管道煤气热式质量流量计研制及标定技术分析

    管道煤气流量计量的主要困难在于现有的计量仪表存在着下限以下流量测量精度差或无法计量,从而引起小流量漏计问题.这是因为一些用于管道煤气测量的工业流 量计,由于其自身在工业中更多的应用是在流程工业中,而流程工业中的流量都有一个变化的范围.例如一个差压式流量计(如弯管、内文丘里管、阿牛巴流量计 等)一般可测流量的上、下限比值仅为3∶1,在下限以下的流量不能准确计量或不能实现计量^[1].用来测量煤气流量比较成熟的仪表还有孔板流量计,这种流量计是国际上惟一不用实流定标^[2],可以通过计算实现煤气流量计量的仪表,而且我国也根据国际标准结合我国的情况制定了自己的国家标准.不必实流标定给推广带来了极大的方便,但要求使用时要严格符合标准规定,偏离标准要进行修正^[3].不可知的偏离和安装使用中存在的问题,将会带来很大的不确定性.另外一个问题就是孔板流量计的量程范围,按标准规定只允许使用在3:1的量程范围内,这又给测量流量变化范围较大的管线煤气带来困难^[4].目 前涡街流量计也用于管道煤气的测量,但涡街流量计对流速要求较严格,必须保证6 m/s以上,低于6 m/s时仪表的准确度无法确定,或者不指示流量,漏计现象更加明显[1].近几年,在液体测量上早已成熟应用的超声波流量计,由于解决了换能器发射和接收 效率较低的技术难题,在管道煤气计量中得到了一些应用^[5].热式气体质量流量计作为测量和控制气体质量流量的新型仪表,在石油、化工、冶金、电力等工业部门的煤气、天然气、预热空气和烟道气的监测中时有应用,但性价比高^[6].虽然热式气体质量流量计在工业管道煤气测量方面确有其他流量计不具备的优点,但在国内应用并不十分普遍.另外,该种流量计目前在国内还不能批量生产,多为国外生产^[7]、国内引进经销产品,如E+H公司引进的美国SIERRA公司的产品^[8].本文针对这一情况,根据传热学中的有关理论^[9],基于恒温式热线测速仪的有关原理^[10],开发研制了用于管道煤气测量的热式质量流量计,建立了这种流量计的实流标定装置.在这种流量计的标定过程中,针对管道煤气温度不同导致的煤气导热系数变化严重而影响标定结果等问题,提出了一种补偿方法.

    1　热式气体质量流量计测量原理

    热式气体质量流量计是根据热线测速仪的有关原理^[11],基于插入流体中的加热元件与流动的流体(气体)之间的对流换热原理构成的.由传热学原理结合传感器的结构型式,可推导出该流量计的换热方程式为