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也談差壓式氣體流量計量溫度壓力補正公式的推導與應用
發布時間：2017-09-01
1問題的提出
目前國內有些搞流量計量的同志對差壓式氣體流量計量的溫度壓力補正存在著認識上的誤區，我們在實際工作中也曾碰到過這一問題，走過彎路，現將我們對這一問題的認識與體會提出來以供大家商榷。
流量節流裝置的國家標準GB/T2624一93中對標準狀態下差壓氣體流量計的示值修正在氣體溫度和壓力改變時給出了氣體體積流量計量的補正公式
式中q v，為氣體體積流量;P為氣體壓力;T為氣體溫度;z為氣體壓縮系數;。為流束膨脹系數。
上述的符號為計算值(設計值)，符號右上角加“,”為實際值(工況值)。以上的公式如何推導而來?并且實際應用時又應該注意哪些問題?我們以孔板測量氣體流量為例進行探討。
2公式的推導
2.1工作狀態下氣體流t的密度補正公式推導
根據流體的連續性方程與伯努利方程，用孔板測量氣體流量時依據下列公式:
式中q。為工作狀態下氣體體積流量，m 3 /s;C為流出系數(無量綱);。為流束膨脹系數(無量綱);d為節流件開孔直徑，m;△p為節流件前后的壓差，pa;ρ為氣體密度，kg/m 3。由(l)式可知當氣體的溫度壓力變化時其密度也隨之發生改變，相同的差壓值所對應的流量值是不同的.于是
此處公式推導忽略流量系數a變化的影響。如果由于有關參數變化較大而引起流量系數a改變時，應相應地乘以a'/a。數值。
氣體的質量流量等于其體積流量與密度的乘積。
即:
由于流束膨脹系數。變化對測量的準確度影響不大，忽略其影響，因此在實際應用中，(2)式(4)式一般寫作:
以上推導了差壓式氣體流量計量在氣體密度發生改變時，其工況體積流量與質量流量的密度補正公式。通常在實際應用中卻不能用(2)式進行流量補正，這里面有兩個原因，其一，在實際應用中氣體流量一般計量的是標準狀態(0℃、101.325kPa或20℃、101.325kPa)下的體積流量，而不是工作狀態下的體積流量;其二，在實際應用中一般測量氣體的溫度壓力參數，而沒有直接測量氣體的密度。
因此我們通常是對氣體流量進行溫度壓力補正。而氣體有干、濕氣體之分，其補正公式是有區別的，這個溫度壓力補正公式又是如何推導來的呢?
2.2標準狀態下干氣體流.溫度壓力補正公式推導
根據質量守恒原理可得流量狀態的換算公式
式中q v為工作狀態下的體積流量;q vN為標準狀態下的體積流量; ρ為工作狀態下的氣體密度; ρ N為標準狀態下的氣體密度。又由理想氣體狀態方程可知，氣體密度的大小與其壓力成正比，與其溫度及其壓縮系數成反比。即
式中 ρ為氣體密度，kg/m 3;p為氣體壓力，Pa;T為氣體溫度，K;Z為氣體壓縮系數，Pa;R為氣體常數(氣體常數不變)。
將(6)、(5)式代人(l)式得:
在常溫、低壓(<20MPa)下，氣體壓縮系數Z的變化非常小，故忽略其影響。同時忽略流束膨脹系數:的影響，則公式可簡化為:
式中q'vN為標準狀態下氣體實際流量;q vN為標準狀態下氣體設計流量;p'為氣體實際壓力;p為氣體設計壓力;T’為氣體實際溫度;T為氣體設計溫度。
上式也可寫成:
同上理，忽略氣體壓縮系數Z和流束膨脹系數ε的影響，則公式簡化為:
式中q' m為氣體實際質量流量;q m為氣體設計質量流量。
上式也可寫成:
(7)式、(8)式即為標準狀態下氣體體積流量的溫度壓力補正公式及氣體質量流量的溫度壓力補正公式。這兩個公式與國標GB2624一81中的補正公式是符合的。
同理，將(6)式代人(2)式可得工作狀態下氣體體積流量的溫度、壓力補正公式公式由來讀者可自行推導，這里就不再贅述。其補正系數與標準狀態下氣體體積流量的溫度壓力補正公式的補正系數正好相顛倒。
2.3濕氣體干部分的標準狀態下流量溫度、壓力補正
工作狀態下，濕氣體折算到標況時的濕氣體干部分流量為:
式中:psmax為溫度T時，濕氣體中水蒸汽的最大可能壓力; φ為濕氣體相對濕度，%。
由(l)式
濕氣體干部分的流體密度除隨溫度、壓力改變發生變化，其濕度也對密度產生影響。有時對計量所致的誤差遠大于單純溫度、壓力變化所造成的計量誤差，但目前在流量計量中尚未開展濕度補正。
3結論
綜合上述差壓式氣體流量計量溫度壓力補正公式的推導，可以得出以下的結論:在選擇氣體流量的溫度壓力補正公式時，要依據節流裝置設計時所選定的氣體流量的計量單位而定，當流量為質量流量kg/h或標準狀態(o℃，10l.325kPa及20℃，101.325kPa)下的體積流量時，適用質量流量的補正公式及標準狀態下氣體體積流量的補正公式，當流量為工作狀態下的體積流量時，適用工作狀態下體積流量的補正公式，兩個公式中的補正系數互為倒數關系。在實際的氣體流量計量中，通常所計量的是標準狀態下的氣體體積流量，這一點應引起大家的重視，否則謬之大矣。
摘自：中國計量測控網
