管道式(shi)氣體體積流量測(ce)量中溫度和壓力(li)修正的必要性

管道式氣體流(liu)量測量中 ,溫(wēn)度和壓力修正是(shì)提高氣體流量測(ce)量精度的重要手(shou)段之一。

文中(zhōng)分别介紹溫度和(hé)壓力偏離設定值(zhi)時對使用直接輸(shu)出流量計和差壓(yā)式流量

計進(jìn)行流量測量所帶(dai)來的誤差 ,并(bìng)通過工程實例示(shi)出溫度和壓力在(zài) 8種變

化(hua)狀況下産生的測(ce)量誤差 ,以對(dui)溫度和壓力變化(hua)造成的誤差提供(gòng)一些量的✍️概

念。指出 ,如今(jīn)實施溫度和壓力(lì)修正并不像以前(qian)單元組合儀表那(nà)✂️樣麻🚶‍♀️煩 ,應适(shi)

當考慮修正(zheng)。zui後給出幾點推薦(jian)性意見。

1 氣體(ti)體積流量的含義(yì)

氣體體積流(liú)量系指單位時間(jian)輸送管道中流過(guo)的氣體體積。氣體(tǐ)體積有工作狀

态下體積和标(biāo)準狀态下體積之(zhi)分 ,它們都是(shi)指在某個壓力和(he)某個溫度情況下(xià)的

體積 ,後者是指壓力爲(wei)一個标準大氣壓(yā)、溫度爲 0℃ (或 20℃ )時的(de)氣體體積。

标(biāo)準狀态溫度多數(shu)指 0℃ ,僅在(zai)某些場合 ,例(li)如鼓風機的流量(liàng) ,因多指風機(jī)的入

口狀态(tai) ,所以标準狀(zhuàng)态溫度采用的是(shì) 20℃ 。由于使(shǐ)用工作狀态流量(liàng)參數時 ,需

說明相應的工(gōng)作溫度和壓力 ,這樣比較麻煩(fán) ,并且在人們(men)的腦海中不容易(yi)建立

一個量(liàng)的概念 ,因此(ci) ,在工程中常(chang)使用标準狀态流(liú)量作爲測量标準(zhǔn)。

既然氣體的(de)體積流量是指标(biāo)準溫度和壓力下(xia)的流量 ,那麽(me) ,當介質溫度(dù)和壓力

偏離(li)設定狀态時 ,儀表測量的示值(zhí)就會産生變化。變(bian)化有多大 ,是(shì)否需要修正 ,

這就是本文所探(tàn)讨的問題。

2 溫(wēn)度壓力變化對體(ti)積流量造成的誤(wu)差

2.1 直接輸出(chū)式流量計

所(suo)謂直接輸出的流(liú)量計是指流量信(xìn)号不用開方處理(li)的流量計 ,例(li)如渦街流量計、

轉子流量計等(deng)。

根據氣體狀(zhuàng)态方程可知

式中 ,p,t,v分别爲(wèi)氣體的壓力、溫度(dù) ,以及在此溫(wen)度下的體積 ;c爲常數。

對于(yú)某确定被測對象(xiang) ,其管道直徑(jìng)确定後 ,式

(1)可改寫爲式 (2)和式 (3)

式中(zhōng) ,q爲體積流量(liang) ;p1s,t1s,q1s,p1w,t1w,q1w分别爲選擇(ze)直接輸出式流量(liang)計時

計算和(he)實際運行時其壓(yā)力、溫度和流量值(zhí)。由此可✉️得壓力、溫(wen)度偏離設定值

p1s和 t1s時造成(chéng)的流量誤差爲

2.2 差壓式流量計(jì)

采用節流裝(zhuang)置測量流量時 ,視被測氣體爲(wèi)不可壓縮氣體 ,其流量與節流(liú)裝置兩端

的(de)差壓 δp的關系(xì)爲

式中 ,k爲常數 ; r爲随(sui)壓力、溫度變化的(de)氣體密度 ,并(bing)可用下式表達 :

式中 ,rn爲标(biao)準狀态 (壓力(lì)爲 pn,溫度爲 tn)下被測氣體的(de)密度。由式 (5)和(hé)式 (6)

得到節流(liú)裝置在設定壓力(li)、溫度下和在某個(gè)工作壓力🍉、溫度下(xia)的體積流量表達(dá)

式爲 :

上(shang)述式中 ,p2s,t2s,q2s,p2w,t2w,q2w分别(bié)爲選擇差壓式流(liú)量計時計算和實(shi)際

運行時其(qí)壓力、溫度和流量(liàng)值。

由式 (7)和式 (8)得到壓(ya)力、溫度偏離設定(ding)值時造成的誤差(cha)爲 :

3 典型實例(lì)

