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差压式流量计干气体流量检测示值修正关系图

时间:2018/07/21来源:未知

摘    要:

节流装置前后产生的差压决定于流过节流装置的气体工作状态参数。在推导示值修正公式时应注意三种工作状态流量:设计状态流量, 即人为设定的工作状态流量;流过节流装置的工作状态流量, 即管道中的实物流量;检测出的工作状态流量, 即检测出未修正的差压代表流量, 该流量是三者中***为关键的。应用图解法分析了差压式流量计干气体流量检测与示值修正公式。该公式也可用于喷嘴、文丘利管、阿牛巴、威力巴、弯头等差压式流量计示值的修正。

 

0 引言

差压式气体流量计工作原理是:工作状态气体流过节流装置时产生差压, 经变送器转换为4~20mA等标准信号。变送器不能识别人们是想要检测气体体积流量还是想要检测气体质量流量 (如:一个检测0℃标准1 000m3/h空气体积流量的孔板, 用于检测1 293kg/h空气质量流量时, 其对应的差压是相同的) 。变送器只能识别工作状态气体流经节流装置时产生的差压, 人们用变送器转换出来的4~20mA等标准信号经过运算, 既能代表气体体积流量, 也能代表气体质量流量, 所以, 它们的修正系数应该是相同的。

1 应该注意区分的物理概念

在讨论之前, 先说明以下4个物理概念

1.1 设计状态

在设计节流装置时, 人们预先估算出该流量检测点工作压力与温度等的加权平均值, 再用这些加权平均值作为设计条件, 所以。可以说设计状态就是人们预先设定的工作状态。

1.2 随机的工作状态流量

随机的工作状态流量又应区分以下两个不同的物理概念: (1) 流过节流装置的气体工作状态流量, 即管道中的实物流量; (2) 检测出的气体工作状态流量, 即检测出未修正的差压代表量。

1.3 仪表刻度

在设计节流装置时, 先将标准状态体积流量换算为设计状态体积流量, 然后再进行节流装置设计。但是, 在实际工作检测与计量结算中, 都是以标准状态气体体积流量数值为依据, 在显示仪表刻度盘定义时于设计状态体积流量刻度盘上直接对应标出标准状态体积流量或质量流量刻度值, 所以, 将检测出的工作状态气体体积流量修正到设计状态, 就达到了体积流量修正到标准状态与质量流量示值修正的目的。

1.4 设计状态的质量流量

当被测气体流经节流装置时, 任一瞬间只能有一个质量流量。为了说明差压式气体流量计示值修正公式, 必须想出设计状态的质量流量, 但是, 在任一瞬间内, 实物质量流量都是相等的, 即图1中: 

图1 干气体流量检测示值修正关系图Fig.1 Relationship of the indication correction for dry gas flowmeasurement

图1 干气体流量检测示值修正关系图Fig.1 Relationship of the indication correction for dry gas flowmeasurement

 

1.5 文中主要符号说明

文中主要变量及相关符号有:qV工节为流过节流装置气体工作状态体积流量, 即管道中的实物流量;qV工检为检测出的气体工作状态体积流量, 即检测出未修正的差压代表量;qV标检为检测出的气体工作状态换算为标准状态体积流量, 即检测出未修正的差压代表量;qm工节为流过节流装置气体工作状态质量流量, 即管道中的实物流量;qm工检为检测出的气体工作状态质量流量, 即检测出未修正的差压代表量。

2 基础公式与示值修正各状态的关系图

计算公式

 

去掉常数项

计算公式

 

结合图1将基础公式代入各状态:

计算公式

 

式 (5) 、式 (6) 中c设计、ε设计、ρ设计为设计节流装置时所算出, 对未修正的qV工检、qV标检与qm工检仪表来说是相对应的, 比如用U形管也可以检测出未修正的qV工检、qV标检与qm工检。在U形管刻度盘定义差压与流量的关系时也包含了c、ε、ρ。因为U形管只接收了差压信号, 并没有接受p工作与t工作信号, 所以, 管道中节流装置处的c工作、ε工作、ρ工作是随机变化的, U形管只能按c设计、ε设计、ρ设计将检测出未修正的Δp工作换算为qV工检、qV标检与qm工检。式 (5) 、式 (6) 是文中着重提出应予关注之处。

3 干气体流量检测示值修正公式推导

文中主要用图1说明干气体流量检测与示值修正公式, 3.1~3.5节为图1中关系式推导。

3.1 讨论体积流量修正公式推导

将基础公式中的式 (3) 被式 (5) 除, 可得:

 

 

计算公式

 

3.2 讨论qV工检与qV工节的关系

将基础公式中的式 (5) 被式 (1) 除, 可得:

计算公式

 

3.3 讨论质量流量修正公式推导

计算公式

 

两式相除可得:

计算公式

 

因为两式相除比值为计算公式工作, 所以修正系数同3.1节体积流量修正公式推导, 可得

计算公式

 

3.4 讨论qm工检与qm工节的关系

计算公式

 

两式相除可得:

计算公式

 

3.5 讨论标准体积流量修正公式推导

标准体积流量检测示值修正完全可以理解为先将qV工检修正到qV设计, 然后按公式计算公式进行换算, 但是, 在这里也可按习惯进行推导:

计算公式

 

两式相除可得:

计算公式

 

因为两式相除比值为计算公式工作, 所以, 修正系数同3.1节体积流量修正公式推导, 可得:

计算公式

 

3.6 干气体流量检测与示值修正公式综述

综上所述并考虑气体压缩系数影响, 干气体体积流量与质量流量修正公式可以合并为一条:

计算公式

 

4 结束语

差压式流量计示值修正公式是建立在质量守恒定理基础上的, 不论是气体体积流量、还是气体质量流量, 其示值修正结果都应与流过节流装置的气体质量相等。

在示值修正公式推导时应注意的是:当工作状态压力、温度等偏离设计条件时, 同一质量流量在节流装置前后产生的差压是不同的, 因而, 应该将流量检测系统有误差的示值修正到正确的测量结果;而不应该建立在当工作状态压力、温度等偏离设计条件时, 脱离流量检测系统的差压变化, 而假定显示仪表本身在示值修正前后差压不变, 只考虑气体工作状态密度变化时的计算结果。换一个角度分析:脱离了管道中节流装置处实物体积流量的状态变化, 也就脱离了产生流量示值的根本, 也可以说就失去了应该修正的对象。这一点是比较难理解的, 也是值得深入探讨的。

本文公式也适用于喷嘴、文丘利管、阿牛巴、威力巴、弯头等差压式流量计示值修正。


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