管道式(shi)氣體體積(ji)流量測量(liang)中溫度和(he)壓力修正(zheng)的必要性(xìng)

管道(dao)式氣體流(liu)量測量中(zhōng) ,溫度(du)和壓力修(xiu)正是提高(gao)氣體流量(liang)測量精度(du)的重要手(shou)段之一。

文中分(fèn)别介紹溫(wēn)度和壓力(lì)偏離設定(ding)值時對使(shi)用直♍接♈輸(shū)出流量計(jì)和差壓式(shì)流量

計進行流(liú)量測量所(suǒ)帶來的誤(wu)差 ,并(bìng)通過工程(chéng)實例示出(chu)溫度和壓(yā)力在 8種變

化狀況下(xià)産生的測(ce)量誤差 ,以對溫(wēn)度和壓力(lì)變化造成(cheng)的誤差提(tí)供一些量(liang)的概

念。指出 ,如今實(shi)施溫度和(he)壓力修正(zhèng)并不像以(yi)前單元組(zu)合儀表那(na)📱樣🈲麻煩 ,應适

當考慮(lü)修正。zui後給(gei)出幾點推(tuī)薦性意見(jian)。

1 氣體(tǐ)體積流量(liang)的含義

氣體體(tǐ)積流量系(xi)指單位時(shí)間輸送管(guan)道中流過(guo)的氣體體(ti)積。氣體體(ti)積有工作(zuò)狀

态(tai)下體積和(he)标準狀态(tài)下體積之(zhi)分 ,它(ta)們都是指(zhi)在某個壓(yā)力和某個(ge)溫度情況(kuang)下的

體積 ,後者是指(zhi)壓力爲一(yī)個标準大(dà)氣壓、溫度(du)爲 0℃ (或 20℃ )時的(de)氣體體積(jī)。

标準(zhun)狀态溫度(du)多數指 0℃ ,僅(jǐn)在某些場(chang)合 ,例(lì)如鼓風機(jī)的流量 ,因多指(zhi)風機的入(ru)

口狀(zhuàng)态 ,所(suǒ)以标準狀(zhuang)态溫度采(cai)用的是 20℃ 。由(you)于使用工(gong)作狀态流(liu)量參數時(shí) ,需

說明相(xiàng)應的工作(zuo)溫度和壓(yā)力 ,這(zhè)樣比較麻(má)煩 ,并(bing)且在人們(men)的腦海中(zhōng)不容易建(jian)立

一(yī)個量的概(gài)念 ,因(yin)此 ,在(zai)工程中常(cháng)使用标準(zhǔn)狀态流量(liàng)作爲測量(liang)标準。

既然氣體(ti)的體積流(liu)量是指标(biāo)準溫度和(hé)壓力下的(de)流量 ,那麽 ,當介質溫(wen)度和壓力(lì)

偏離(li)設定狀态(tài)時 ,儀(yí)表測量的(de)示值就會(huì)産生變化(hua)。變化有多(duō)大 ,是(shì)否需要修(xiū)正 ,

這(zhè)就是本文(wen)所探讨的(de)問題。

2 溫度壓力(lì)變化對體(ti)積流量造(zào)成的誤差(chà)

2.1 直接(jiē)輸出式流(liú)量計

所謂直接(jiē)輸出的流(liu)量計是指(zhi)流量信号(hao)不用開方(fāng)處🐉理的流(liu)量❄️計 ,例如渦街(jie)流量計、

轉子流(liu)量計等。

根據氣(qì)體狀态方(fang)程可知

式中 ,p,t,v分别爲(wèi)氣體的壓(yā)力、溫度 ,以及在(zai)此溫度下(xia)的體積 ;c爲常數(shu)。

對于(yú)某确定被(bei)測對象 ,其管道(dao)直徑确定(dìng)後 ,式(shì)

(1)可改(gai)寫爲式 (2)和式 (3)

式中 ,q爲體積(ji)流量 ;p1s,t1s,q1s,p1w,t1w,q1w分别爲選(xuan)擇直接輸(shū)出式流量(liang)計時

計算和實(shi)際運行時(shí)其壓力、溫(wen)度和流量(liàng)值。由此可(kě)得壓力、溫(wen)度⭐偏離設(she)定值

p1s和 t1s時(shi)造成的流(liú)量誤差爲(wèi)

2.2 差壓(yā)式流量計(jì)

采用(yòng)節流裝置(zhi)測量流量(liang)時 ,視(shì)被測氣體(tǐ)爲不可壓(yā)縮氣體 ,其流量(liang)與節流裝(zhuāng)置兩端

的差壓(yā) δp的關(guan)系爲

式中 ,k爲常數 ; r爲随壓(yā)力、溫度變(biàn)化的氣體(tǐ)密度 ,并可用下(xia)式表達 :

式中 ,rn爲标準(zhǔn)狀态 (壓力爲 pn,溫度爲(wei) tn)下被(bèi)測氣體的(de)密度。由式(shì) (5)和式(shi) (6)

得到(dao)節流裝置(zhì)在設定壓(yā)力、溫度下(xia)和在某個(gè)工作壓力(lì)🌈、溫度下的(de)體積流量(liang)表達

式爲 :

上述式中(zhōng) ,p2s,t2s,q2s,p2w,t2w,q2w分别(bie)爲選擇差(cha)壓式流量(liang)計時計算(suan)和實際

運行時(shí)其壓力、溫(wēn)度和流量(liang)值。

由(you)式 (7)和(hé)式 (8)得(dé)到壓力、溫(wen)度偏離設(she)定值時造(zào)成的誤差(cha)爲 :

