金屬管浮子流量計具有溫壓補(bǔ)償功能的必要性

上海自儀公司隨著能源短缺的不斷加劇和科技水平的逐步提高，工業(yè)生產(chǎn)中對流量測量，特別是氣體和蒸汽測量精度要求也越來越高。氣體和蒸汽具有可壓縮性，其流量與測量溫度和壓力均相關(guān)。

若標(biāo)定時氣體（或蒸汽）的溫度為 T0，壓力為 P0，標(biāo)定流量為 Q0；當(dāng)前測量條件：溫度為 T1，壓力為 P1。由理想氣體狀態(tài)方程得到，此時的工況流量 Q1：

Q1=P1T0/P0T1Q0 （2-1）

其中 Q0為標(biāo)定流量，P1為當(dāng)前壓力，P0為標(biāo)定壓力，T1為當(dāng)前溫度，T0為標(biāo)定溫度。

若 T1= T0，P1= 1.03P0，則當(dāng)前工況流量 Q1比 Q0大 3%，即測量誤差為 3%（一般儀表的精度都優(yōu)于 3%）。所以，當(dāng)測量介質(zhì)為氣體或蒸汽時，若測量條件（主要指溫度壓力條件）改變，就無法保證該儀表的測量精度，因此對高精度氣體和蒸汽流量的計量需要添加在線溫壓補(bǔ)償環(huán)節(jié)。

目前能夠?qū)崿F(xiàn)對氣體和蒸汽計量的流量計很多，主要有渦街流量計，金屬管浮子流量計，渦輪流量計，孔板流量計等，然而在這些流量檢測儀表中，除了渦街流量計以外，其余基本不具有在線溫壓補(bǔ)償功能。 金屬管浮子流量計因其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、穩(wěn)定性高、對儀表前后直管段要求不高、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，使其成為工業(yè)自動化過程控制中非常常用的流量測量儀表之一。然而受多方面因素的影響，目前在線溫壓補(bǔ)償功能金屬管浮子流量計的研究仍處于初始階段。

本章主要介紹金屬管浮子流量計在線溫壓補(bǔ)償模塊的研究與設(shè)計。首先，分析金屬管浮子流量計的刻度換算方法；然后分析金屬管浮子流量計的在線溫壓補(bǔ)償功能的設(shè)計要領(lǐng)。

2.2 金屬管浮子流量計的刻度換算

金屬管浮子流量計的刻度換算問題，實(shí)際上就是要確定浮子處于同一高度 h 時不同流體介質(zhì)所反映的流量。

（1）蒸汽流量的刻度換算

流量計用于測量蒸汽時，制造廠是用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（溫度 T0=20 ℃，壓力P0=101325Pa）下清潔的水作為標(biāo)定介質(zhì)來進(jìn)

行標(biāo)定的。通過測量蒸汽的溫度和壓力，來確定其是飽和蒸汽還是過熱蒸汽，然后通過查過熱蒸汽表或飽和蒸汽表，確定當(dāng)前狀態(tài)下，測量介質(zhì)的密度。然后通過下面的論述實(shí)現(xiàn)蒸汽流量刻度的變換。

設(shè)ρ0 、0q 和0α 分別表示金屬管浮子流量計標(biāo)定介質(zhì)的密度、體積流量及流量系數(shù)；

而 ρ 、vq 和α 分別表示使用時蒸汽的密度、體積流量及流量系數(shù)，則根據(jù)式（1-2）可得式中：Df 是浮子非常大直徑，m；A

f 是浮子迎流面積，m2；V

f 是浮子體積，m3；

? 為孔板的錐角，°；fρ 是浮子密度，m3，h 為浮子的高度位置，m。

比較上述兩式，可得出vq 與q0之間關(guān)系為

流量系數(shù)α 是一個與雷諾數(shù) Re 和流量計結(jié)構(gòu)相關(guān)的系數(shù)。當(dāng)蒸汽的粘度與標(biāo)定介質(zhì)的粘度相差不大時，可以不考慮α的影響，認(rèn)為α =α 0，所以式（2-3）可以改寫為上述公式也適合液體介質(zhì)。若被測介質(zhì)的粘度變化太大，流量系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化也較大時，則應(yīng)考慮對粘度的修正或進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定。

（2）氣體流量的刻度換算

流量計用于測量氣體時，制造廠是用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（溫度 T0=20 ℃，壓力P0=101325Pa）下空氣作為標(biāo)定介質(zhì)來進(jìn)行標(biāo)定的。如果被測氣體的密度與空氣的密度不同時，應(yīng)對其進(jìn)行刻度換算。 對于氣體來說，由于浮子的密度一般要比流體介質(zhì)的密度大得多，因此可以認(rèn)為fρ ?ρ =fρ0 ?ρ ，根據(jù)式（2-4），測量氣體時流量換算公式可以寫為式中ρ0 為標(biāo)定介質(zhì)標(biāo)定時的密度，kg/m3；ρ 為被測介質(zhì)在使用狀態(tài)（P，T）下的密度，kg/m3；vq 為使用狀態(tài)的流量，m3/h；用金屬管浮子流量計測量干燥空氣流量時，由于介質(zhì)沒有變化，只考慮狀態(tài)的修正。

上海自儀公司使用壓力不太高時，認(rèn)為空氣的壓縮系數(shù)為 1，根據(jù) ρ =P/RT 的氣體的刻度換算公式為用金屬管浮子流量計測量非空氣介質(zhì)時，可直接使用時（2-5）計算，要注意 ρ 為被測介質(zhì)在使用狀態(tài)下的密度。也可以將被測介質(zhì)密度和所處狀態(tài)分開修正，在被測介質(zhì)壓力不大高時，認(rèn)為被測介質(zhì)的壓縮系數(shù)為 1，根據(jù) ρ =P/RT 的氣體的刻度換算公式為式中ρ01 為使用氣體在刻度狀態(tài)下而非使用狀態(tài)下的密度，kg/m3；ρ 為被測介質(zhì)在使用狀態(tài)（P，T）下的密度，kg/m3；T 和 T0為熱力學(xué)溫度，K； p 為絕對壓力。