摘要:著重對(duì)過熱蒸汽流量計(jì)量中溫度、壓力補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析，最后提出了一種全新的微機(jī)全參數(shù)補(bǔ)償方式。
一.引言
隨著成本意識(shí)的不斷增強(qiáng)，人們對(duì)能源計(jì)量的正確率提出了更高的要求，流量測(cè)量中的溫度、壓力補(bǔ)償逐漸被提上了議事日程。由于流量測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)提供的設(shè)計(jì)溫度、壓力與實(shí)際運(yùn)行的工作溫度、壓力有一定的差異，再加上由于工藝條件造成流體溫度、壓力波動(dòng)較大，致使測(cè)出的流量不能真實(shí)反映其工作狀態(tài)下的實(shí)際流量。絕大多數(shù)流量計(jì),只有在流體工況與設(shè)計(jì)條件一致的情況下才能保證較高的測(cè)量精度，有些流體如氣體、蒸汽，流體工況變化對(duì)測(cè)量精度的影響特別大，必須進(jìn)行補(bǔ)償。不同類別的流量測(cè)量裝置，測(cè)量不同的流體介質(zhì)，其溫度壓力補(bǔ)償公式選擇的數(shù)學(xué)模型是有差異的。因此,有必要對(duì)對(duì)流量計(jì)量中溫度、壓力補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型加以分析、研究，總結(jié)出一套全新的補(bǔ)償方式，盡可能地消除系統(tǒng)誤差，使計(jì)量精度提高到一個(gè)新的水平。
二.過熱蒸汽流量計(jì)量的補(bǔ)償
在蒸汽流量的計(jì)量上，密度雖然也是溫度、壓力的函數(shù)，但不再遵循理想氣體狀態(tài)方程，且在不同壓力、溫度區(qū)間，函數(shù)關(guān)系不同，很難用一個(gè)簡(jiǎn)單的或統(tǒng)一的函數(shù)關(guān)系式來表示。下面我們分析常用水蒸氣密度的確定方法。
1.密度的確定方法。
工業(yè)或工程上應(yīng)用的水蒸汽大多是處于剛剛脫離液態(tài)或離液態(tài)較近時(shí)的狀態(tài)，它的物理、化學(xué)性質(zhì)與理想氣體大不相同，應(yīng)視為實(shí)際氣體。水蒸氣的物理性質(zhì)較理想氣體要復(fù)雜得多，故不能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)表達(dá)加以描述，所以，在以往的工程計(jì)算中，凡涉及水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)數(shù)值,大都從相關(guān)的水蒸氣表中直接查取。
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)(或單片機(jī))已廣泛應(yīng).用于流量測(cè)量?jī)x表中，其存儲(chǔ)能力、快速計(jì)算能力為正確、快速的確定水蒸氣的密度提供了有力的手段。
1.1現(xiàn)在介紹在二次僅表中常用的水蒸氣密度的確定方法。
1.1.1查表法:把水蒸氣密度表裝入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，
根據(jù)實(shí)際工況下的溫度、壓力值，從表中直接查出相應(yīng)的密度值
1.1.2計(jì)算法:
①自己擬合公式(或者出版物給出公式)
②IFC1967公式
目前，我們采用的密度補(bǔ)償?shù)臄M合公式為:
式中:-溫度,℃;P-表壓,Mpa;
蒸汽實(shí)際工況條件為:
工作壓力變化范圍:0.1-1.1MPa
工作溫度變化范圍:160-410℃
下面，我們?nèi)√厥恻c(diǎn)對(duì)公式(1)進(jìn)行驗(yàn)證:
通過以上驗(yàn)證上算，我們目前采用的密度補(bǔ)償公式的計(jì)算誤差太大,顯然不能滿足計(jì)量?jī)x表的要求。我們流量計(jì)量絕大部分已進(jìn)入微機(jī)網(wǎng)絡(luò)，因此，理想的是采用IFC1967公式”。
1.2比較。
查表法:根據(jù)1FC1967公式”制定的數(shù)表，考慮了各個(gè)不同區(qū)域的特性,目前它是比較完整和全面的。但它數(shù)據(jù)量大，需要占用大量的內(nèi)存，應(yīng)用數(shù)表要首先判斷是飽和蒸汽還是過熱蒸汽，再查不同的數(shù)表，另外數(shù)表的變量有一定步長(zhǎng)的非連續(xù)量，對(duì)于兩點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)，需經(jīng)過數(shù)學(xué)內(nèi)插處理獲得。
應(yīng)用公式計(jì)算:不需占有大量的內(nèi)存空間，便于智能儀表應(yīng)用，至于使用哪一個(gè)公式，根據(jù)不同場(chǎng)所和不同需要，選用不同公式。采用TFC1967公式”雖然公式繁雜一些，但在壓力為0-16.65MPa范圍內(nèi)，計(jì)算的過熱蒸汽及飽和蒸汽密度值完全符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用公式只需安裝有溫度、壓力變送器，不需要判斷是飽和狀態(tài)或過熱狀態(tài)就可以正確測(cè)量。對(duì)于確定是飽和蒸汽的場(chǎng)合,只需要將公式稍做變動(dòng)，只用測(cè)溫或測(cè)壓，就可正確計(jì)算飽和蒸汽密度。
2.流量公式的確定。
在蒸汽計(jì)量中用節(jié)流元件作為傳感元件時(shí)用計(jì)算法進(jìn)行補(bǔ)償，其流量公式為:
