由于干氣體的可壓縮性,決定了它的流量測量比液體復雜,氣體流量計的輸出信號除了與輸入信號有關,還與氣體密度有關,而氣體的密度又是溫度和壓力(簡稱溫壓)的函數。所以,氣體的流量測量普遍存在溫壓補償問題。在儀表的設計或對舊設備的改造中,氣體流量測控系統應盡可能采用微機化儀表,根據被測氣體及儀表類型,選用合適的數學模型,實施溫壓自動補償。
大部分氣體,可近似地視為理想氣體,其密度可用經過補正的理想氣體狀態方程來表示。有的氣體,如水蒸氣,即有別于理想氣體,其密度不宜簡單地用理想氣體狀態方程來表示。氣體又有干、濕之分,對于濕氣體,其密度除了與溫度、壓力有關外,還與濕度有關。近年來,不斷涌現的微機化儀表,使氣體流量測量的溫壓補償變得簡便而,從而提高了測量精度。
1、測量飽和蒸汽時,需要單溫度補償或單壓力補償。飽和蒸汽的密度與溫度或壓力有一個固定的對應關系(飽和蒸汽密度表),知道其中的任何一個,都可以確定飽和蒸汽的密度。
2、測量氣體時,需要溫度壓力同時補償;氣體一般都以標準狀況體積流量結算。因為氣體的體積流量溫度或壓力變化時,流量都會改變。
3、測量過熱蒸汽時,需要溫度壓力同時補償;蒸汽一般都以質量流量結算。因為溫度或壓力有任何一個發生變化,蒸汽的密度會發生改變,質量流量也隨之改變。
4、測量液體時,一般不需要壓力補償,在5MPa以下,一般只考慮溫度影響,為準確測量需要溫度補償。一般測量時,可以不使用任何補償;測量一些碳氫化合物(如原油),一般需要溫度壓力同時補償。
1、干氣體流量測量的溫壓補償
氣體的流量測量主要是采用差壓流量計,其流量基本方程式為:
式中:q為被測氣體在工作狀態下的體積流量;ρ為被測氣體在工作狀態下的密度;Δp為差壓;K為系數,它包含流量系數、膨脹系數、管道孔徑等參數。嚴格說,它也受溫壓影響,只是,在常用溫壓下,這一影響可以忽略。本文討論的溫壓補償是指補償密度隨溫壓變化所造成的影響。
2、濕氣體流量測量的溫壓補償
濕氣體與干氣體的不同點是,其密度除了與溫度、壓力有關外,還與濕度有關。雖然濕度對測量的影響與溫壓比較相對較小,但與儀表的精度比,即不可忽略。濕氣體的密度可用下式表示:
式中:0.804為溫度0℃,一個標準大氣壓下,水蒸氣的密度,kg/m3;ρ0、T0、Pn分別表示氣體在0℃,一個標準大氣壓下的密度、溫度、壓力;F為氣體的濕度,kg/m3;Z為氣體壓縮系數。
3、水蒸氣流量測量的溫壓補償
水蒸氣流量計的標尺通常是以質量流量qm為刻度的,其流量基本公式是:
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