管道式氣體(tǐ)體積流量測(ce)量中溫度和(he)壓力修正的(de)必要性

管道式氣體(ti)流量測量中(zhong) ,溫度和(he)壓力修正是(shi)提高氣體流(liu)量測量精度(du)的重要手段(duan)之一。

文(wen)中分别介紹(shào)溫度和壓力(lì)偏離設定值(zhí)時對使用直(zhí)接輸出流量(liàng)計和差壓式(shi)流量

計(jì)進行流量測(cè)量所帶來的(de)誤差 ,并(bìng)通過工程實(shí)例示出溫度(du)和壓力在 8種變

化狀況下産(chan)生的測量誤(wù)差 ,以對(dui)溫度和壓力(lì)變化造成的(de)誤差提供一(yī)些量的概

念。指出 ,如今實施(shī)溫度和壓力(lì)修正并不像(xiàng)以前單元組(zǔ)合儀表🥵那樣(yang)💰麻煩 ,應(yīng)适

當考(kǎo)慮修正。zui後給(gěi)出幾點推薦(jiàn)性意見。

1 氣體體積流(liu)量的含義

氣體體積(ji)流量系指單(dan)位時間輸送(song)管道中流過(guò)的氣體體積(ji)。氣體體積有(yǒu)工作狀

态下體積和(hé)标準狀态下(xià)體積之分 ,它們都是(shi)指在某個壓(ya)力和某個溫(wen)度情況下的(de)

體積 ,後者是指(zhi)壓力爲一個(gè)标準大氣壓(yā)、溫度爲 0℃ (或 20℃ )時的氣(qì)體體積。

标準狀态溫(wen)度多數指 0℃ ,僅在(zai)某些場合 ,例如鼓風(fēng)機的流量 ,因多指風(feng)機的入

口狀态 ,所以标準狀(zhuang)态溫度采用(yong)的是 20℃ 。由于使用(yong)工作狀态流(liu)量參數時 ,需

說(shuō)明相應的工(gong)作溫度和壓(yā)力 ,這樣(yàng)比較麻煩 ,并且在人(rén)們的腦海中(zhong)不容易建立(li)

一個量(liàng)的概念 ,因此 ,在(zài)工程中常使(shi)用标準狀态(tài)流量作爲測(ce)量标準。

既然氣體的(de)體積流量是(shi)指标準溫度(du)和壓力下的(de)流量 ,那(na)麽 ,當介(jie)質溫度和壓(ya)力

偏離(li)設定狀态時(shí) ,儀表測(cè)量的示值就(jiù)會産生變化(huà)。變化有多大(dà) ,是否需(xū)要修正 ,

這就是本文(wen)所探讨的問(wen)題。

2 溫度(du)壓力變化對(dui)體積流量造(zào)成的誤差

2.1 直接輸出(chū)式流量計

所謂直接(jiē)輸出的流量(liàng)計是指流量(liàng)信号不用開(kai)方處㊙️理🔅的㊙️流(liu)量計 ,例(li)如渦街流量(liang)計、

轉子(zi)流量計等。

根據氣體(ti)狀态方程可(ke)知

式中(zhong) ,p,t,v分别爲(wei)氣體的壓力(li)、溫度 ,以(yi)及在此溫度(du)下的體積 ;c爲常數。

對于某确(que)定被測對象(xiàng) ,其管道(dao)直徑确定後(hou) ,式

(1)可改寫爲式(shi) (2)和式 (3)

式中 ,q爲體積流量(liang) ;p1s,t1s,q1s,p1w,t1w,q1w分别爲(wei)選擇直接輸(shu)出式流量計(ji)時

計算(suan)和實際運行(háng)時其壓力、溫(wēn)度和流量值(zhi)。由此可得壓(yā)👉力、溫度偏離(li)設定值

p1s和 t1s時造(zao)成的流量誤(wù)差爲

2.2 差(chà)壓式流量計(ji)

采用節(jiē)流裝置測量(liàng)流量時 ,視被測氣體(ti)爲不可壓縮(suo)氣體 ,其(qi)流量與節流(liú)裝置兩端

的差壓 δp的關系爲(wei)

式中 ,k爲常數 ; r爲随壓力(lì)、溫度變化的(de)氣體密度 ,并可用下(xia)式表達 :

式中 ,rn爲(wei)标準狀态 (壓力爲 pn,溫度爲 tn)下被測氣(qi)體的密度。由(yóu)式 (5)和式(shi) (6)

得到節(jie)流裝置在設(shè)定壓力、溫度(du)下和在某個(ge)工作壓力、溫(wēn)度下的體積(jī)流量表達

式爲 :

上述式中 ,p2s,t2s,q2s,p2w,t2w,q2w分别爲選(xuǎn)擇差壓式流(liú)量計時計算(suàn)和實際

運行時其壓(yā)力、溫度和流(liu)量值。

由(yóu)式 (7)和式(shi) (8)得到壓(yā)力、溫度偏離(lí)設定值時造(zao)成的誤差爲(wèi) :