下面給出幾(ji)個溫度和壓力修(xiū)正的實例 ,通(tōng)過一些具體數據(jù) ,說明實際使(shi)用中正

确實(shí)施溫度和壓力修(xiu)正的必要性。

例 1,設定壓力(lì) p1s=0. 35mpa(壓力 ),壓(ya)力變化範圍爲 0. 33~0. 37mpa。

設定溫度(du) t1s=313k,溫度變化範(fan)圍爲 293~333k。被測介(jiè)質爲天然氣 ,采用渦街

流(liu)量計測量。

将(jiāng) 8個極限壓力(li)、溫度值 ,以及(ji)壓力、溫度的設定(ding)值代入式 (4),得(de)到其相應的

誤差 δ1。表 1列出了相應各參(can)數的情況。

由(yóu)表 1可見 ,當溫度增大、壓力(li)減小或溫度降低(dī)、壓力增大時 ,也就是第 2、

第 3種情況(kuang)時産生的誤差zui大(dà)。

例 2,設定(dìng)壓力 p2s=0. 109mpa(壓力 ),壓力變化範圍(wéi)爲 0. 108~0. 110mpa。

設定(dìng)溫度 ts=313k,溫度變(biàn)化範圍爲 293~333k。被(bèi)測介質爲高爐煤(méi)氣 ,采用差壓(yā)

式流量計測(cè)量。

将 8種(zhǒng)極限壓力、溫度值(zhi) ,以及壓力、溫(wen)度的設定值代入(rù)式 (9),便可以得(dé)到其

相應的(de)誤差 δ2。表 2列出了相應各參(cān)數的情況。

由(you)表 2可見 ,溫度不變 ,壓(yā)力變化時 ,總(zǒng)體上造成的誤差(chà)不大。

例 3,設定壓力 p2s=0. 7mpa(壓(ya)力 ),壓力變化(huà)範圍 0.3~0. 8mpa。設定溫(wēn)

度 t2s=313k,溫度(du)變化範圍爲 293~333 k。被測介質爲氮氣(qì) ,采用差壓式(shi)流量

計測量(liàng)。

同樣将 8種極限壓力、溫度(du)值 ,以及壓力(li)、溫度的設定值代(dai)入式 (9),得到其(qí)相

應的誤差(cha) δ2。表 3列出(chu)了相應各參數的(de)情況。

由表 3可見 ,第 3~5種情況造成的(de)誤差zui大 ,這是(shì)因爲這 3種情(qíng)況下的壓力波動(dòng)太

大。

4 推(tuī)薦意見

(1)由上(shàng)面的典型例子可(ke)見 ,被測介質(zhì)在實際運行中 ,由于壓力、溫度(du)偏離設定

值(zhi) ,所以會給流(liu)量的示值帶來不(bú)同程度的誤差。因(yīn)此 ,作爲計量(liang)用的能源介質

流量測量 ,都應考慮溫度和(hé)壓力修正。

(2)對(duì)于不作爲計量用(yong)的氣體流量測量(liàng) ,如果已獲得(dé)溫度、壓力信号 ,也應該考

慮溫度和壓力修(xiu)正。因爲當今的二(er)次儀表或作爲二(èr)✔️次儀🔞表使用的各(gè)種計算機

系(xi)統 (dcs, plc, ipc等 )都(dōu)具有溫度和壓力(li)修正功能 ,已(yǐ)無需像以前老式(shi)儀表

那樣搭(da)接一個複雜的能(neng)滿足功能要求的(de)儀表硬件系統🈲。

(3)對于常溫、常壓(yā)下的氣體 ,也(yě)就是說 ,溫度(du)爲 30~40℃ ,壓力(lì)爲 10 kpa左右

的氣體 ,不作(zuo)爲計量用 ,僅(jin)作工藝操作參考(kao)時 ,可以不考(kao)慮溫度和壓力修(xiū)正 ,因

爲(wèi)這種工況下 (參見上面的例 2),溫度和壓力的(de)變化帶來流量示(shì)值的誤差不是

很大。

(4)對于(yú)壓力爲 0. 01 mpa以上(shàng)的氣體 ,不管(guǎn)流量測量的目的(de)是什麽 ,應盡(jin)量考

慮溫度(du)和壓力修正 (如果是常溫氣體(tǐ) ,可單獨設壓(yā)力修正 ,不設(she)溫度修正 )。這(zhè)

是因爲在這(zhe)種情況下 ,壓(yā)力的波動給流量(liàng)測量示值帶來的(de)誤差較大 (參(can)見例 3)。

鋼(gāng)鐵廠中設備密封(feng)或吹掃用的氮氣(qì)流量測量就屬于(yú)這種📐情況。由于氮(dàn)氣來源

往往(wǎng)不十分充足 ,一旦使用 ,氮(dan)氣管道壓力往往(wang)大幅度下降。盡管(guan)在這種工況

下對流量測量的(de)精度要求很低 ,但由于壓力波(bo)動的影響太大 ,也應該考慮壓(ya)力

修正。