DN65渦輪流量計具有重復性好、量程范圍寬、適應性強、精度高、體積小等特點，被廣泛應用于多種領域，包括流量試驗、石油計量和工業生產過程控制。工業生產中潤滑油、液壓油等介質粘度一般隨系統溫度變化較大[1-2]，由于渦輪流量計其對介質粘度較敏感，直接使用實驗室校準結果無法滿足變粘度工況流量測量要求。例如在航空發動機研制試驗中，渦輪流量計用于航空潤滑油的測量，在20℃~100℃范圍內，航空潤滑油粘度可由幾十厘斯降低至幾厘斯，甚至變化范圍更大。渦輪流量計用于航空潤滑油流量測量時，由于試驗中工作介質溫度變化，使用條件偏離實驗室校準條件較大，校準結果直接應用于發動機滑油流量測量將導致較大誤差[3-8]。
　　以航空潤滑油流量標準裝置為試驗平臺，對十支渦輪流量計在不同粘度點進行校準試驗，對儀表系數隨粘度和流量變化關系進行分析。研究發現通過雙指數衰減函數對儀表系數（K）和頻率與粘度之商（f/υ）進行曲線擬合可有效降低測量誤差，建議通過關鍵點雷諾數間接確定校準流量點，在保證擬合曲線有效性的前提下減少校準工作量。
1試驗設備
1.1標準裝置
　　圖1是航空潤滑油流量校準裝置示意圖。裝置采用伺服電機驅動標準計量油缸的結構形式，主要由計量油缸、電機及控制器、滾珠絲杠、直線導軌、校準管路、切換閥門、油箱、控溫機組、溫度壓力傳感器、精密光柵尺、數據采集系統、控制計算機等部件構成。裝置采用伺服電機驅動標準計量油缸產生標準流量源，計量油缸同時作為容積標準，與光柵配合構成流量測量系統。校準裝置通過調節控制介質溫度而改變介質粘度。標準裝置技術指標為：流量范圍：0.5~160L/min；擴展不確定度：0.05%（k=2）；溫度范圍：20~120℃。

1.2被試流量計
試驗用流量計是渦輪流量計，CL-10和CL-15各5支，流量計信息見表1。

2校準試驗結果
　　研究利用航空潤滑油流量標準裝置在20，30，40，50，60，80℃對10支渦輪流量計進行校準試驗。CL-10型流量計校準流量點分別為6，17，28，39，50L/min；CL-15型流量計校準流量點分別為12，24，36，48，60L/min。圖2是1748和1660兩支渦輪流量計在各粘度點儀表系數隨流量變化曲線。

　　由圖2可知，不同粘度點下流量計儀表系數差異很大，圖3是10支流量計各流量點儀表系數誤差曲線。儀表系數差異通過式（1）計算。結果顯示，在低流量點儀表系數大相差18%以上，在高流量點儀表系數小相差約1%。

式中：Kν?max——某流量點大粘度下儀表系數，L–1；
Kν?min——某流量點小粘度下儀表系數，L–1。

3流量計算和校準方法研究
3.1渦輪流量計數學模型
3.1.1層流狀態
　　層流狀態下渦輪流量計儀表系數數學模型[9]為

式中：
Z——渦輪葉片數；
θ——葉片結構角；
r——渦輪葉片平均半徑；
A——流通面積；
ρ——介質密度；
qv——體積流量；
η——介質動力粘度；
C1——層流狀態下阻力矩常數。
　　層流狀態下，渦輪流量計儀表系數隨qv/η增大而迅速增大，可見儀表系數對介質粘度非常敏感。
3.1.2紊流狀態
　　紊流狀態下渦輪流量計儀表系數數學模型[9]可通過式（3）表示。

其中C2為紊流狀態下阻力矩常數。
　　紊流狀態下，儀表系數僅與渦輪流量計本身結構參數有關，而與流量和介質粘度等參數無關，可近似為一常數。
3.2儀表系數與雷諾數關系
　　渦輪流量計不同溫度點儀表系數K差異很大,其主要原因是溫度改變導致航空潤滑油粘度改變。校準結果中儀表系數隨流量變化曲線未體現滑油粘度對渦輪流量計的影響，雷諾數Re可通過式(2)、式(4)計算,可見q,/n基本與Re成正比。

式中：
qv——體積流量；
d——渦輪流量計內徑；
ν——滑油運動粘度。
　　同一支渦輪流量計在雷諾數相近的情況下，其對應的儀表系數很接近，儀表系數是雷諾數的單值函數。圖4是渦輪流量計儀表系數隨雷諾數關系圖，變化趨勢與雙指數衰減函數一致[10]，雙指數衰減函數可由式（5）表示。