3 典型實(shi)例

下面(miàn)給出幾個溫(wēn)度和壓力修(xiu)正的實例 ,通過一些(xie)具體數據 ,說明實際(jì)使用中正

确實施溫(wēn)度和壓力修(xiū)正的必要性(xìng)。

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

設定溫度(dù) t1s=313k,溫度變(biàn)化範圍爲 293~333k。被測介質(zhì)爲天然氣 ,采用渦街(jiē)

流量計(ji)測量。

将(jiāng) 8個極限(xiàn)壓力、溫度值(zhí) ,以及壓(ya)力、溫度的設(shè)定值代入式(shi) (4),得到其(qí)相應的

誤差 δ1。表(biao) 1列出了(le)相應各參數(shu)的情況。

由表 1可(kě)見 ,當溫(wen)度增大、壓力(li)減小或溫度(du)降低、壓力增(zēng)大時 ,也(ye)就是第 2、

第 3種情況時産(chǎn)生的誤差zui大(da)。

例 2,設定壓力 p2s=0. 109mpa(壓力 ),壓力變化範(fàn)圍爲 0. 108~0. 110mpa。

設定溫度(du) ts=313k,溫度變(bian)化範圍爲 293~333k。被測介質(zhi)爲高爐煤氣(qì) ,采用差(cha)壓

式流(liu)量計測量。

将 8種(zhǒng)極限壓力、溫(wen)度值 ,以(yǐ)及壓力、溫度(dù)的設定值代(dai)入式 (9),便(bian)可以得到其(qí)

相應的(de)誤差 δ2。表(biao) 2列出了(le)相應各參數(shu)的情況。

由表 2可(kě)見 ,溫度(du)不變 ,壓(yā)力變化時 ,總體上造(zào)成的誤差不(bú)大。

例 3,設定壓力(li) p2s=0. 7mpa(壓力 ),壓力變化(huà)範圍 0.3~0. 8mpa。設(she)定溫

度(dù) t2s=313k,溫度變(biàn)化範圍爲 293~333 k。被測介質(zhì)爲氮氣 ,采用差壓式(shi)流量

計(ji)測量。

同(tóng)樣将 8種(zhǒng)極限壓力、溫(wen)度值 ,以(yǐ)及壓力、溫度(dù)的設定值代(dài)入式 (9),得(dé)到其相

應的誤差 δ2。表 3列(liè)出了相應各(ge)參數的情況(kuang)。

由表 3可見 ,第 3~5種情(qing)況造成的誤(wù)差zui大 ,這(zhè)是因爲這 3種情況下(xià)的壓力波動(dong)太

大。

4 推薦意見(jiàn)

(1)由上面(miàn)的典型例子(zi)可見 ,被(bèi)測介質在實(shi)際運行中 ,由于壓力(lì)、溫度偏離設(shè)定

值 ,所以會給(gěi)流量的示值(zhí)帶來不同程(cheng)度的誤差。因(yin)此 ,作爲(wei)計量用的能(néng)源介質

流量測量 ,都應考慮(lü)溫度和壓力(lì)修正。

(2)對(dui)于不作爲計(jì)量用的氣體(tǐ)流量測量 ,如果已獲(huò)得溫度、壓力(li)信号 ,也(ye)應該考

慮溫度和壓(ya)力修正。因爲(wei)當今的二次(ci)儀表或作爲(wei)二次儀表使(shi)🌈用的各種計(jì)算機

系(xi)統 (dcs, plc, ipc等 )都具有溫(wēn)度和壓力修(xiū)正功能 ,已無需像以(yi)前老式儀表(biao)

那樣搭(da)接一個複雜(za)的能滿足功(gong)能要求的儀(yí)表硬件系統(tǒng)。

(3)對于常(cháng)溫、常壓下的(de)氣體 ,也(yě)就是說 ,溫度爲 30~40℃ ,壓力爲(wei) 10 kpa左右

的氣體 ,不作爲計(ji)量用 ,僅(jǐn)作工藝操作(zuo)參考時 ,可以不考慮(lǜ)溫度和壓力(li)修正 ,因(yīn)

爲這種(zhǒng)工況下 (參見上面的(de)例 2),溫度(dù)和壓力的變(biàn)化帶來流量(liang)示值的誤差(chà)不是

很(hen)大。

(4)對于(yú)壓力爲 0. 01 mpa以上的氣體(tǐ) ,不管流(liu)量測量的目(mu)的是什麽 ,應盡量考(kao)

慮溫度(du)和壓力修正(zhèng) (如果是(shì)常溫氣體 ,可單獨設(she)壓力修正 ,不設溫度(dù)修正 )。這(zhè)

是因爲(wei)在這種情況(kuàng)下 ,壓力(lì)的波動給流(liú)量測量示值(zhi)帶來的誤差(cha)較大 (參(can)見例 3)。

鋼鐵廠中(zhōng)設備密封或(huo)吹掃用的氮(dan)氣流量測量(liang)就屬于這種(zhong)情況。由于氮(dàn)氣來源

往往不十分(fèn)充足 ,一(yi)旦使用 ,氮氣管道壓(ya)力往往大幅(fu)度下降。盡管(guan)在這種工況(kuàng)

下對流(liu)量測量的精(jīng)度要求很低(di) ,但由于(yú)壓力波動的(de)影響太大 ,也應該考(kǎo)慮壓力

修正。