1、傳感器的線(xiàn)性特性與分段線(xiàn)性化：
1. 1、渦輪流量傳感器的線(xiàn)性特性：
  K － Qv特性曲線(xiàn)說(shuō)明 f － Qv特性曲線(xiàn)全量程存在非線(xiàn)性，特別是高粘度介質(zhì)，且有一定規(guī)律，如圖所示 1。

圖 1 渦輪流量傳感器 K － QV特性曲線(xiàn)
  根據(jù)理論分析，渦輪流量傳感器 K － QV理想特性曲線(xiàn)是平行于 QV軸的直線(xiàn)，但由于流體粘力特性的影響和葉輪上所受阻力矩作用的結(jié)果，實(shí)際的特性曲線(xiàn)具有高峰特征，高峰出現(xiàn)在傳感器上限流量的 20% ～30% 處，產(chǎn)生高峰特征的原因是: 當(dāng)流量減小到某一數(shù)值 ( 通常為 20% ～ 30% 上限流量) 時(shí)，作用于渦輪上的旋轉(zhuǎn)力矩和粘滯阻力矩都相應(yīng)地減小。但粘滯阻力矩減小更顯著，所以渦輪的轉(zhuǎn)速反而提高，特性曲線(xiàn)出現(xiàn)高峰，隨著流量的進(jìn)一步減小，這樣使作用在渦輪上的所有阻力矩的影響相對(duì)突出，渦輪轉(zhuǎn)速降得快，特性曲線(xiàn)明顯下降，相反，當(dāng)流量增大到超過(guò)某一值時(shí)，作用在渦輪上的旋轉(zhuǎn)力矩增大，當(dāng)與阻力矩達(dá)到平衡時(shí)，特性曲線(xiàn)就顯得較平直。
  為了獲得高測(cè)量準(zhǔn)確度，渦輪流量傳感器的使用范圍應(yīng)選在特性曲線(xiàn)的線(xiàn)性段。

  由此可以看出，不管什么樣的流體介質(zhì)，粘度對(duì)傳感器測(cè)量的線(xiàn)性特性都有影響，因此，在全量程范圍內(nèi)，按照 JJG1037 － 2008 要求，數(shù)字式流量二次儀表只能利用儀表系數(shù) K 的線(xiàn)性段 30% Qmax以上，對(duì)于30% Qmax以下重復(fù)性好的非線(xiàn)性段，無(wú)法使用，大大縮小了渦輪流量計(jì)的使用范圍，造成資源的浪費(fèi)。

圖 2 粘度對(duì) K － QV線(xiàn)性特性曲線(xiàn)影響V1 ＞ V2 ＞ V3
  為了擴(kuò)展渦輪流量計(jì)的使用范圍，可以像圖 3 那樣，將渦輪流量計(jì)流量測(cè)量范圍分段線(xiàn)性化處理 ( 前提是: 渦輪流量傳感器標(biāo)定時(shí)，重復(fù)性滿(mǎn)足使用精度的五分之一) ，依據(jù)渦輪流量計(jì) K － QV理論特性曲線(xiàn)規(guī)律，劃分成 3 段以上，采用 10 分段或 20 分段的智能流量二次儀表，進(jìn)行 f － QV變換，即可達(dá)到全量程滿(mǎn)足使用精度的目的，使用這種分段線(xiàn)性化處理渦輪流量計(jì)方法，可以擴(kuò)展渦輪流量計(jì)的測(cè)量范圍，減少渦輪流量計(jì)報(bào)廢，節(jié)約工廠(chǎng)資源。

圖 3 渦輪流量傳感器 K － QV特性曲線(xiàn)

