金屬管浮子流量計(jì)的溫壓補(bǔ)償原理
摘 要:介紹了金屬管浮子流量計(jì)的工作原理,溫壓補(bǔ)償算法,溫壓補(bǔ)償技術(shù),溫壓補(bǔ)償型金屬管浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)組成、特點(diǎn)及應(yīng)用,指出了金屬管浮子流量計(jì)溫壓補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢。
0、引言:
金屬管浮子流量計(jì)(以下簡稱流量計(jì))又稱變面積式流量計(jì)或恒壓降式流量計(jì),是以流體流動(dòng)時(shí)的節(jié)流原理為基礎(chǔ)的一種流量測量儀表。具有可測量多種介質(zhì)流量,特別適用于測量中小管徑雷諾數(shù)較低的中小流量;壓力損失小且穩(wěn)定;反映靈敏,量程較寬(10:1),示值清晰,近似線性刻度;結(jié)構(gòu)簡單,價(jià)格便宜,使用維護(hù)方便;通過選用不同測量管及零部件材質(zhì),還可以測量具有腐蝕性的介質(zhì)流量等特點(diǎn)。基于上述特點(diǎn),流量計(jì)廣泛應(yīng)用于石油、 化工、冶金、制藥、釀造、環(huán)保、發(fā)電等領(lǐng)域中的流量控制與測量系統(tǒng)。
金屬管浮子流量計(jì)根據(jù)用戶提供的設(shè)計(jì)工況參數(shù)(如操作溫度、操作壓力、操作密度等)進(jìn)行用水或氣體流量換算、校準(zhǔn),當(dāng)現(xiàn)場工況參數(shù)與設(shè)計(jì)工況參數(shù)相同或偏離極小時(shí)方可進(jìn)行準(zhǔn)確測量。
但是現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)介質(zhì)工況參數(shù)往往偏離設(shè)計(jì)參數(shù)較大,造成儀表測量準(zhǔn)確度嚴(yán)重下降,尤其對于氣體介質(zhì),由于其操作密度受壓力、溫度影響較大,儀表測量準(zhǔn)確度下降尤其嚴(yán)重。為解決此問題,一般采取重新采購、加工儀表的措施,增加了成本,影響了正常開車生產(chǎn)。因此,如何提供一種金屬管浮子流量計(jì),適應(yīng)現(xiàn)場工藝參數(shù)偏離設(shè)計(jì)參數(shù)的情況下,保證現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)不會(huì)造成儀表測量準(zhǔn)確度下降,是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要迫切解決的技術(shù)問題。金屬管浮子流量計(jì)的溫壓補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用溫壓補(bǔ)償算法,對儀表采集到的流量信號、溫度信號、壓力信號進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償綜合計(jì)算,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測量,很大程度上解決了上述問題。
圖1 金屬管浮子流量計(jì)工作原理圖
式中:qv—工況 體 積 流 量,m3/s;α—流 量 系 數(shù);ε—可 膨 脹 性 系 數(shù);g—重 力 加 速 度,m/s2;Vf—浮子體積,m3;ρf—浮子材料密度,kg/m3;ρ—流體密度,kg/m3;Ff—浮子工作直徑處的橫截面積,m3;ΔF—流通環(huán)隙面積,m2。
2、溫壓補(bǔ)償算法:
流量計(jì)在測量氣體介質(zhì)時(shí),當(dāng)氣體溫度、壓力不穩(wěn)定,造成被測氣體工況密度變化較大時(shí),流量指示誤差增大,此時(shí)應(yīng)進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償計(jì)算,恢復(fù)儀表測量的準(zhǔn)確性。具體推導(dǎo)、計(jì)算如下:
2.1、工況體積流量:
式中:P設(shè) —設(shè)計(jì)壓力,Mpa;P實(shí) —實(shí)際 絕 對 壓 力,Mpa;T設(shè) —設(shè) 計(jì) 溫 度,K;T實(shí) —實(shí) 際 溫度,K。
2.3 標(biāo)況體積流量:推導(dǎo)過程與
2.1基本相同,得出 qNv實(shí)qNv設(shè)=ρ0設(shè)ρ0實(shí)ρ實(shí)ρ槡設(shè)=ρ0設(shè)ρ0實(shí)P實(shí) T設(shè)P槡設(shè) T實(shí)(7)如果設(shè)計(jì)與實(shí)際測量為同一氣體介質(zhì),則ρ0設(shè)=ρ0實(shí),得出
4.1、分體式結(jié)構(gòu)流量計(jì)、溫度變送器、壓力變送器單獨(dú)安裝,流量信號、溫度信號、壓力信號分別輸入 DCS或控制計(jì)算器進(jìn)行流量的溫度、壓力補(bǔ)償計(jì)算,完成流量、壓力、溫度各參數(shù)的顯示、輸出、打印等功能。此種結(jié)構(gòu)安裝靈活,特別適用于現(xiàn)場流量計(jì)的升級改造,如圖 2所示。
4. 2、一體式結(jié)構(gòu):
流量計(jì)、溫度傳感器器、壓力傳感器集成一體化設(shè)計(jì),流量信
圖2分體式溫壓補(bǔ)償型流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖
號、溫度信號、壓力信號輸入到溫壓補(bǔ)償功能設(shè)計(jì)的流量計(jì)轉(zhuǎn)換器中,進(jìn)行流量的溫度、壓力補(bǔ)償計(jì)算,完成流量、壓力、溫度各參數(shù)的顯示、輸出、打印等功能。此種結(jié)構(gòu)測量準(zhǔn)確度高,體積小,安裝方便,如圖3所示:
圖3一體式溫壓補(bǔ)償型流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖i、金屬管浮子流量計(jì)2、溫度傳感器3、壓力傳感器
金屬管浮子流量計(jì)由傳感器(包括法蘭、測量管、上導(dǎo)向器、浮子、錐管或孔板、下導(dǎo)向器、連接支架、連接螺釘?shù)?和溫壓補(bǔ)償型指示器及其內(nèi)部零部件等構(gòu)成。
5、結(jié)束語: 金屬管浮子流量計(jì)溫壓補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了溫度壓力在線實(shí)時(shí)補(bǔ)償計(jì)算,提高了流量計(jì)的測量準(zhǔn)確度,降低用戶的開車、維護(hù)成本。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,溫度、壓力傳感器結(jié)構(gòu)的微型化,一體式溫壓補(bǔ)償型流量計(jì)必然成為金屬管浮子流量計(jì)溫壓補(bǔ)償技術(shù)分發(fā)展的趨勢。在越來越重視節(jié)約能源,測量控制的社會(huì)大環(huán)境下,溫壓補(bǔ)償技術(shù)也必將得到廣泛的應(yīng)用。