1、傳感器的線性特性與分段線性化：
1. 1、渦輪流量傳感器的線性特性：
  K － Qv特性曲線說(shuō)明 f － Qv特性曲線全量程存在非線性，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
  根據(jù)理論分析，渦輪流量傳感器 K － QV理想特性曲線是平行于 QV軸的直線，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)選在特性曲線的線性段。

  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 的線性段 30% Qmax以上，對(duì)于30% Qmax以下重復(fù)性好的非線性段，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線性特性曲線影響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)量范圍分段線性化處理 ( 前提是: 渦輪流量傳感器標(biāo)定時(shí)，重復(fù)性滿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)到全量程滿足使用精度的目的，使用這種分段線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)約工廠資源。

圖 3 渦輪流量傳感器 K － QV特性曲線

  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)行一元線性回歸分析，擬合出渦輪流量傳感器 f － QV特性曲線，發(fā)現(xiàn)渦輪流量傳感器 f － QV曲線與渦輪流量傳感器 K － QV特性曲線反映規(guī)律特性一致，如圖 1 和圖 4 對(duì)應(yīng)關(guān)系，它具有非線性特點(diǎn)，且在流量 30% Qmax以上具有線性特點(diǎn)，因此，我們可以采用全量程分段線性化處理的方法，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，如圖 4 所示。渦輪流量計(jì)分段線性化處理流程圖見(jiàn)圖 5。

圖 4 渦輪流量傳感器 f － QV特性曲線示意圖

圖 5 渦輪流量計(jì)分段線性化處理流程圖

2、渦輪流量計(jì)分段線性化處理結(jié)果評(píng)估：
  從理論上講，分段線性化可適用于所有非線性傳感器線性化處理，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

表 2 驗(yàn)證結(jié)果

圖 7 QV－ f 系統(tǒng)驗(yàn)證曲線
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) 流量線性段 ( 線性度: 0. 83% ，基本誤差: 0. 84% ) 。
② 按分段線性化處理，在滿足 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: 分段線性化處理方法，在滿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，并且分段線性化處理方法可以適用于所有傳感器非線性段線性化處理。