流量压力、温度补偿探析

　　在流量计量领域中,压力和温度是影响计量准确度的重要参数.我们在测量流体流量的同时测量流体的温度和压力,然后利用流体密度P与温度t、压力p的关系求出该温度、压力状态下的流体密度p,再用流体体积流量乘以p得到流体的质量流量值,这种测量方法称之为补偿式质量流量测量方法,目前应用仍较为广泛.本文就此展开探讨和分析.

　　一、测量原理

　　流体的密度ρ是流体温度t和压力p的函数,是流体组份中主要参数之一。当流体压力、温度变化时,就会引起密度的变化,尤其是当被测介质是气体时,温度、压力对密度的影响就会更大。为了能准确地求出流体的质量流量,就必须同时测量流体的密度。通常测量流体的温度和压力要比测量介质密度ρ更易实现,特别是高温高压下,目前还很难直接测量出流体的密度。必须根据密度ρ与压力p、温度t的关系,ρ=f(t,p)进行工艺处理,则利用参数p、t来代替ρ的变化量进行补偿。

　　以容积式、速变式等流量仪表为例,测量流量qv为流体的体积流量,其质量流量的表达式为:qm=ρqv……(1)。由于准确测量密度ρ有困难,采用固定密度值ρ0来代替ρ,所以,qm0=ρ0qv……(2)。式中,ρ0为设计参数T0、P0状态下的密度。由此式可知计算质量流量只能在设计参数下得到准确的质量流量值。当P、T偏离设计参数时,由于密度ρ的变化,那么(2)式的结果将会产生误差。因此准确的表达式应为qm=ρ0qv=称为补偿系数,它是温度、压力的函数.

　　对流体而言主要是两类介质,一是液体介质,二是气体介质。两种不同的介质,侧重也有所不同。对液体介质进行补偿时,若工作压力不大,测量准确度要求不很高,则可认为是不可压缩介质,忽略压力引起的密度变化,而仅考虑温度引起的影响,当温度变化范围较小时,可认为密度与温度T之间是线性关系;当温度变化范围较大时,应考虑密度与温度之间是非线性关系。对气体介质进行补偿时,在低压范围内,可以利用理想气态方程进行温度、压力补偿,但在高压时,则必须考虑气体压缩系数的变化影响。因各种被测量流体的性质不同,测量要求准确度不同,应采用不同的密度补偿表达式,由于补偿系数的繁简程度和流量计本身结构的不同,所以补偿方式也是多种多样的。

　　二、气体密度的温度、压力补偿

　　通常所说的气体是指物理性质接近理想气体的气体,它的密度ρ随压力和温度变化,基本满足理想气体状态方程,密度ρ与工作压力p成正比,与热力学温度T成反比。

　　,R为理想气体常数,Z为气体的压缩性系数。

　　由此可知只要知道了被测气体的气体常数R和某一基准状态下(P0、T0)的气体密度ρ0及压缩性系数,即可通过状态方程求得任一状态(P,T)时的气体密度ρ: