气体流量计生产厂家

24小时在线服务
当前位置:2019亚洲杯下注 > 选型手册 >

差压式气体流量计示值修正公式问题分析

时间:2018/06/04来源:未知

摘要:气体质量流量=气体标准状态体积流量×气体标准状态密度(常数)。 因为气体质量流量检测与示值修正可以理解为先将工作状态气体体积流量示值修正到标准状态, 然后再乘以气体标准状态密度, 所以, 它们的示值修正系数是相同的。 数十年来, 在流量检测学术领域中一直规范着质量流量与体积流量互为倒数的示值修正系数, 该文的目的是希翼引起对这一问题的深入探讨。

0、引言:数十年来, 在流量检测学术领域中, 关于压力、温度示值修正一直规范着以下两个互为倒数的示值修正系数, 即(1)、(2)两式 :
 

(1) 气体体积流量检测示值修正公式:qv 设计
= qv 工作 ×
(1)
即: qv设计

= qv工作
× ρ工作
ρ设计
 
(2) 气体质量流量检测示值修正公式:qm 设计
= qm工作 ×
(2)
即: qm设计

= qm工作
× ρ设计
ρ工作
气体体积流量是换算为标准状态计量结算的,   设计节流装置时已考虑将设计状态换算为标准状态。因为设计状态流量检测准确了(实际仪表并不显示设计状态流量, 而是直接显示标准状态流量), 标准状态流量检测自然就准确了。所以, 该文重点讨论将流量检测示值的工作状态修正到设计状态。
对于(1)式没有异议。
 
对于(2)式根据摘要中阐述的理由应改为 :qm设计
= qm 工作 ×
(1) 
 
即: qm设计

= qm工作
× ρ工作
ρ设计

以下对此进行讨论。
0、物理概念和例证:
差压式气体流量计工作原理是 :气体流过节流装置时产生差压, 经变送器转换为 4~ 20mA 信号。变送器不能识别人们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 1000m3/h 空气体积流量的孔板, 用于检测 1293kg/ 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 信号经过处理代表气体体积流量也行, 代表气体质量流量也行。如图 1 所示, 管道中气体流量与差压式流量检测示值是两个不同的物理概念, 在讨论流量示值修正公式之前, 先区分这两个不同的物理概念是很有意义的。
图 1 流量检测装置框图Fig .1    Block diagram of  flow rate measuring  unit
(1) 在管道中实实在在的气体工作状态流量(为了与检测示值区别, 在该文中加了括弧), 即:(qv 工作)与(qm 工作), 它们的质量守恒 定理表达式是:
qm   = qv 设计 ×ρ设计 =(qv工作)×ρ工作
(2) 仪表显示的气体工作状态流量(仪表并不显示管道中实实在在的工作状态流量 ,而是显示将  Δp工作按节流装置设计条件换算出的标准状态流量, 所以需要示值修正),即:qv工作qm 工作 , 它们的质量守恒定理表达式是:
计算公式
(1) 如图 2 所示, 将两个加工尺寸完全

 
 图 2 节流装置安装位置示意图
图 2 节流装置安装位置示意图
Fig .2    Schematic diagram of installing position for
相同的节流孔板安装在有能量损失的管道前后。设孔板 1 处工艺参数符合设计条件, 即p1 =p设计 T1 =T 设计 ;设孔板 2 处为工作状, 假设管道能量损失造成压力损失使 p工作

throttle unit
=p设计
2
, 为了简明一些这里不考虑温度变

化, 即认为 T工作 = T 设计 。由于孔板 2 处工作压力降低造成真实工作体积流量相对膨

胀, 即 :ρ工作 = ρ设计 , (q
)=2q

v工作 v 设计

(qv 工作)2

由孔板前后的差压 Δp工作 ∝
2 ×ρ工作 可知 :若气体质量流量不变, 当工作参数

变化引起真实工作体积流量增大了一倍, 而工作密度减小了 1/2 时, 孔板前后的差压也增大了一倍, 即 Δp工作 =2Δp设计 。下面, 列出表1 对修正公式进行说明:
表 1   示值修正公式分析表  Table 1 Analysis table of correction formula for measured value
 
说明
项 内容
孔板 1 检测示值 孔板 2 修正前检测示值 孔板 2 示值修正说明
修正系数 修正后的示值 结论
 
1
差压开方
pa
 
Δp设计
 
Δp工作 = 2Δp
 
 
ρ工作 =  1
ρ设计 2
p设计 ×  1 = Δp 设 计
2
 
 
 
 
正确
 
2
体积流量
m3/ h
 
qv设计
 
2 qv设计
 
 1 
2qv设计 × 2 = qv设计
 
3
 
 
质量流量
kg/ h
 
 
 
qm设计
 
 
 
