城市給排水流量計的原理及傳感器線性度評定

近年來，隨著流量計量行業的發展，城市給排水流量計以其無可動部件、無壓力損失、測量量程范圍寬等優點應用與各種場合，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量的準確度。如果使用管道式城市給排水流量計測量大口徑管道流量，則其體積大、加工成本高并且標定和安裝維修都十分困難，給工程應用帶來很多不便。所以在這種情況下，一般用城市給排水流量計代替管道式城市給排水流量計用于測量大口徑管道的流量。
但是城市給排水流量計會產生非線性現象，影響測量的準確性。現在很多學者解決這個問題多采用的是多段非線性補償方法，把真個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，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雜，且精度也受到了限制。所以本文從城市給排水流量計自身結構處罰，找出產生非線性現象的原因，從源頭上找出提高城市給排水流量計線性度的方法。
城市給排水流量計工作原理
城市給排水流量計測量原理是基于法拉*電磁感應定律E=BLv，其中，E為兩電極之間產生的感應電動勢，B為磁感應強度，L為切割磁感應線的有效長度，v為平均流速，流質為導電介質，原理如圖1所示。

并且（1）式經變換可表示為

當B和L都為常數時，只要測得感應電動勢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電流質的體積流量。

其中，D為被測管道內徑Qv為體積流量。
由（3）式可知，當插入管道結構一定時，體積流量Qv與比值E/B成正比，而與流體的溫度、密度、管內壓力等無關。當磁感應強度B為常數時，體積流量Qv與感應電動勢E成正比，即體積流量與感應電動勢之間是完全呈線性關系的。
傳感器線性度評定
線性度是傳感器的主要靜態性能指標之一，其定義為測試系統的輸出和輸入系統能否想理想系統那天保持正常值比例關系（線性關系）的一種度量。線性度反應了校準曲線與某一規定直線一致的程度，詞規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《傳感器主要靜態性能指標計算方法》中的線性度定義：正、反行程實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。這一指標通常以線性誤差表示

本文采用*小二乘法進行線性度評定，即擬合直線為*小二乘直線。*小二乘直線保證了傳感器至極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果與實測結果之間的偏差很小，更具可靠性。根據定義，線性度即是校準曲線對這條*小二乘擬合直線的偏離程度。

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