式中:qm-質(zhì)量流量,kg/s;
e-流出系數(shù);
d-節(jié)流件開孔直徑,m;
ε-可膨脹性系數(shù);
p-被測(cè)流體密度,kg/m3;
β-節(jié)流件孔徑與直管段內(nèi)徑之比，β=d/D;
△P-差壓,Pa;
而用渦街流量計(jì)量時(shí)，它的輸出脈沖信號(hào)不受流體組分變化的影響，即僅表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與洲渦發(fā)生體及管道的尺寸有關(guān)，但是作為流量計(jì)在物料平衡及能源計(jì)量中需檢測(cè)質(zhì)量流量，這時(shí)流量的輸出信號(hào)應(yīng)同時(shí)檢測(cè)體積流量和流體密度，流體組份對(duì)流量計(jì)還是存在直接影響，其流量公式為:
式中:qv-體積流量，m3/h;
Sr-斯特勞哈爾系數(shù);
m-漩渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比;
d-漩渦發(fā)生體硬面寬度,m;
D-管道通徑,m;
f-漩渦的發(fā)生頻率，Hz/s;
qm=pq、4)
式中:qv-體積流量;m3/h;
qm-質(zhì)量流量,Kg/s;
p-被測(cè)流體密度,kg/m3;
由流量公式(2).(4)可知，流量與密度的關(guān)系分別與C和p成正比,如果用錯(cuò)將造成很大的計(jì)算誤差，同時(shí)，溫度(℃)與熱力學(xué)溫度(K)的代入也應(yīng)正確處理。
考慮上述原因，有必要對(duì)補(bǔ)償軟件和智能流量計(jì)算儀進(jìn)行測(cè)試和校準(zhǔn)。方法為:由LG節(jié)流裝置設(shè)計(jì)及管理軟件》計(jì)算出對(duì)應(yīng)點(diǎn)補(bǔ)償流量的理論值，再對(duì)流量計(jì)輸入相同工沉參數(shù)得到相應(yīng)的顯示值，這時(shí)將流量計(jì)的顯示.值與理論值進(jìn)行比較即可達(dá)到校準(zhǔn)的目的。歷來流量校.準(zhǔn)與設(shè)備和流量?jī)x表兩大主題是研究的中心，流量?jī)x表標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程是流量正確計(jì)量的保證，針對(duì)目前國(guó)內(nèi)智能流量演算器和相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件的現(xiàn)狀，建立國(guó)家有關(guān)部門應(yīng)出臺(tái)一部相應(yīng)的檢定校準(zhǔn)規(guī)程，以便于技術(shù)監(jiān)督和管理。
三微機(jī)的全參數(shù)補(bǔ)償
根據(jù)
對(duì)氣體介質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，在低壓范圍內(nèi)，可以利用理想氣體狀態(tài)方程來進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償。但在高壓時(shí)，則必須考慮氣體壓縮系數(shù)的影響。對(duì)于過熱蒸氣,必須作實(shí)際氣體處理。對(duì)于大部分氣體,在低壓區(qū)(如小于1MPa)的壓縮系數(shù)都接近于1。在該區(qū)域內(nèi),只要溫度不是太低，即使不對(duì)壓縮系數(shù)進(jìn)行修正，也不會(huì)引起明顯的誤差，完全可以滿足工程上的要求。但在高壓區(qū)，則必須考慮壓縮系數(shù)的影響，否則將會(huì)造成明顯的誤差。像常規(guī)方法那樣將K看成常數(shù)，將會(huì)造成不可忽視的測(cè)量誤差。分析計(jì)算表明，當(dāng)溫度和壓力在設(shè)計(jì)值T.和p.的基礎(chǔ)上變化20%，ReD變化60%時(shí)，如果我們只補(bǔ)償密度變化的影響，那么，即使密度變化可能引入的誤差為零，即認(rèn)為已實(shí)現(xiàn)了對(duì)密度的完全補(bǔ)償，其它各余留參數(shù)變化累加后的最大誤差仍可達(dá)6%左右。其中,ε引入的誤差最為明顯。對(duì)于常規(guī)儀表來說,這些余留誤差沒有可能得到補(bǔ)償。而對(duì)于微機(jī)補(bǔ)償系統(tǒng)來說，補(bǔ)償這些余留參數(shù)的變化已成為可能。所以，一般來說，微機(jī)補(bǔ)償系統(tǒng)除補(bǔ)償密度外,還應(yīng)考慮整個(gè)補(bǔ)償方程中其它參數(shù)變化的補(bǔ)償問題,即全參數(shù)補(bǔ)償。
四結(jié)語
總而言之，選擇合適的溫度、壓力補(bǔ)償公式，就必須全面地了解流量測(cè)量的方式。在測(cè)量介質(zhì)，測(cè)量裝置，流體工況，流量單位均不同的場(chǎng)合，采用正確的溫度、壓力補(bǔ)償方式，才能獲得正確的流量。此外，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也堪稱檢測(cè)技術(shù)中的一場(chǎng)革命，它使各類過程參數(shù)的檢測(cè)由常規(guī)儀表時(shí)代進(jìn)入了計(jì)算機(jī)時(shí)代，同時(shí)也使企業(yè)綜合自動(dòng)化和生產(chǎn)過程控制得以實(shí)現(xiàn)，是今后檢測(cè)與控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
以上內(nèi)容源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)聯(lián)系即刪除!