　　圖5是兩支渦輪流量計Re與K擬合曲線圖。表2是流量計擬合曲線系數。通過r2值對擬合度進行評估，10支渦輪流量計擬合優度值處于0.992~0.998之間，擬合結果非常好。


3.3流量計算方法
　　儀表系數可用雷諾數的雙指數衰減函數表示，而雷諾數可由平均流速和運動粘度計算得到，所以儀表系數（K）是流量計輸出頻率與運動粘度之商（f /ν）的函數。研究中采用雙指數衰減函數進行擬合，流量可由式（6）和式（7）計算，通過式（8）對計算誤差進行評估。表3是10支渦輪流量計流量計算結果。10支流量計擬合計算結果與標準流量大誤差都小于1%。

式中：
Kfit——擬合儀表系數；
qfit——擬合計算流量；
qs——試驗標準流量。

3.4校準方法研究
　　《渦輪流量計檢定規程》JJG1037-2008[11]適用于工作中流體介質粘度基本穩定的場合，在變粘度工況下，直接參照該規程進行流量選點實用性較差[12]。渦輪流量計工作中粘度范圍較寬，對其在全粘度范圍進行校準可行性同樣受到限制。變粘度工況下，在滿足渦輪流量計測量要求的前提應盡量減少校準點數。
　　利用雙指數衰減函數對儀表系數與雷諾數關系進行擬合，在層流范圍內（Re<2300），儀表系數隨Re增加迅速增加，尤其是在Re<1000范圍內更加明顯；而在Re>3000紊流范圍內，儀表系數變化平緩，接近常數；在1000<Re<3000范圍內，流動處于e?Re/t1e?Re/t2過渡過程，儀表系數增長速度逐漸放緩，趨于穩定。Re對K的影響由和兩個模態決定，分別定義為模態1和模態2。由表2可知模態1內t1對應雷諾數處于130~210范圍內；模態2內t2對應雷諾數處于800~1200范圍內，而擬合函數常數項K0是在Re>3000的穩定儀表系數。
　　初步確定校準流量點對應的雷諾數為Remax、5000、3000、2000、1200、800、500、200和Remin。調整校準介質粘度與使用條件盡量接近，其中在Re≥2000范圍，選用低粘度校準介質，校準流量通過式（4）反算得到；同理在Re<2000范圍內，選用高粘度介質，校準流量通過式（4）反算得到。
　　選取與以上要求的9個關鍵雷諾數相近的流量點數據進行擬合，并與全數據擬合結果進行比較，兩者差別通過式（9）進行評估。圖6是兩種擬合方式差別分布情況。300對數據點中，僅有1點儀表系數差別超過2%，其他各點差別均小于0.5%，而且99%以上的數據點差別小于±0.33%，86%以上的數據點差別小于±0.20%。

式中：
Kfull——全數據擬合儀表系數；
K9——關鍵點擬合儀表系數；
E——擬合差別。
 

DN65渦輪流量計性能特點
  1、高精確度,一般可達±1%R、±0.5%R,高精度型可達±0.2%R；
  2、輸出脈沖頻率信號，適于總量計量及與計算機連接，無零點漂移，抗*力強；
  3、可獲得很高的頻率信號（3~4kHz），信號分辨力強；
  4、范圍度寬，中大口徑可達1:20，小口徑為1:10；
  5、結構緊湊輕巧，安裝維護方便，流通能力大；
  6、適用高壓測量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表；
  7、可制成插入型，適用于大口徑測量，壓力損失小，價格低，可不斷流取出，安裝維護方便。
  8、重復性好短期重復性可達0.05%~0.2%,正是由于具有良好的重復性

技術性能：表1

測量范圍及工作壓力：表2

 公稱通徑： 表3

安裝要求

1.氣體渦輪流量計前必須安裝過濾器；應保持過濾器暢通，若發現過濾器堵塞（可憑過濾器進出壓差來判斷）時，應及時對過濾器進行清洗，若未配差壓計的每月清洗一次。

2.要保證直管段的要求，尤其是表前有縮徑或半開閥門的情況。

3.安裝時，密封墊不得突入管道中，流量計與管路軸線目測不得有明顯偏差，不得產生安裝應力。

4.安裝時一定要清掃干凈管道內的所有雜質，以防軸承和渦輪卡死。