差压式流量传感器测量一般气体流量时的温度压力补偿方法

　　0　引言

　　所谓一般气体流量测量时的温度压力补偿,就是将传感器所检测到的流量数据,根据被测气体当时的工况温度、工况压力,通过一定的公式和方法得到具有计量结算意义的标准体积流量的过程。以下简称温压补偿。

　　下面简要介绍使用差压式流量传感器进行一般气体流量测量时的温压补偿方法。

　　这里讲的一般气体是指氮气(N2)、氧气(O2)、压缩空气(AIR)等工业中常用的干燥气体,压力不高于1MPa,温度不低于0℃,其中不包括天然气和煤气等多组分气体。天然气、煤气等属于多组分气体,牵涉到多组分等问题,其流量补偿仅靠温压补偿是不够的,读者可查看有关论著,文中不作具体说明。

　　1　采用差压方式流量传感器进行一般气体流量测量时的温压补偿方法

　　1.1　基本公式

　　①密度公式ρ=Qm/Qv(1)

　　其中,ρ为被测流体工况密度,Qv为工况下的体积流量,Qm为质量流量。

　　②气态方程(P1V1) /(T1Z1)=(P2V2) /(T2Z2) (2)

　　其中,P为气体绝对压力,V为气体体积,T为气体绝对温度,Z为压缩系数。

　　对于大部分气体,在低压区(如压力小于1MPa时)的压缩系数都非常接近于1,在该区域内,只要温度不是太低,即使不对压缩系数进行修正,也不会引起明显的误差,基本上可以满足工程要求。正如引言中对一般气体范围的界定,一般气体可以认为Z1/Z2≈1,这样简化了计算,而且不会引入太大的误差。有的智能流量积算仪表能够对压缩系数进行修正,但仪表较复杂。文中所针对的一般气体,Z1/Z2≈1,则式(2)可写为:P1V1/T1=P2V2/T2(3)需要特别注意的是,这里的P和T是指绝对压力和绝对温度。

　　③标准体积流量QN=Qm/ρN(4)

　　其中,QN为标准体积流量,Qm为气体质量流量,ρN为气体在标准状况下的密度。

　　其中,Qm为差压值所对应的被测流体的质量流量,k为流量传感器的流量系数,ΔP为流量传感器输出的差压值,ρ为被测流体密度,Qv为差压值所对应的被测流体的体积流量。

　　1.2　具体补偿方法

　　差压式流量传感器的测量信号与被测流量不成线性关系,通用流量计算公式如式(5)、式(6)所示。其特点是测得的质量流量与密度有关系,体积流量也和密度有关系,而且密度ρ和差压信号ΔP处于计算式中的同等位置上,意义重大,绝对不可轻视。这类流量传感器在出厂设计说明书中,如果被测介质是一般气体,通常给用户提供这样的参数:最大流量Qmax(单位一般是Nm3/h)、最大差压ΔPmax、设计温度T0、设计压力P0、设计密度ρ0(被测气体P0,T0下对应的密度)。其他的参数如流出系数C,流束膨胀系数ε等是计算传感器流量系数k时用的,这里不做多说。计算式(5)、式(6)中的流量系数k时使用另外的方法,下面详细说明。