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城市給排水流量計(jì)的原理及傳感器線性度評定
點(diǎn)擊次數(shù)：2056 發(fā)布時間：2021-09-06 07:09:22
近年來，隨著流量計(jì)量行業(yè)的發(fā)展，城市給排水流量計(jì)以其無可動部件、無壓力損失、測量量程范圍寬等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用與各種場合，而在使用過程中遇到的一個難題就是如何提高大口徑大流量計(jì)量的準(zhǔn)確度。如果使用管道式城市給排水流量計(jì)測量大口徑管道流量，則其體積大、加工成本高并且標(biāo)定和安裝維修都十分困難，給工程應(yīng)用帶來很多不便。所以在這種情況下，一般用城市給排水流量計(jì)代替管道式城市給排水流量計(jì)用于測量大口徑管道的流量。
但是城市給排水流量計(jì)會產(chǎn)生非線性現(xiàn)象，影響測量的準(zhǔn)確性。現(xiàn)在很多學(xué)者解決這個問題多采用的是多段非線性補(bǔ)償方法，把真?zhèn)€量程范圍里面的流量分成多個流量段，再分別求解出不同階段的流量系數(shù)，從而可以得出各個階段的流量值。但是這種方法使用起來比較復(fù)雜，且精度也受到了限制。所以本文從城市給排水流量計(jì)自身結(jié)構(gòu)處罰，找出產(chǎn)生非線性現(xiàn)象的原因，從源頭上找出提高城市給排水流量計(jì)線性度的方法。
城市給排水流量計(jì)工作原理
城市給排水流量計(jì)測量原理是基于法拉*電磁感應(yīng)定律E=BLv，其中，E為兩電*之間產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為切割磁感應(yīng)線的有效長度，v為平均流速，流質(zhì)為導(dǎo)電介質(zhì)，原理如圖1所示。
并且（1）式經(jīng)變換可表示為
當(dāng)B和L都為常數(shù)時，只要測得感應(yīng)電動勢E就可以得到平均流速v，因被測管道的橫截面積已知，這樣就可以很容易求得某導(dǎo)電流質(zhì)的體積流量。
其中，D為被測管道內(nèi)徑Qv為體積流量。
由（3）式可知，當(dāng)插入管道結(jié)構(gòu)一定時，體積流量Qv與比值E/B成正比，而與流體的溫度、密度、管內(nèi)壓力等無關(guān)。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B為常數(shù)時，體積流量Qv與感應(yīng)電動勢E成正比，即體積流量與感應(yīng)電動勢之間是完全呈線性關(guān)系的。
傳感器線性度評定
線性度是傳感器的主要靜態(tài)性能指標(biāo)之一，其定義為測試系統(tǒng)的輸出和輸入系統(tǒng)能否想理想系統(tǒng)那天保持正常值比例關(guān)系（線性關(guān)系）的一種度量。線性度反應(yīng)了校準(zhǔn)曲線與某一規(guī)定直線一致的程度，詞規(guī)定直線即為按一定方法確定的理想直線。線性度又稱為非線性度，參考GB/T18459-2001《傳感器主要靜態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算方法》中的線性度定義：正、反行程實(shí)際平均特性曲線相對于參比直線（擬合直線）的*大偏差，用滿量程輸出的百分比來表示。這一指標(biāo)通常以線性誤差表示
本文采用*小二乘法進(jìn)行線性度評定，即擬合直線為*小二乘直線。*小二乘直線保證了傳感器至*輸出的平均值對它的偏差的平方和為*小，即可以保證擬合直線得到的結(jié)果與實(shí)測結(jié)果之間的偏差很小，更具可靠性。根據(jù)定義，線性度即是校準(zhǔn)曲線對這條*小二乘擬合直線的偏離程度。
但是城市給排水流量計(jì)會產(chǎn)生非線性現(xiàn)象，影響測量的準(zhǔn)確性。現(xiàn)在很多學(xué)者解決這個問題多采用的是多段非線性補(bǔ)償方法，把真?zhèn)€量程范圍里面的流量分成多個流量段，再分別求解出不同階段的流量系數(shù)，從而可以得出各個階段的流量值。但是這種方法使用起來比較復(fù)雜，且精度也受到了限制。所以本文從城市給排水流量計(jì)自身結(jié)構(gòu)處罰，找出產(chǎn)生非線性現(xiàn)象的原因，從源頭上找出提高城市給排水流量計(jì)線性度的方法。
城市給排水流量計(jì)工作原理
城市給排水流量計(jì)測量原理是基于法拉*電磁感應(yīng)定律E=BLv，其中，E為兩電*之間產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為切割磁感應(yīng)線的有效長度，v為平均流速，流質(zhì)為導(dǎo)電介質(zhì)，原理如圖1所示。
并且（1）式經(jīng)變換可表示為
當(dāng)B和L都為常數(shù)時，只要測得感應(yīng)電動勢E就可以得到平均流速v，因被測管道的橫截面積已知，這樣就可以很容易求得某導(dǎo)電流質(zhì)的體積流量。
其中，D為被測管道內(nèi)徑Qv為體積流量。
由（3）式可知，當(dāng)插入管道結(jié)構(gòu)一定時，體積流量Qv與比值E/B成正比，而與流體的溫度、密度、管內(nèi)壓力等無關(guān)。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B為常數(shù)時，體積流量Qv與感應(yīng)電動勢E成正比，即體積流量與感應(yīng)電動勢之間是完全呈線性關(guān)系的。
傳感器線性度評定
線性度是傳感器的主要靜態(tài)性能指標(biāo)之一，其定義為測試系統(tǒng)的輸出和輸入系統(tǒng)能否想理想系統(tǒng)那天保持正常值比例關(guān)系（線性關(guān)系）的一種度量。線性度反應(yīng)了校準(zhǔn)曲線與某一規(guī)定直線一致的程度，詞規(guī)定直線即為按一定方法確定的理想直線。線性度又稱為非線性度，參考GB/T18459-2001《傳感器主要靜態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算方法》中的線性度定義：正、反行程實(shí)際平均特性曲線相對于參比直線（擬合直線）的*大偏差，用滿量程輸出的百分比來表示。這一指標(biāo)通常以線性誤差表示
本文采用*小二乘法進(jìn)行線性度評定，即擬合直線為*小二乘直線。*小二乘直線保證了傳感器至*輸出的平均值對它的偏差的平方和為*小，即可以保證擬合直線得到的結(jié)果與實(shí)測結(jié)果之間的偏差很小，更具可靠性。根據(jù)定義，線性度即是校準(zhǔn)曲線對這條*小二乘擬合直線的偏離程度。