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气体测量中的温压补偿应用

2016-09-26 09:40:38

[导读] 气体流量常用气体体积流量来表征。气体体积流量是指单位时间内流经管道的气体体积量。众所周知,气体体积是随温度和压力的变化而变化的,所以气体的体积流量随工艺操作温度和压力的不同而不同。

一、引言:

气体流量常用气体体积流量来表征。气体体积流量是指单位时间内流经管道的气体体积量。众所周知,气体体积是随温度和压力的变化而变化的,所以气体的体积流量随工艺操作温度和压力的不同而不同。生产过程中,操作温度及压力常常发生变化,因而不同操作状态下的体积流量大小没有可比性。为此,实际生产过程中,常用设计工况下的体积流量或标准状态(基准状态)下的体积流量来表征。所谓气体流量测量的温度及压力补偿,其作用之一就是将操作状态下的体积流量换算成设计状态或标准状态的体积流量。由于流量计是按设计状态工艺条件进行设计制造或标定的,因此当操作工况偏离设计工况时,流量测量将产生偏差。气体体积流量的温度和压力补偿的另一个作用,就是修正由于流量计工作条件偏离设计工艺条件所带来的测量误差。

就是由于气体的可压缩性,决定了它的流量测量比液体复杂。气体流量计量与被测气体的密度密切相关,而气体的密度又和温度、压力相关。所以,气体的流量测量必须经过温压补偿,才能准确的反应被测气体的流量数值。大部分气体,可近似地视为理想气体,其密度可用理想气体状态方程来表示。有的气体,如水蒸气,有别于理想气体,其密度不宜简单地用理想气体状态方程来表示。

目前,气体的测量主流仪表有孔板和涡街,贸易计量采用质量流量计。质量流量计计量准确,不存在温压补偿问题,但价格昂贵,在气体测量中使用不多。本文主要介绍孔板和涡街的温压补偿

二、孔板测量理想气体的温压补偿

2.1理想气体方程

理想气体状态方程(又称理想气体定律、普适气体定律)是描述理想气体在处于平衡态时,压强、体积、物质的量、温度间关系的状态方程。它建立在玻意耳-马略特定律、查理定律、盖-吕萨克定律等经验定律上.

pV=nRT

若取标准状态(P0=1.01325*105、T0=273.15K)下的1摩尔(mol)理想气体,由阿伏伽德罗(Avogadro)定律知,气体的摩尔体积为22.4L/mol。因而,此时常数C取特定值,用R表示

R值称为普适气体常量(uNIversalgasconstant)。

2.2理想气体温压补偿公式推导

流量节流装置的国家标准GB/T2624-93中对标准状态下差压气体流量计的示值修正,在气体温度和压力改变时给出了气体体积流量计量的补正公式:

式中,qv为气体体积流量;p为气体压力;T为气体温度,Z为气体压缩系数;ε为流束膨胀系数。

2.3孔板测气体温压补偿公式的推导

被测介质的工作状态(温度、压力、粘度)参数和设计值有所变化时,测量值和实际流量就存在误差。因此,必须对流量进行在线修正,才能反应出真实的流量来。即同一质量的气体,在不同的压力和温度下体积是不同的,所以计算气体时都以标准状态下的温度t=0℃,压力P=101.33KPaabs时的体积状态下来计算。在计算孔板时,操作状态下和标准状态下的体积换算公式为:

Q为操作状态下的的体积流量;

Q0为标准状态下的体积流量

T为操作温度

T0为标准温度

P为操作压力

P0为标准压力

Z为压缩系数,5MPa以下气体近似为1,所以一般可以忽略。

操作状态下的气体密度和标准状态下的气体密度换算公式为:

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