渦輪葉片旋轉。在渦輪機具有穩定的速度之后，流過流體的體積流量與渦輪機速度成比例，從而計算測量的流體的體積流量[2]。通常，渦輪流量計每單位時間輸出的脈沖數與實際流量之比稱為渦輪流量計的儀表系數。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校準，即通過實驗計算出渦輪流量傳感器的儀表系數。因此，渦輪流量傳感器的儀表系數精度直接影響最終流量數據測量的精度。

　　但經過大量實驗表明，國內外研究人員通過介質對渦輪流量計測量儀器的粘度流量系數有很大影響，當測量中，中低粘度，水流量高于0.5 L時/ s，渦輪流量計，儀表系數保持恒定，但當測量介質粘度較高時，儀表系數隨粘度增加而增加，特別是當介質粘度高于50 CST時，其線性范圍完全消失。在實際的流量測量過程中，當測量高粘度油品的介質時，很難確保介質速度恒定，一旦發生流量波動，渦輪流量計就會產生很大的誤差。因此，在測量高粘度介質時，分析不同流量下渦輪流量計的儀表系數具有重要意義。

　　1.實驗設備：

　　對于高粘度介質中渦輪流量計在不同流速測量儀器系數變化規律下的研究，使用avic 4113計量站，變粘度標準實驗裝置是4050航空潤滑油的裝置當前體介質，它具有很好的高度和低溫性能，使用溫度范圍為正常 - 40℃~200℃，短期可達220℃。管道中的潤滑油流量由變頻泵控制。變頻輸出電壓380~650V，輸出功率0.75~400kW，工作頻率0~400Hz。其主電路采用交直流交流電路。在罐中內置加熱系統，通過加熱航空潤滑油來改變被測介質的粘度。采用可編程邏輯控制器進行溫度控制，內置PID算法，油箱溫度傳感器，加熱器油箱和控制器在閉環溫度控制下，確保管道內高速循環油介質和溫度誤差為不超過+ / - 1℃。該裝置可測量流量范圍為0.5 m3 / h~70 m3 / h，可變溫度范圍為-30℃~155℃，油溫控制精度為正負5%，標準刻度測量精度為0.02%，工廠不確定性為0.05%。器件結構示意圖如圖1所示。

　　2、實驗原理：

　　該裝置的測量原理是靜態稱重法, 即在固定的時間內, 使用電腦采集渦輪流量計輸出脈沖個數, 同時將流過的流體全部引入到標準秤中稱重, 除以對應密度來計算流過的真實體積流量, 最終再用累積體積流量除以總脈沖個數計算出渦輪流量計的儀表系數。

　　實驗開始前首先開啟油泵, 使潤滑油在管道內勻速循環流動, 根據已知的介質粘度與溫度的對應關系表, 選擇要測試的介質粘度所對應的溫度, 然后開始對介質加熱, 使裝置內的介質達到設定的溫度及其對應的粘度。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, 流過渦輪流量計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, 經過一分鐘后停止, 標準秤會自動上傳流體累積質量至上位機, 上位機通過該介質溫度密度對應表再計算出體積, 再通過體積除以脈沖總個數得到儀表系數。在實驗過程中, 系統計算機中的程序會記錄單次實驗持續的實驗時間、累積總脈沖數、累積質量流量、瞬時流量、流體當前溫度下的密度、流體溫度等信息。可變粘度液體標準裝置如圖2所示。

　　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, 對應的流體介質的粘度為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

　　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作為此流量點的儀表系數Ki (i=1, 2, 3, 4, 5) , 各流量點儀表系數蕞小值與蕞大值的平均值, 作為傳感器的儀表系數。

　　依照國標渦輪流量計檢定規程, 累積流量的相對示值誤差為:

　　計算公式

　　式中:Eij為第i檢定點第j次檢定時, 傳感器相對示值誤差, %;

　　Vij為第i檢定點第j次檢定時, 渦輪流量計累積流量值, m3;

　　(Vs) ij為第i檢定點第j次檢定時, 標準累積體積流量值, m3;

　　第i檢定點, 渦輪流量計流量計相對示值誤差的絕隊值為[3]:

　　計算公式

　　4、實驗數據和結果：

　　實驗測得在流體介質的粘度為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Ki如表1所示。使用函數擬合軟件Originpro 2017對所得數據進行擬合, Origin為OriginLab公司出品的較流行的專業函數繪圖軟件, 是公認的簡單易學、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據分析、函數擬合的需要。

　　使用Origin軟件中的四次多項式polynomial擬合公式, 使用蕞小二乘法, 得到如下函數, 其中流速為自變量X, 儀表系數為因變量Y:

　　計算公式

　　如果直接采用各個流量點的儀表系數取平均值得儀表系數為1610.68, 表3為未采用擬合修正公式流量點對應儀表系數誤差。

　　為證明該高粘度變流速自適應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數據, 表5為各對應流量點的擬合后儀表系數的誤差。

　　如果直接采用各個流量點的儀表系數取平均值得儀表系數為1610.68, 表6為未采用擬合修正公式流量點對應儀表系數誤差。

　　實驗結果表明, 經過這種高粘度變流速自適應算法修正后, 儀表系數精度提高到0.83%。如果只是簡單將儀表系數取平均, 蕞大誤差將達到4.4%。而且從修正后儀表系數誤差值與未經過修正儀表系數誤差值相比, 基本各個流量點精度都有較大的提升。