2 qm设计
2q ×  1 =q
m设计 2 m设计
 
4
ρ设计 =  2
ρ工作 1
q × 2 =2 q
m设计 1 m设计
 
错误
对表中第(2)项体积流量示值修正没有争议, 因为修正结果正确。对表中质量流量示值修正是有争议的:
按表中第(3)项示值修正系数, 即(3)式 , 修正结果示值回到了正确数值。按表中第(4)项示值修正系数, 即(2)式 , 修正结果示值误差越修正越大。
2、公式(3)的导出:
  因为工作状态气体流量概念是极其容易混淆的, 在推导(3)式以前先明确如下:
如上所述, 当工作压力偏离设计条件减小到 1/ 2 时, 实际工作状态气体体积流量为设计状态气体体积流量的2 倍, 而以 Δp换算出的气体体积流量示值为设计状态体积流
  量的 2倍;在同样条件下 , 实际工作状态气体质量流量并没有发生变化, 而以 Δp工作换算出的气体工作状态质量流量示值也为设计状态质量流量的   2倍。在差压式流量计示值修正公式中, 只有以 Δp工作换算出的工作状态体积流量示值qv工作及工作状态质量流量示值qm工作 , 而管道中实际工作状态的真实体积流量(qv工作)及工作状态的真实质量流量(qm 工作)只是在推导差压式流量计示值修正公式时才用到。这里先分别写出它们的表达式:
· 以 Δp工作换算出的需要进行示值修正的工作状态流量:
计算公式
qv 工作 =
· 管道中真实的工作状态流量:
 
(qv 工作)=
qm工作 = 2 ×Δp工作 ×ρ设计
; (qm工作)=
下面开始讨论(3)式是如何导出的。
由流量连续性方程可知:在无分支的管道中流过了稳态流量时, 在Δt 时间内流入第1 个有效断面的气体质量流量必等于在此时间内由第 2 个有效断面流出的气体质量流量, 即:ρ1 u1 A1dt  = ρ2 u2 A2dt  。在这里设第1 有效断面气体工作在设计状态, 第 2 有效断面气体工作在工作状态, 那么就可以得出:
qv设计 ×ρ设计 =(qv工作)×ρ工作
流量连续性方程是质量守恒定理在流体力学领域中的应用, 流体流经节流装置时, 当然也遵循质量守恒定理。
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, 但为了推导及说明差压式气体流量计示值修正公式,   在这里不得不设想出设计状态的质量流量与工作状态的质量流量, 但是, 在同一瞬间内它们是恒等的, 即:
qm  = qm 设计 =(qm工作) (4)
这里以 qm 设计 =(qv 工作)×ρ工作 为基础开始推导:
将 ρ工作 = ρ设计 ×
 
p工作
qm设计 =
 
qm设计 =
T设计
× 代入上式, 得:
×ρ工作

 
  p设计 T工作


qm设计 = × (5)
 
(5)式中左面的根号项就是(3)式中的 qm工作 , 所以, 导出了(3)式。

2 公式(2)的导出和问题

因为工作状态气体流量概念是极其容易混淆的, 在推导(3)式以前先明确如下:
如上所述, 当工作压力偏离设计条件减小到 1/ 2 时, 实际工作状态气体体积流量为设计状态气体体积流量的2 倍, 而以 Δp换算出的气体体积流量示值为设计状态体积流
量的 2倍;在同样条件下 , 实际工作状态气体质量流量并没有发生变化, 而以 Δp工作换算出的气体工作状态质量流量示值也为设计状态质量流量的   2倍。在差压式流量计示值修正公式中, 只有以 Δp工作换算出的工作状态体积流量示值qv工作及工作状态质量流量示值qm工作 , 而管道中实际工作状态的真实体积流量(qv工作)及工作状态的真实质量流量
(qm 工作)只是在推导差压式流量计示值修正公式时才用到。这里先分别写出它们的表达
式:
· 以 Δp工作换算出的需要进行示值修正的工作状态流量:
 

qv 工作 =
· 管道中真实的工作状态流量:
 
(qv 工作)=
qm工作 = 2 ×Δp工作 ×ρ设计
 ; (qm工作)=
下面开始讨论(3)式是如何导出的。
由流量连续性方程可知:在无分支的管道中流过了稳态流量时, 在Δt 时间内流入第1 个有效断面的气体质量流量必等于在此时间内由第 2 个有效断面流出的气体质量流量, 即:ρ1 u1 A1dt  = ρ2 u2 A2dt  。在这里设第1 有效断面气体工作在设计状态, 第 2 有效断面气体工作在工作状态, 那么就可以得出:
qv设计 ×ρ设计 =(qv工作)×ρ工作
流量连续性方程是质量守恒定理在流体力学领域中的应用, 流体流经节流装置时, 当然也遵循质量守恒定理。
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, 但为了推导及说明差压式气体流量计示值修正公式,   在这里不得不设想出设计状态的质量流量与工作状态的质量流量, 但是, 在同一瞬间内它们是恒等的, 即:
qm  = qm 设计 =(qm工作) (4)
这里以 qm 设计 =(qv 工作)×ρ工作 为基础开始推导:
将 ρ工作 = ρ设计 ×
p工作
qm设计 =

qm设计 =
T设计
× 代入上式, 得:
×ρ工作
p设计 T工作
qm设计 = × (5)
 
