管道式氣體(tǐ)體積流量測量(liàng)中溫度和壓力(li)修正的必要性(xìng)

管道式氣(qi)體流量測量中(zhong) ,溫度和壓(ya)力修正是提高(gao)氣體流量測量(liang)精度的重要手(shǒu)段之一。

文(wen)中分别介紹溫(wēn)度和壓力偏離(lí)設定值時對使(shi)用直接輸🥰出流(liú)量計和差壓式(shi)流量

計進(jìn)行流量測量所(suǒ)帶來的誤差 ,并通過工程(chéng)實例示出溫度(du)和壓力在 8種變

化狀(zhuang)況下産生的測(cè)量誤差 ,以(yi)對溫度和壓力(lì)變化造成的誤(wù)差提供一些量(liang)的概

念。指(zhǐ)出 ,如今實(shí)施溫度和壓力(lì)修正并不像以(yi)前單元組合儀(yi)表那樣麻煩 ,應适

當(dang)考慮修正。zui後給(gěi)出幾點推薦性(xing)意見。

1 氣體(tǐ)體積流量的含(han)義

氣體體(ti)積流量系指單(dān)位時間輸送管(guan)道中流過的氣(qì)體👌體積。氣體體(tǐ)積有工作狀

态下體積和(he)标準狀态下體(tǐ)積之分 ,它(ta)們都是指在某(mou)個壓力和某個(ge)溫度情況下的(de)

體積 ,後者是指壓力(li)爲一個标準大(da)氣壓、溫度爲 0℃ (或 20℃ )時的氣體(tǐ)體積。

标準(zhun)狀态溫度多數(shu)指 0℃ ,僅(jǐn)在某些場合 ,例如鼓風機(ji)的流量 ,因(yīn)多指風機的入(ru)

口狀态 ,所以标準狀(zhuang)态溫度采用的(de)是 20℃ 。由(yóu)于使用工作狀(zhuàng)态流量參數時(shi) ,需

說(shuo)明相應的工作(zuo)溫度和壓力 ,這樣比較麻(má)煩 ,并且在(zai)人們的腦海中(zhong)不容易建立

一個量的概(gài)念 ,因此 ,在工程中常(cháng)使用标準狀态(tai)流量作爲測量(liang)标準。

既然(rán)氣體的體積流(liu)量是指标準溫(wen)度和壓力下的(de)流量 ,那麽(me) ,當介質溫(wēn)度和壓力

偏離設定狀态(tai)時 ,儀表測(ce)量的示值就會(huì)産生變化。變化(huà)有多大 ,是(shi)否需要修正 ,

這就是本文(wen)所探讨的問題(tí)。

2 溫度壓力(li)變化對體積流(liú)量造成的誤差(chà)

2.1 直接輸出(chū)式流量計

所謂直接輸出(chū)的流量計是指(zhǐ)流量信号不用(yòng)開方🤩處理的流(liu)量計 ,例如(ru)渦街流量計、

轉子流量計(ji)等。

根據氣(qì)體狀态方程可(ke)知

式中 ,p,t,v分别爲氣體(tǐ)的壓力、溫度 ,以及在此溫(wēn)度下的體積 ;c爲常數。

對于某确定被(bèi)測對象 ,其(qí)管道直徑确定(ding)後 ,式

(1)可改寫爲式 (2)和式 (3)

式(shì)中 ,q爲體積(jī)流量 ;p1s,t1s,q1s,p1w,t1w,q1w分别(bié)爲選擇直接輸(shu)出式流量計時(shi)

計算和實(shi)際運行時其壓(ya)力、溫度和流量(liang)值。由此可得壓(ya)力🏃‍♀️、溫度偏離設(shè)定值

p1s和 t1s時造成的流(liu)量誤差爲

2.2 差壓式流量計(ji)

采用節流(liu)裝置測量流量(liàng)時 ,視被測(cè)氣體爲不可壓(ya)縮氣體 ,其(qí)流量與節流裝(zhuāng)置兩端

的(de)差壓 δp的關(guān)系爲

式中(zhōng) ,k爲常數 ; r爲随壓力、溫(wēn)度變化的氣體(tǐ)密度 ,并可(kě)用下式表達 :

式中 ,rn爲(wèi)标準狀态 (壓力爲 pn,溫(wen)度爲 tn)下被(bei)測氣體的密度(du)。由式 (5)和式(shi) (6)

得到節流(liu)裝置在設定壓(ya)力、溫度下和在(zai)某個工作壓力(lì)、溫度下的體積(ji)流量表達

式爲 :

上述(shu)式中 ,p2s,t2s,q2s,p2w,t2w,q2w分别(bié)爲選擇差壓式(shì)流量計時計算(suàn)和實際

運(yùn)行時其壓力、溫(wen)度和流量值。

由式 (7)和(hé)式 (8)得到壓(yā)力、溫度偏離設(shè)定值時造成的(de)誤差爲 :