  實(shí)際上，在渦輪流量校準(zhǔn)過(guò)程中，流體經(jīng)過(guò)渦輪流量傳感器將非電量信號(hào)———流速 ( V) 轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)———f ( Hz) 。我們依據(jù)實(shí)際流量 QV( l/min) 經(jīng)流量傳感器變換成電量信號(hào)頻率 f ( Hz) 的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即 f － QV函數(shù)關(guān)系，進(jìn)行一元線(xiàn)性回歸分析，擬合出渦輪流量傳感器 f － QV特性曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)渦輪流量傳感器 f － QV曲線(xiàn)與渦輪流量傳感器 K － QV特性曲線(xiàn)反映規(guī)律特性一致，如圖 1 和圖 4 對(duì)應(yīng)關(guān)系，它具有非線(xiàn)性特點(diǎn)，且在流量 30% Qmax以上具有線(xiàn)性特點(diǎn)，因此，我們可以采用全量程分段線(xiàn)性化處理的方法，每一段采用***小二乘法處理 f 和 QV數(shù)據(jù)，擬合出 f － QV擬合曲線(xiàn)，如圖 4 所示。渦輪流量計(jì)分段線(xiàn)性化處理流程圖見(jiàn)圖 5。

圖 4 渦輪流量傳感器 f － QV特性曲線(xiàn)示意圖

圖 5 渦輪流量計(jì)分段線(xiàn)性化處理流程圖

2、渦輪流量計(jì)分段線(xiàn)性化處理結(jié)果評(píng)估：
  從理論上講，分段線(xiàn)性化可適用于所有非線(xiàn)性傳感器線(xiàn)性化處理，這種結(jié)果風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵在于: ①渦輪流量傳感器全量程標(biāo)定，尋找 f － QV實(shí)測(cè)曲線(xiàn)真實(shí)拐點(diǎn)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。②渦輪流量傳感器下限流量復(fù)現(xiàn)性帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。只要把握住這兩點(diǎn)，基本可控制渦輪流量計(jì)分段線(xiàn)性化處理結(jié)果的正確性。
  下面是一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù): 2010 年 6 月 24 日用現(xiàn)場(chǎng)流量校準(zhǔn)裝置 ( YLJZ － 01) 對(duì)渦輪流量傳感器 LWGY － 4( 編號(hào) 090402) 進(jìn)行校準(zhǔn)。用 15 號(hào)紅油，在 32℃ 條件下，先標(biāo)定，后校驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定與驗(yàn)證數(shù)據(jù)處理結(jié)果分別見(jiàn)表 1、表 2。標(biāo)定與驗(yàn)證曲線(xiàn)見(jiàn)圖 6、圖 7。表 1 數(shù)據(jù)表明: 該渦輪流量計(jì)重復(fù)性***大值為0. 151% ; 表 2 結(jié)果表明: 該渦輪流量計(jì)重復(fù)性為 0，***大示值誤差為 － 1. 0% 。

表 1 標(biāo)定結(jié)果

圖 6 K － QV標(biāo)定曲線(xiàn)

表 2 驗(yàn)證結(jié)果

圖 7 QV－ f 系統(tǒng)驗(yàn)證曲線(xiàn)
以上標(biāo)定數(shù)據(jù)和驗(yàn)證數(shù)據(jù)及圖 6、圖 7 說(shuō)明:
① 按 JJG1037 － 2008 要求，滿(mǎn)足 1% 誤差要求，此渦輪流量計(jì)只能用 4. 15843 ～ 5. 69897 ( L/min) 流量線(xiàn)性段 ( 線(xiàn)性度: 0. 83% ，基本誤差: 0. 84% ) 。
② 按分段線(xiàn)性化處理，在滿(mǎn)足 1% 誤差要求，可將渦輪流量計(jì)量程擴(kuò)展到 0. 29588 ～ 5. 13462L/min 量程。

3、總結(jié)：
  理論分析和實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)說(shuō)明: 分段線(xiàn)性化處理方法，在滿(mǎn)足其精度要求的前提下，完全可以擴(kuò)展渦輪流量計(jì)的測(cè)量范圍，并且分段線(xiàn)性化處理方法可以適用于所有傳感器非線(xiàn)性段線(xiàn)性化處理。