摘要:著重對過熱蒸汽流量計量中溫度、壓力補償?shù)臄?shù)學模型進行了分析，最后提出了一種全新的微機全參數(shù)補償方式。
一.引言
隨著成本意識的不斷增強，人們對能源計量的正確率提出了更高的要求，流量測量中的溫度、壓力補償逐漸被提上了議事日程。由于流量測量裝置的設計提供的設計溫度、壓力與實際運行的工作溫度、壓力有一定的差異，再加上由于工藝條件造成流體溫度、壓力波動較大，致使測出的流量不能真實反映其工作狀態(tài)下的實際流量。絕大多數(shù)流量計,只有在流體工況與設計條件一致的情況下才能保證較高的測量精度，有些流體如氣體、蒸汽，流體工況變化對測量精度的影響特別大，必須進行補償。不同類別的流量測量裝置，測量不同的流體介質，其溫度壓力補償公式選擇的數(shù)學模型是有差異的。因此,有必要對對流量計量中溫度、壓力補償?shù)臄?shù)學模型加以分析、研究，總結出一套全新的補償方式，盡可能地消除系統(tǒng)誤差，使計量精度提高到一個新的水平。
二.過熱蒸汽流量計量的補償
在蒸汽流量的計量上，密度雖然也是溫度、壓力的函數(shù)，但不再遵循理想氣體狀態(tài)方程，且在不同壓力、溫度區(qū)間，函數(shù)關系不同，很難用一個簡單的或統(tǒng)一的函數(shù)關系式來表示。下面我們分析常用水蒸氣密度的確定方法。
1.密度的確定方法。
工業(yè)或工程上應用的水蒸汽大多是處于剛剛脫離液態(tài)或離液態(tài)較近時的狀態(tài)，它的物理、化學性質與理想氣體大不相同，應視為實際氣體。水蒸氣的物理性質較理想氣體要復雜得多，故不能用簡單的數(shù)學表達加以描述，所以，在以往的工程計算中，凡涉及水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)數(shù)值,大都從相關的水蒸氣表中直接查取。
隨著電子技術的發(fā)展，計算機(或單片機)已廣泛應.用于流量測量儀表中，其存儲能力、快速計算能力為正確、快速的確定水蒸氣的密度提供了有力的手段。
1.1現(xiàn)在介紹在二次僅表中常用的水蒸氣密度的確定方法。
1.1.1查表法:把水蒸氣密度表裝入計算機系統(tǒng)中，
根據(jù)實際工況下的溫度、壓力值，從表中直接查出相應的密度值
1.1.2計算法:
①自己擬合公式(或者出版物給出公式)
②IFC1967公式
目前，我們采用的密度補償?shù)臄M合公式為:
式中:-溫度,℃;P-表壓,Mpa;
蒸汽實際工況條件為:
工作壓力變化范圍:0.1-1.1MPa
工作溫度變化范圍:160-410℃
下面，我們取特殊點對公式(1)進行驗證:
通過以上驗證上算，我們目前采用的密度補償公式的計算誤差太大,顯然不能滿足計量儀表的要求。我們流量計量絕大部分已進入微機網絡，因此，理想的是采用IFC1967公式”。
1.2比較。
查表法:根據(jù)1FC1967公式”制定的數(shù)表，考慮了各個不同區(qū)域的特性,目前它是比較完整和全面的。但它數(shù)據(jù)量大，需要占用大量的內存，應用數(shù)表要首先判斷是飽和蒸汽還是過熱蒸汽，再查不同的數(shù)表，另外數(shù)表的變量有一定步長的非連續(xù)量，對于兩點之間的數(shù)據(jù)，需經過數(shù)學內插處理獲得。
應用公式計算:不需占有大量的內存空間，便于智能儀表應用，至于使用哪一個公式，根據(jù)不同場所和不同需要，選用不同公式。采用TFC1967公式”雖然公式繁雜一些，但在壓力為0-16.65MPa范圍內，計算的過熱蒸汽及飽和蒸汽密度值完全符合國際標準。應用公式只需安裝有溫度、壓力變送器，不需要判斷是飽和狀態(tài)或過熱狀態(tài)就可以正確測量。對于確定是飽和蒸汽的場合,只需要將公式稍做變動，只用測溫或測壓，就可正確計算飽和蒸汽密度。
2.流量公式的確定。
在蒸汽計量中用節(jié)流元件作為傳感元件時用計算法進行補償，其流量公式為:
式中:qm-質量流量,kg/s;
e-流出系數(shù);
