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浅析蒸汽流量计量中温度、压力补偿的数学模型

浅析蒸汽流量计量中温度、压力补偿的数学模型 2011： 1. 引言随着成本意识的不断增强，人们对能源计量的准确性提出了更高的要求，流量测量中的温度、压力补偿逐渐被提到了重要的议事日程上来。由于流量测量装置的设计过程中，提供的设计温度、压力与实际运行的工作温度、压力有一定的差异或者由于工艺条件造成流体温度、压力波动较大，致使测出的流量不能真实反映其工作状态下的实际流量。绝大多数流量计，只有在流体工况与设计条件一致的情况下才能保证较高的测量精度，有些流体如气体、蒸汽，流体工况变化对测量精度的影响特别大，必须进行补偿。不同类别的流量测量装置，测量不同的流体介质，其温度、压力补偿公式选择的数学模型是有差异的。因此，有必要对对流量计量中温度、压力补偿的数学模型加以分析、研究，总结出一套全新的补偿方式，尽可能地消除了系统误差，使计量精度提高到一个新的水平。2. 过热蒸汽流量计量的补偿在蒸汽流量的计量上，密度虽然也是温度、压力的函数，但不再遵循理想气体状态方程，且在不同压力、温度区间，函数关系不同，很难用一个简单的或统一的函数关系式来表示。下面我们分析常用水蒸气密度的确定方法：2.1. 密度的确定方法：工业或工程上应用的水蒸气大多是处于刚刚脱离液态或离液态较近时的状态，它的物理、化学性质与理想气体大不相同，应视为实际气体。水蒸气的物理性质较理想气体要复杂得多，故不能用简单的数学表达式加以描述；所以，在以往的工程计算中，凡涉及水蒸气的状态参数数值，大都从相关的水蒸气表中直接查取。随着电子技术的发展，计算机（或单片机）已广泛应用于流量测量仪表中，其存储能力、快速计算能力为准确、快速的确定水蒸气的密度提供了有力的手段。现在介绍在二次仪表中常用的水蒸气密度的确定方法。2.1.1. 查表法：把水蒸气密度表装入计算机系统中，根据实际工况下的温度、压力值，从 表中直接查出相应的密度值。2.1.2. 计算法：◆ 自己拟合公式（或者出版物给出的公式）◆ IFC1967公式目前，我们采用的密度补偿的拟合公式为：(1) 式中： t－温度，℃； P－表压，Mpa；蒸汽实际工况条件为：工作压力变化范围：0.1～1.1MPa工作温度变化范围：160～410℃下面，我们取特殊点对公式（1）进行验证：通过以上验证计算，我们目前采用的密度补偿公式的计算误差太大，显然不能满足计量仪表的要求。我们流量计量绝大部分已进入微机网络，因此，理想的是采用“IFC1967公式”(见附录)。2.1.3. 比较查表法：根据“IFC1967公式”制定的数表，考虑了各个不同区域的特性，目前它是比较完整和全面的。但它数据量大，需要占用大量的内存，应用数表要首先判断是饱和蒸汽还是过热蒸汽，再查不同的数表，另外数表的变量是有一定步长的非连续量，对于两点之间的数据，需经过数学内插处理获得。 应用公式计算：不需占用大量的内存空间，便于智能仪表应用，至于使用哪一个公式，根据不同场所和不同需要，选用不同公式。采用“IFC1967公式”虽然公式繁杂一些，但在压力为0～16.65MPa范围内，计算的过热蒸汽及饱和蒸汽密度值完全符合国际标准。应用公式只需安装有温度、压力变送器不需要判断是饱和状态或过热状态就可以准确测量。对于确定是饱和蒸汽的场合，只需要将公式稍做变动，只用测温或测压，也可准确计算饱和蒸汽密度。2.2. 流量公式的确定:在蒸汽计量中用节流元件作为传感元件时用计算法进行补偿，其流量公式为：(2) 式中： qm－质量流量，kg/s；c－流出系数；d－节流件开孔直径，m；ε－可膨胀性系数；ρ－被测流体密度，kg/m3；β－节流件孔径与直管段内径之比，β＝d/D；Δp－差压，Pa；而用涡街流量计计量时，它的输出脉冲信号不受流体组分变化的影响，即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与漩涡发生体及管道的尺寸有关，但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量，这时流量的输出信号应同时检测体积流量和流体密度，流体组份对流量计还是存在直接影响的，其流量公式为：(3) 式中：

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