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這次上海美河的小編為大家分析一下氣體體積流量測量中溫度和壓力修正的必要性：

氣體流量測量中,溫度和壓力修正是提高氣體流量測量精度的重要手段之一。文中分別介紹溫度和壓力偏離設(shè)定值時(shí)對使用直接輸出流量計(jì)和差壓式流量計(jì)進(jìn)行流量測量所帶來的誤差,并通過工程實(shí)例示出溫度和壓力在8種變化狀況下產(chǎn)生的測量誤差,以對溫度和壓力變化造成的誤差提供一些量的概念。指出,如今實(shí)施溫度和壓力修正并不像以前單元組合儀表那樣麻煩,應(yīng)適當(dāng)考慮修正。zui后給出幾點(diǎn)推薦性意見。

1 氣體體積流量的含義

氣體體積流量系指單位時(shí)間輸送管道中流過的氣體體積。氣體體積有工作狀態(tài)下體積和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積之分,它們都是指在某個(gè)壓力和某個(gè)溫度情況下的體積,后者是指壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、溫度為0℃(或20℃)時(shí)的氣體體積。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度多數(shù)指0℃,僅在某些場合,例如鼓風(fēng)機(jī)的流量,因多指風(fēng)機(jī)的入口狀態(tài),所以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度采用的是20℃。由于使用工作狀態(tài)流量參數(shù)時(shí),需說明相應(yīng)的工作溫度和壓力,這樣比較麻煩,并且在人們的腦海中不容易建立一個(gè)量的概念,因此,在工程中常使用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)流量作為測量標(biāo)準(zhǔn)。

既然氣體的體積流量是指標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的流量,那么,當(dāng)介質(zhì)溫度和壓力偏離設(shè)定狀態(tài)時(shí),儀表測量的示值就會(huì)產(chǎn)生變化。變化有多大,是否需要修正,這就是本文所探討的問題。

2 溫度壓力變化對體積流量造成的誤差

2.1 直接輸出式流量計(jì)

所謂直接輸出的流量計(jì)是指流量信號不用開方處理的流量計(jì),例如渦街流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)等。

根據(jù)氣體狀態(tài)方程可知

式中,p,t,v分別為氣體的壓力、溫度,以及在此溫度下的體積;c為常數(shù)。

對于某確定被測對象,其管道直徑確定后,式

(1)可改寫為式(2)和式(3)

式中,q為體積流量;p1s,t1s,q1s,p1w,t1w,q1w分別為選擇直接輸出式流量計(jì)時(shí)計(jì)算和實(shí)際運(yùn)行時(shí)其壓力、溫度和流量值。由此可得壓力、溫度偏離設(shè)定值p1s和t1s時(shí)造成的流量誤差為

2.2 差壓式流量計(jì)

采用節(jié)流裝置測量流量時(shí),視被測氣體為不可壓縮氣體,其流量與節(jié)流裝置兩端的差壓δp的關(guān)系為

式中,k為常數(shù); r為隨壓力、溫度變化的氣體密度,并可用下式表達(dá):

式中,rn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(壓力為pn,溫度為tn)下被測氣體的密度。由式(5)和式(6)得到節(jié)流裝置在設(shè)定壓力、溫度下和在某個(gè)工作壓力、溫度下的體積流量表達(dá)式為:

上述式中,p2s,t2s,q2s,p2w,t2w,q2w分別為選擇差壓式流量計(jì)時(shí)計(jì)算和實(shí)際運(yùn)行時(shí)其壓力、溫度和流量值。

由式(7)和式(8)得到壓力、溫度偏離設(shè)定值時(shí)造成的誤差為:

3 典型實(shí)例

下面給出幾個(gè)溫度和壓力修正的實(shí)例,通過一些具體數(shù)據(jù),說明實(shí)際使用中正確實(shí)施溫度和壓力修正的必要性。

例1,設(shè)定壓力p1s=0. 35mpa(壓力),壓力變化范圍為0. 33~0. 37mpa。設(shè)定溫度t1s=313k,溫度變化范圍為293~333k。被測介質(zhì)為天然氣,采用渦街流量計(jì)測量。

將8個(gè)極限壓力、溫度值,以及壓力、溫度的設(shè)定值代入式(4),得到其相應(yīng)的誤差δ1。表1列出了相應(yīng)各參數(shù)的情況。

由表1可見,當(dāng)溫度增大、壓力減小或溫度降低、壓力增大時(shí),也就是第2、第3種情況時(shí)產(chǎn)生的誤差zui大。

例2,設(shè)定壓力p2s=0. 109mpa(壓力),壓力變化范圍為0. 108~0. 110mpa。設(shè)定溫度ts=313k,溫度變化范圍為293~333k。被測介質(zhì)為高爐煤氣,采用差壓式流量計(jì)測量。

將8種極限壓力、溫度值,以及壓力、溫度的設(shè)定值代入式(9),便可以得到其相應(yīng)的誤差δ2。表2列出了相應(yīng)各參數(shù)的情況。

由表2可見,溫度不變,壓力變化時(shí),總體上造成的誤差不大。

例3,設(shè)定壓力p2s=0. 7mpa(壓力),壓力變化范圍0.3~0. 8mpa。設(shè)定溫度t2s=313k,溫度變化范圍為293~333 k。被測介質(zhì)為氮?dú)?/span>,采用差壓式流量計(jì)測量。

同樣將8種極限壓力、溫度值,以及壓力、溫度的設(shè)定值代入式(9),得到其相應(yīng)的誤差δ2。表3列出了相應(yīng)各參數(shù)的情況。

由表3可見,第3~5種情況造成的誤差zui大,這是因?yàn)檫@3種情況下的壓力波動(dòng)太大。

4 推薦意見

(1)由上面的典型例子可見,被測介質(zhì)在實(shí)際運(yùn)行中,由于壓力、溫度偏離設(shè)定值,所以會(huì)給流量的示值帶來不同程度的誤差。因此,作為計(jì)量用的能源介質(zhì)流量測量,都應(yīng)考慮溫度和壓力修正。

(2)對于不作為計(jì)量用的氣體流量測量,如果已獲得溫度、壓力信號,也應(yīng)該考慮溫度和壓力修正。因?yàn)楫?dāng)今的二次儀表或作為二次儀表使用的各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(dcs, plc, ipc等)都具有溫度和壓力修正功能,已無需像以前老式儀表那樣搭接一個(gè)復(fù)雜的能滿足功能要求的儀表硬件系統(tǒng)。

(3)對于常溫、常壓下的氣體,也就是說,溫度為30~40℃,壓力為10 kpa左右的氣體,不作為計(jì)量用,僅作工藝操作參考時(shí),可以不考慮溫度和壓力修正,因?yàn)檫@種工況下(參見上面的例2),溫度和壓力的變化帶來流量示值的誤差不是很大。

(4)對于壓力為0. 01 mpa以上的氣體,不管流量測量的目的是什么,應(yīng)盡量考慮溫度和壓力修正(如果是常溫氣體,可單獨(dú)設(shè)壓力修正,不設(shè)溫度修正)。這是因?yàn)樵谶@種情況下,壓力的波動(dòng)給流量測量示值帶來的誤差較大(參見例3)。鋼鐵廠中設(shè)備密封或吹掃用的氮?dú)饬髁繙y量就屬于這種情況。由于氮?dú)鈦碓赐皇殖渥?/span>,一旦使用,氮?dú)夤艿缐毫ν蠓认陆怠?/span>盡管在這種工況下對流量測量的精度要求很低,但由于壓力波動(dòng)的影響太大,也應(yīng)該考慮壓力修正。