(5)式中左面的根号项就是(3)式中的 qm工作 , 所以, 导出了(3)式。

3、公式(2)的导出和问题:

2)式是以(1)式为基础导出的, 有几条路径, 这里举一条路径为例进行说明:
 

qv设计 = qv工作 ×
 
qv设计 ×ρ设计 = qv工作 ×ρ设计 ×
 
ρ设计
, 即 qv 设计 =qv 工作 ×
 

(1)

qm设计  =qv 工作 ×ρ工作 × ×
工作
 

qm设计 =qm 工作 ×
, 即 qm设计 = qm工作 ×
(2)
 
从推导过程表面上看好象没有任何问题, 那么, 问题又出在哪里呢? 问题就出在推导过程中使用了 qm工作 = qv工作 ×ρ工作 这一公式上, 分析如下:
对于需要修正的流量示值 qm工作与qv工作来说, 它们都是由同一个 Δp工作换算出的两 个并列的物理量, 从变量角度来分析它们是同一个源。所以,  qm工作是qv工作的常数倍数而是变量倍数。应该引起注意的是 :上述两个并列的物理量与管道中实实在在的流量是同的物理概念, 不能按管道中实实在在的质量流量 qm  =(qm工作)=(qv 工作)×ρ工作 这   一质量守恒定理去理解, 即不存在 qm工作 = qv 工作 ×ρ工作 这一公式。在(2)的导出过程中 ,几条路径都使用了 qm工作 = qv工作 ×ρ工作 这一公式, 所以, (2)式是不应该成立的。
如上所述, 由 Δp换算出的气体流量检测示值qmqv  工作之间不存在变量ρ工作倍数关系, 那么, 它们之间的常数是什么呢? 即在处理 Δp时定义 qm 工作 =k ×qv工作 。如果要将 qm示值修正到 qm 设计 , 这个常数 k 就是 ρ设计 。由(3)式推导可知:
qm设计
= qm工作 ×
(3)
 
qv 设计 ×ρ设计 = qv工作 ×k  ×
被(1)式除可得:ρ设计 = k , 则 :qm 工作 = qv 工作 ×ρ设计
所以, 以 Δp工作为代表的气体质量流量检测中, 当需要将工作状态质量流量示值修正到设计状态质量流量示值时 qm工作 =qv工作 ×ρ设计 。

4、结 论:

 应该说差压式气体流量计受工作压力、温度变化影响***基础的示值修正公式只有一条,即 qv 、m设计=qv 、m工作×ρ工作ρ设计;但是, 由于不能直接检测出 ρ工作 , 所以, 在工业计量中实用的***基础的示值修正公式应为 qv 、m 设计=qv 、m 工作×p工作p设计×T设计T工作。  实际上,在讨论差压式气体流量计示值修正时 ,也可以理解为修正的是既能代表气体体积流量, 又能代表气体质量流量共用的 Δp工作 , 使之修正到相当于工作在设计条件下。不论是气体体积流量还是气体质量流量在节流装置前后产生的差压出于同一公式 ,当工作压力、温度偏离设计条件时受到同样的影响 , 产生同方向 、同比例的示值误差 ,所以 , 它们的压力 、温度修正系数是相同的 ,即应将(2)式改为(3)式。
  ***后也应说明:差压式流量计只有由检测出工作状态流量修正到设计状态流量的修正系数,显示仪表按所配用的节流装置设计条件在设计状态流量仪表刻度盘上直接标出标准状态流量刻度值 。因此, 也可以理解为修正到设计状态 ,就达到了修正到标准状态的目的 。所以,流量学领域中规范的第二栏与第三栏示值修正公式也是值得探讨的
备  注 :  (1)检 测 干气 体 流 量如 同 时考 虑 气 体成 分 改变 , 则 qv 、m设计= qv 、m 工作×p工作p设计×T 设计T 工作×ρ原设计标准ρ改变后标准。  (2)若考虑 c 、ε、Z 次要因素变化对示值的影响, 可在修正系数中乘以c工作c设计×ε工作ε设计×z 设计z 工作。  (3)文中提到的 4 ~ 20m A 为国际通用标准信号 。当然, 其它标准信号, 如 :1 ~ 5VDC以及特殊约定的变送器与仪表(计算机)共同认可的信号也行。

常见问题
资料查询
价格咨询
江苏华云仪表有限企业
销售电话:0517-86996066
企业传真:0517-86883033
手 机:18915186518
E-mail:[email protected]
企业地址:江苏省淮安市金湖县工业园同泰大道99号
XML 地图 | Sitemap 地图