3 典(dian)型實例

下(xia)面給出幾個溫(wēn)度和壓力修正(zheng)的實例 ,通(tōng)過一些具體數(shu)據 ,說明實(shi)際使用中正

确實施溫度(du)和壓力修正的(de)必要性。

例(li) 1,設定壓力(li) p1s=0. 35mpa(壓力 ),壓力變化範圍(wéi)爲 0. 33~0. 37mpa。

設(shè)定溫度 t1s=313k,溫(wen)度變化範圍爲(wèi) 293~333k。被測介質(zhi)爲天然氣 ,采用渦街

流量計測量。

将 8個極(jí)限壓力、溫度值(zhi) ,以及壓力(li)、溫度的設定值(zhi)代入式 (4),得(dé)到其相應的

誤差 δ1。表(biǎo) 1列出了相(xiàng)應各參數的情(qing)況。

由表 1可見 ,當(dāng)溫度增大、壓力(li)減小或溫度降(jiang)低、壓力增大時(shi) ,也就是第(dì) 2、

第 3種情況時産(chan)生的誤差zui大。

例 2,設定(ding)壓力 p2s=0. 109mpa(壓力(lì) ),壓力變化(hua)範圍爲 0. 108~0. 110mpa。

設定溫度 ts=313k,溫度變化範(fan)圍爲 293~333k。被測(cè)介質爲高爐煤(méi)氣 ,采用差(cha)壓

式流量(liàng)計測量。

将(jiāng) 8種極限壓(ya)力、溫度值 ,以及壓力、溫度(dù)的設定值代入(rù)式 (9),便可以(yǐ)得到其

相(xiàng)應的誤差 δ2。表 2列出了(le)相應各參數的(de)情況。

由表(biǎo) 2可見 ,溫度不變 ,壓力變化時 ,總體上造成(chéng)的誤差不大。

例 3,設定(dìng)壓力 p2s=0. 7mpa(壓力(li) ),壓力變化(hua)範圍 0.3~0. 8mpa。設定(dìng)溫

度 t2s=313k,溫度變化範圍(wei)爲 293~333 k。被測介(jie)質爲氮氣 ,采用差壓式流(liú)量

計測量(liang)。

同樣将 8種極限壓力(li)、溫度值 ,以(yi)及壓力、溫度的(de)設定值代入式(shi) (9),得到其相(xiàng)

應的誤差(cha) δ2。表 3列(liè)出了相應各參(cān)數的情況。

由表 3可見(jian) ,第 3~5種(zhǒng)情況造成的誤(wu)差zui大 ,這是(shì)因爲這 3種(zhong)情況下的壓力(lì)波動太

大(dà)。

4 推薦意見(jian)

(1)由上面的(de)典型例子可見(jiàn) ,被測介質(zhì)在實際運行中(zhong) ,由于壓力(li)、溫度偏離設定(dìng)

值 ,所(suo)以會給流量的(de)示值帶來不同(tóng)程度的誤差。因(yin)此 ,作爲計(jì)量用的能源介(jie)質

流量測(ce)量 ,都應考(kao)慮溫度和壓力(li)修正。

(2)對于(yú)不作爲計量用(yòng)的氣體流量測(cè)量 ,如果已(yǐ)獲得溫度、壓力(li)信号 ,也應(ying)該考

慮溫(wēn)度和壓力修正(zhèng)。因爲當今的二(er)次儀表或作爲(wèi)二次儀🔆表使用(yòng)的各種計算機(jī)

系統 (dcs, plc, ipc等 )都具有(yǒu)溫度和壓力修(xiu)正功能 ,已(yi)無需像以前老(lǎo)式儀表

那(na)樣搭接一個複(fu)雜的能滿足功(gong)能要求的儀表(biao)硬件系統。

(3)對于常溫、常壓(ya)下的氣體 ,也就是說 ,溫度爲 30~40℃ ,壓力爲 10 kpa左右

的氣(qi)體 ,不作爲(wèi)計量用 ,僅(jin)作工藝操作參(can)考時 ,可以(yi)不考慮溫度和(he)壓力修正 ,因

爲這種(zhǒng)工況下 (參(can)見上面的例 2),溫度和壓力(lì)的變化帶來流(liu)量示值的誤差(cha)不是

很大(dà)。

(4)對于壓力(lì)爲 0. 01 mpa以上的(de)氣體 ,不管(guan)流量測量的目(mù)的是什麽 ,應盡量考

慮溫度和壓力(li)修正 (如果(guo)是常溫氣體 ,可單獨設壓(ya)力修正 ,不(bú)設溫度修正 )。這

是因(yīn)爲在這種情況(kuàng)下 ,壓力的(de)波動給流量測(cè)量示值帶來的(de)誤差較大 (參見例 3)。

鋼鐵廠中設(she)備密封或吹掃(sǎo)用的氮氣流量(liàng)測量就☀️屬🔞于這(zhe)✂️種情況。由于氮(dàn)氣來源

往(wǎng)往不十分充足(zu) ,一旦使用(yòng) ,氮氣管道(dào)壓力往往大幅(fú)度下降。盡管在(zài)這種工況

下對流量測量(liàng)的精度要求很(hen)低 ,但由于(yú)壓力波動的影(yǐng)響太大 ,也(ye)應該考慮壓力(lì)

修正。