氣體測量中的溫壓補償應用

2020-11-22 電子產品世界

一、引言：

氣體流量常用氣體體積流量來表徵。氣體體積流量是指單位時間內流經管道的氣體體積量。眾所周知，氣體體積是隨溫度和壓力的變化而變化的，所以氣體的體積流量隨工藝操作溫度和壓力的不同而不同。生產過程中，操作溫度及壓力常常發生變化，因而不同操作狀態下的體積流量大小沒有可比性。為此，實際生產過程中，常用設計工況下的體積流量或標準狀態（基準狀態）下的體積流量來表徵。所謂氣體流量測量的溫度及壓力補償，其作用之一就是將操作狀態下的體積流量換算成設計狀態或標準狀態的體積流量。由於流量計是按設計狀態工藝條件進行設計製造或標定的，因此當操作工況偏離設計工況時，流量測量將產生偏差。氣體體積流量的溫度和壓力補償的另一個作用，就是修正由於流量計工作條件偏離設計工藝條件所帶來的測量誤差。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/333412.htm

就是由於氣體的可壓縮性，決定了它的流量測量比液體複雜。氣體流量計量與被測氣體的密度密切相關，而氣體的密度又和溫度、壓力相關。所以，氣體的流量測量必須經過溫壓補償，才能準確的反應被測氣體的流量數值。大部分氣體，可近似地視為理想氣體，其密度可用理想氣體狀態方程來表示。有的氣體，如水蒸氣，有別於理想氣體，其密度不宜簡單地用理想氣體狀態方程來表示。

目前，氣體的測量主流儀表有孔板和渦街，貿易計量採用質量流量計。質量流量計計量準確，不存在溫壓補償問題，但價格昂貴，在氣體測量中使用不多。本文主要介紹孔板和渦街的溫壓補償。

二、孔板測量理想氣體的溫壓補償

2.1理想氣體方程

理想氣體狀態方程（又稱理想氣體定律、普適氣體定律）是描述理想氣體在處於平衡態時，壓強、體積、物質的量、溫度間關係的狀態方程。它建立在玻意耳-馬略特定律、查理定律、蓋-呂薩克定律等經驗定律上.

pV=nRT

若取標準狀態（P0=1.01325*105、T0=273.15K）下的1摩爾(mol)理想氣體，由阿伏伽德羅(Avogadro)定律知，氣體的摩爾體積為22.4L/mol。因而，此時常數C取特定值，用R表示

R值稱為普適氣體常量(universalgasconstant)。

2.2理想氣體溫壓補償公式推導

流量節流裝置的國家標準GB/T2624-93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，qv為氣體體積流量；p為氣體壓力；T為氣體溫度，Z為氣體壓縮係數；ε為流束膨脹係數。

2.3孔板測氣體溫壓補償公式的推導

被測介質的工作狀態（溫度、壓力、粘度）參數和設計值有所變化時，測量值和實際流量就存在誤差。因此，必須對流量進行在線修正，才能反應出真實的流量來。即同一質量的氣體，在不同的壓力和溫度下體積是不同的，所以計算氣體時都以標準狀態下的溫度t=0℃，壓力P=101.33KPaabs時的體積狀態下來計算。在計算孔板時，操作狀態下和標準狀態下的體積換算公式為：

Q為操作狀態下的的體積流量；

Q0為標準狀態下的體積流量

T為操作溫度

T0為標準溫度

P為操作壓力

P0為標準壓力

Z為壓縮係數，5MPa以下氣體近似為1，所以一般可以忽略。

操作狀態下的氣體密度和標準狀態下的氣體密度換算公式為：

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