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自控学堂谈谈差压式流量计温度压力补偿

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发表于 2019-8-23 07:17:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
?差压式流量计,如孔板(喷嘴、文丘里管)流量计,由于其结构简单、使用条件宽泛、经济性好等特点,在工业中得到广泛应用,但它的测量流量多少主要与流体的流速相关,无法克服流体温度或压力变化引起密度变化带来的测量误差,所以,在需要较精确测量流体流量时,如贸易结算、能源消耗考核等场合,就需要温度压力补偿,以获得较为精确的流量测量值。
1、差压流量计温度压力补偿原理
我们还是要从节流式差压流量计的工作原理来理解,当流体经过管道内的节流件时,流束在节流件处局部收缩,此处的流速增大,静压降低,在节流件前后产生差压,流量越大,产生的压差越大,因此我们可以依据压差的大小来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的,节流式差压流量计的流量计算公式:
不可压缩流体流量方式:            
可压缩流体流量方程式:
qm—质量流量,kg/s
qv—体积流量,m3/s
C—流出系数
?—可膨胀性系数
β—直径比,β=d/D
AO—孔板开孔截面积,m2
ΔP—差压,Pa
ρ1 —上游流体的密度,kg/m3
从公式中可以看出,流量与以上这些参数成函数关系,但这些参数有的在孔板制造时可以确定,如孔径开孔截面积AO, 直径比β;流出系数C通过大量的试验数据,它由制造厂按标准文件GB/T2624-2006规定制造。我们从公式1可看出,因为液体是不可压缩的,即密度ρ1是常数,流量只与差压ΔP有关。
公式2是可压缩流体流量方程式,其中可膨胀性系数?是对流出系数在可压缩性流体中密度变化的修正系数,而流体的密度ρ1不能视为常数,它与压力,温度的关系见公式4,公式5。
我们看密度与压力的关系式:
   ρp=ρr [1+k(p-pr)]公式4
ρr--参考压力pr下的密度
ρp--工况压力p下的密度
k--割压缩系数(永为正数)
   ΔV --体积变化量m3
ΔP--压力变化量MPa
Vr--参考压力pr时的体积
因为气体的可压缩性,工况下当压力增加,体积将缩小,密度增大;压力降低,体积增大,密度也低。
我们再看体积与温度的关系式:
   Vt=Vr[1+av(t-tr)]公式5
Vt—t时的体积,m3
Vr—参考温度tr时的体积,m3
av—体积膨胀系数,℃-1
t—工作温度,℃
从公式中可以看出当压力一定时,温度上升,物质的体积膨胀,温度下降体积收缩。物质的质量不变,体积变化,其密度变化。
从以上的公式中就可得知:不可压缩的液体流量只与差压有关,不需要温度压力的补偿;而可压缩的气体或蒸汽流量受温度和压力的影响。我们在工程设计时当采用节流式差压流量计测量气体或蒸汽流量时需考虑温度和(或)压力补偿。
2、什么情况下需要温度压力补偿
从使用者角度出发,需要较精确测量气体、蒸汽流量值时需要温度、压力补偿,那么什么情况下只需要温度补偿、什么情况下只需要压力补偿、什么情况下需要温度和压力补偿,以下几种点供大家参考:
(1)测量气体时,需要温度压力同时补偿;因为气体一般都是以标准状况体积流量单位结算。气体的体积流量是随着温度或压力变化流量也改变。
(2)测量过热蒸汽时,需要温度压力同时补偿;因为蒸汽一般都以质量流量单位结算,温度或压力有任何一个发生变化,蒸汽的密度会发生改变,质量流量也随之改变。
(3)测量饱和蒸汽时,需要单温度补偿或单压力补偿。因为饱和蒸汽的密度与温度或压力有一个固定的对应关系(饱和蒸汽密度表),知道其中的任何一个,都可以确定饱和蒸汽的密度。
(4)测量液体时,一般不需要压力补偿,在5MPa以下,一般只考虑温度影响,为准确测量需要温度补偿。一般测量时,可以不使用任何补偿;测量一些碳氢化合物(如原油)用以贸易结算时,一般需要温度压力同时补偿。
3、温度压力补偿如何实施
实施流量温度压力补偿通常有以下几种途径:
(1)通过集中控制装置(系统)计算功能块实现,一般DCS控制系统通常都有温度压力补偿计算功能块,只要选择合适的计算块就很容易实现温度压力补偿功能;有的PLC控制系统也有此功能块;如果控制系统没有现成的计算功能块,那就组态时,需要根据基本运算块来搭建实现温度压力补偿功能。
(2)通过智能型数字仪表或可编程的二次仪表实现温度压力补偿计算功能。
(3)随着科学技术的发展,现在有的智能流量变送器里就带有温度和压力补偿功能,变送器的输出信号就已经过温度压力补偿。
4、温度压力补偿需要注意的几个问题
(1)选择适合温度压力补偿计算公式(功能块、计算块);
(2)应特别关注流量、温度、压力、密度等的工程单位,现有温度压力补偿计算公式是基于什么单位制的。
(3)补偿用的温度、压力的测量信号应尽可能取自流量计附近,但也不能给流量测量带来扰动,在工程设计时应引起充分重视。
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