摘要:為研究以變溫航空潤滑油為工作介質(zhì)的熱水計量表儀表系數修正方法，利用變溫航空潤滑油流量標準裝置對4支熱水計量表在多個(gè)溫度點(diǎn)下進(jìn)行了校準試驗，通過(guò)雙指數衰減函數對校準結果進(jìn)行擬合修正。結果表明，各溫度點(diǎn)和流量點(diǎn)熱水計量表儀表系數與校準結果誤差小于1%，修正方法具有較好的通用性。
引言
熱水計量表因具有重復性好、量程范圍寬、適應性強、精度高及體積小等特點(diǎn)，被廣泛應用于流量試驗、石油計量、工業(yè)生產(chǎn)及航空發(fā)動(dòng)機研制試驗等領(lǐng)域。目前，在低粘度工作介質(zhì)(如航空煤油)流量測量中，熱水計量表具有良好性能表現;而在粘溫特性較差的航空潤滑油流量測量中，因其粘度隨溫度變化較大(40℃時(shí)運動(dòng)粘度約為17cSt，100℃時(shí)粘度約為5cSt)且熱水計量表對介質(zhì)粘度較為敏感，直接使用熱水計量表校準結果尚無(wú)法滿(mǎn)足試驗要求。
本文以航空潤滑油流量標準裝置為試驗平臺，對4支熱水計量表在不同溫度點(diǎn)進(jìn)行校準試驗，對儀表系數隨粘度和流量變化關(guān)系進(jìn)行分析，并通過(guò)雙指數衰減函數對儀表系數(K)和頻率與粘度之商(F/υ)進(jìn)行曲線(xiàn)擬合。
1試驗設備
1.1標準裝置
航空潤滑油流量校準裝置如圖1所示。該裝置采用電機驅動(dòng)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(xiàn)導軌、校準管路、切換閥門(mén)、油箱、控溫機組、溫度壓力傳感器、測量光柵尺、數據采集系統、測量控制計算機等部件構成。裝置采用伺服電機驅動(dòng)標準計量油缸產(chǎn)生標準流量源，計量油缸同時(shí)作為容積標準，與光柵配合構成流量測量系統。標準裝置技術(shù)指標為:流量范圍為0.5～160L/min;擴展不確定度為0.05%(k=2);溫度范圍為20～120℃。

1.2被試流量計
試驗所用流量計是某研究所熱水計量表，流量計信息如表1所示。

2校準試驗結果
利用航空潤滑油流量標準裝置在20，30，40，50，60，80℃下分別對4支熱水計量表進(jìn)行校準試驗。流量計校準流量點(diǎn)分別為6，17，28，39，50L/min;流量計校準流量點(diǎn)分別為12，24，36，48，60L/min。圖2和圖3分別是SN:1744和SN:1655兩支熱水計量表在各溫度點(diǎn)儀表系數K隨流量q變化曲線(xiàn)，從中可以看出，不同溫度點(diǎn)下流量計儀表系數差異很大。


4支流量計各流量點(diǎn)q下儀表系數誤差ET曲線(xiàn)如圖4所示。

儀表系數差異ET為

式中:K80為某流量點(diǎn)80℃下儀表系數，L-1;K20為某流量點(diǎn)20℃下儀表系數，L-1。
經(jīng)計算可得，低流量點(diǎn)儀表系數*大相差14%以上，高流量點(diǎn)儀表系數*小相差約2%。
3修正方法研究
3.1儀表系數與雷諾數關(guān)系
熱水計量表不同溫度點(diǎn)儀表系數差異很大，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(xiàn)未體現滑油粘度對熱水計量表的影響，流量計儀表系數K隨雷諾數的變化曲線(xiàn)如圖5和圖6所示。同一支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。雷諾數Re關(guān)系式為

式中:q為體積流量，m3/s;d為熱水計量表內徑，m;ν為某溫度點(diǎn)下滑油運動(dòng)粘度，cSt;
多溫度點(diǎn)下實(shí)際測量航空潤滑油粘度，并擬合粘度ν與溫度T函數關(guān)系，進(jìn)而通過(guò)該函數關(guān)系計算校準試驗各溫度點(diǎn)下介質(zhì)粘度。粘度與溫度函數關(guān)系式為

3.2儀表系數曲線(xiàn)擬合
儀表系數與雷諾數存在單值函數關(guān)系，而雷諾數

可由平均流速和運動(dòng)粘度計算得到，所以?xún)x表系數K是流量計輸出頻率與運動(dòng)粘度之商(F/v)的函數。研究*終確定采用雙指數衰減函數進(jìn)行擬合，雙指數衰減函數Kfit表示為

表2是流量計擬合曲線(xiàn)系數。通過(guò)R－square值對擬合度進(jìn)行評估，4支流量計擬合優(yōu)度值處于0.992～0.997之間，擬合結果非常好。

SN:1744和SN:1655兩支流量計擬合曲線(xiàn)分別

如圖7與圖8所示。通過(guò)擬合公式計算各溫度和頻率下的熱水計量表儀表系數，再通過(guò)式(5)和式(6)計算對應體積流量和擬合誤差。4支流量計擬合計算結果與標準流量*大誤差分別是0.94%，0.80%，0.62%和0.54%。


4結論
利用航空潤滑油流量標準裝置對四支熱水計量表進(jìn)行了多個(gè)溫度點(diǎn)實(shí)流校準試驗，并利用雙指數衰減函數進(jìn)行了擬合修正，擬合優(yōu)度可達0.992以上。通過(guò)擬合公式對各溫度點(diǎn)和頻率點(diǎn)進(jìn)行流量計算，計算結果與標準裝置給定值*大誤差小于1%。研究結果表明，將雙指數衰減函數應用于變溫工況滑油流量測量修正具有較強可行性與實(shí)用性。