d-節(jié)流件開孔直徑,m;
ε-可膨脹性系數(shù);
p-被測流體密度,kg/m3;
β-節(jié)流件孔徑與直管段內徑之比，β=d/D;
△P-差壓,Pa;
而用渦街流量計量時，它的輸出脈沖信號不受流體組分變化的影響，即僅表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內僅與洲渦發(fā)生體及管道的尺寸有關，但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質量流量，這時流量的輸出信號應同時檢測體積流量和流體密度，流體組份對流量計還是存在直接影響，其流量公式為:
式中:qv-體積流量，m3/h;
Sr-斯特勞哈爾系數(shù);
m-漩渦發(fā)生體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比;
d-漩渦發(fā)生體硬面寬度,m;
D-管道通徑,m;
f-漩渦的發(fā)生頻率，Hz/s;
qm=pq、4)
式中:qv-體積流量;m3/h;
qm-質量流量,Kg/s;
p-被測流體密度,kg/m3;
由流量公式(2).(4)可知，流量與密度的關系分別與C和p成正比,如果用錯將造成很大的計算誤差，同時，溫度(℃)與熱力學溫度(K)的代入也應正確處理。
考慮上述原因，有必要對補償軟件和智能流量計算儀進行測試和校準。方法為:由LG節(jié)流裝置設計及管理軟件》計算出對應點補償流量的理論值，再對流量計輸入相同工沉參數(shù)得到相應的顯示值，這時將流量計的顯示.值與理論值進行比較即可達到校準的目的。歷來流量校.準與設備和流量儀表兩大主題是研究的中心，流量儀表標準和檢定規(guī)程是流量正確計量的保證，針對目前國內智能流量演算器和相關計算機軟件的現(xiàn)狀，建立國家有關部門應出臺一部相應的檢定校準規(guī)程，以便于技術監(jiān)督和管理。
三微機的全參數(shù)補償
根據(jù)
對氣體介質進行補償時，在低壓范圍內，可以利用理想氣體狀態(tài)方程來進行溫度、壓力補償。但在高壓時，則必須考慮氣體壓縮系數(shù)的影響。對于過熱蒸氣,必須作實際氣體處理。對于大部分氣體,在低壓區(qū)(如小于1MPa)的壓縮系數(shù)都接近于1。在該區(qū)域內,只要溫度不是太低，即使不對壓縮系數(shù)進行修正，也不會引起明顯的誤差，完全可以滿足工程上的要求。但在高壓區(qū)，則必須考慮壓縮系數(shù)的影響，否則將會造成明顯的誤差。像常規(guī)方法那樣將K看成常數(shù)，將會造成不可忽視的測量誤差。分析計算表明，當溫度和壓力在設計值T.和p.的基礎上變化20%，ReD變化60%時，如果我們只補償密度變化的影響，那么，即使密度變化可能引入的誤差為零，即認為已實現(xiàn)了對密度的完全補償，其它各余留參數(shù)變化累加后的最大誤差仍可達6%左右。其中,ε引入的誤差最為明顯。對于常規(guī)儀表來說,這些余留誤差沒有可能得到補償。而對于微機補償系統(tǒng)來說，補償這些余留參數(shù)的變化已成為可能。所以，一般來說，微機補償系統(tǒng)除補償密度外,還應考慮整個補償方程中其它參數(shù)變化的補償問題,即全參數(shù)補償。
四結語
總而言之，選擇合適的溫度、壓力補償公式，就必須全面地了解流量測量的方式。在測量介質，測量裝置，流體工況，流量單位均不同的場合，采用正確的溫度、壓力補償方式，才能獲得正確的流量。此外，計算機的應用也堪稱檢測技術中的一場革命，它使各類過程參數(shù)的檢測由常規(guī)儀表時代進入了計算機時代，同時也使企業(yè)綜合自動化和生產過程控制得以實現(xiàn)，是今后檢測與控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。
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