3 典(diǎn)型實例

下面給(gěi)出幾個溫(wēn)度和壓力(lì)修正的實(shi)例 ,通(tōng)過一些具(ju)體數據 ,說明實(shí)際使用中(zhōng)正

确(què)實施溫度(du)和壓力修(xiū)正的必要(yào)性。

例(lì) 1,設定(dìng)壓力 p1s=0. 35mpa(壓力 ),壓力變化(huà)範圍爲 0. 33~0. 37mpa。

設(shè)定溫度 t1s=313k,溫度變(bian)化範圍爲(wei) 293~333k。被測(cè)介質爲天(tiān)然氣 ,采用渦街(jie)

流量(liàng)計測量。

将 8個極限壓(ya)力、溫度值(zhí) ,以及(ji)壓力、溫度(dù)的設定值(zhí)代入式 (4),得到其(qi)相應的

誤差 δ1。表 1列出了相(xiàng)應各參數(shù)的情況。

由表 1可見 ,當溫度(du)增大、壓力(lì)減小或溫(wēn)度降低、壓(yā)力增大時(shi) ,也就(jiu)是第 2、

第 3種情況(kuàng)時産生的(de)誤差zui大。

例 2,設定壓力(li) p2s=0. 109mpa(壓力(lì) ),壓力(lì)變化範圍(wei)爲 0. 108~0. 110mpa。

設定溫(wen)度 ts=313k,溫(wen)度變化範(fàn)圍爲 293~333k。被測介質(zhì)爲高爐煤(mei)氣 ,采(cai)用差壓

式流量(liàng)計測量。

将 8種極限壓(ya)力、溫度值(zhi) ,以及(jí)壓力、溫度(du)的設定值(zhí)代入式 (9),便可以(yi)得到其

相應的(de)誤差 δ2。表 2列(lie)出了相應(yīng)各參數的(de)情況。

由表 2可見 ,溫度不變(biàn) ,壓力(lì)變化時 ,總體上(shàng)造成的誤(wù)差不大。

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

度(du) t2s=313k,溫度(du)變化範圍(wei)爲 293~333 k。被(bei)測介質爲(wèi)氮氣 ,采用差壓(yā)式流量

計測量(liàng)。

同樣(yang)将 8種(zhong)極限壓力(lì)、溫度值 ,以及壓(ya)力、溫度的(de)設定值代(dai)入式 (9),得到其相(xiang)

應的(de)誤差 δ2。表 3列(lie)出了相應(ying)各參數的(de)情況。

由表 3可見 ,第 3~5種(zhong)情況造成(chéng)的誤差zui大(da) ,這是(shì)因爲這 3種情況(kuang)下的壓力(lì)波動太

大。

4 推薦意見(jiàn)

(1)由上(shang)面的典型(xing)例子可見(jian) ,被測(ce)介質在實(shi)際運行中(zhong) ,由于(yu)壓力、溫度(du)偏離設定(ding)

值 ,所以會(hui)給流量的(de)示值帶來(lái)不同程度(du)的誤差。因(yin)此 ,作(zuo)爲計量用(yong)的能源介(jie)質

流(liu)量測量 ,都應考(kao)慮溫度和(he)壓力修正(zhèng)。

(2)對于(yu)不作爲計(ji)量用的氣(qi)體流量測(ce)量 ,如(rú)果已獲得(de)溫度、壓力(li)信号 ,也應該考(kǎo)

慮溫(wēn)度和壓力(li)修正。因爲(wèi)當今的二(er)次儀表或(huo)作爲二次(ci)儀🔞表🍓使用(yong)的各種計(ji)算機

系統 (dcs, plc, ipc等 )都(dou)具有溫度(dù)和壓力修(xiū)正功能 ,已無需(xu)像以前老(lao)式儀表

那樣搭(da)接一個複(fú)雜的能滿(mǎn)足功能要(yào)求的儀表(biǎo)硬件系統(tong)。

(3)對于(yú)常溫、常壓(ya)下的氣體(ti) ,也就(jiù)是說 ,溫度爲 30~40℃ ,壓(yā)力爲 10 kpa左右

的氣體 ,不作爲(wèi)計量用 ,僅作工(gong)藝操作參(cān)考時 ,可以不考(kao)慮溫度和(he)壓力修正(zheng) ,因

爲這種(zhong)工況下 (參見上(shang)面的例 2),溫度和(hé)壓力的變(biàn)化帶來流(liú)量示值的(de)誤差不是(shì)

很大(da)。

(4)對于(yú)壓力爲 0. 01 mpa以上的(de)氣體 ,不管流量(liang)測量的目(mù)的是什麽(me) ,應盡(jìn)量考

慮溫度和(he)壓力修正(zhèng) (如果(guo)是常溫氣(qi)體 ,可(kě)單獨設壓(yā)力修正 ,不設溫(wēn)度修正 )。這

是因爲在(zai)這種情況(kuang)下 ,壓(yā)力的波動(dòng)給流量測(cè)量示值帶(dai)來的誤差(cha)較大 (參見例 3)。

鋼(gang)鐵廠中設(she)備密封或(huo)吹掃用的(de)氮氣流量(liàng)測量就屬(shǔ)于這種情(qing)況。由于氮(dàn)氣來源

往往不(bu)十分充足(zú) ,一旦(dàn)使用 ,氮氣管道(dao)壓力往往(wǎng)大幅度下(xia)降。盡管在(zai)這種工況(kuàng)

下對(dui)流量測量(liàng)的精度要(yao)求很低 ,但由于(yú)壓力波動(dòng)的影響太(tai)大 ,也(yě)應該考慮(lü)壓力

修正。