隨著成本意識的不斷增強(qiáng)，人們對能源計量的準(zhǔn)確性提出了更高的要求[1、2]，而對于流量測量中的溫度、壓力補(bǔ)償問題也進(jìn)一步重視[3]。由于流量測量裝置的設(shè)計溫度、壓力與實際運行的工作溫度、壓力有一定的差異，或者由于工藝條件造成流體溫度、壓力波動較大，致使測出的流量不能真實反映其工作狀態(tài)下的實際流量。絕大多數(shù)流量計只有在流體工況與設(shè)計條件一致的情況下才能保證較高的測量精度[4]，例如氣體隨著溫度、壓力的變化對測量精度的影響特別大[5]，必須進(jìn)行溫壓補(bǔ)償[6]。而不同類別的流量測量裝置，測量不同的流體介質(zhì)，其溫度、壓力的補(bǔ)償方式及在二次儀表中的數(shù)學(xué)模型是有差異的。下面以威力巴流量計為例，對其在不同介質(zhì)、不同工況下的溫壓補(bǔ)償方式和不同的溫壓補(bǔ)償方式在二次儀表中的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。

2 威力巴流量計測量原理

威力巴流量計采用一種差壓式的流量探頭，其計算模型和其他差壓式流量計(如孔板流量計[7～8])的數(shù)學(xué)模型相同。的工作原理見圖1。其計算模型為：

式中qm——質(zhì)量流量，kg/h

K——流量常量

ρ——介質(zhì)工況密度，kg/m3

△p——探頭前后的差壓(即圖1中高壓區(qū)與低壓區(qū)的差壓)，kPa

△p的準(zhǔn)確測量不應(yīng)只限選用一臺高精度的差壓變送器，實際上壓力變送器能否接收到真實的差壓還取決于一系列因素，其中探頭的正確選型及探頭、引壓管的正確安裝和使用，都是保證獲得真實差壓值的關(guān)鍵。

這些影響因素很多是難以定量確定的，只有在選型、安裝和使用上加強(qiáng)準(zhǔn)確性和規(guī)范化。從計算模型中還可以看出，ρ在方程中同△p處于同等地位，當(dāng)追求差壓變送器高精度等級時，絕不要忽視ρ的測量精度與△p相匹配，否則△p精度的提高將會被ρ的精度的降低所抵消。介質(zhì)密度ρ一般難以直接測得，通常是通過溫度、壓力、組成計算求得。

3 溫壓補(bǔ)償方式及數(shù)學(xué)模型

本文結(jié)合威力巴流量計計算軟件來說明對于各種狀態(tài)介質(zhì)ρ的正確補(bǔ)償[2]及溫壓補(bǔ)償在二次儀表中的數(shù)學(xué)模型。目前在流量計量的二次儀表中，規(guī)模比較大的項目一般選用分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System，簡稱DCS)或可編程邏輯控制系統(tǒng)(Programmed Logic Control，簡稱PLC)，而規(guī)模比較小的項目一般選用流量積算儀、無紙記錄儀等二次儀表。本文以DCS系統(tǒng)和流量積算儀為例進(jìn)行說明。

3.1 氣體測量

威力巴流量計在氣體測量中常用差壓計算標(biāo)準(zhǔn)狀況(0℃，101.32kPa，以下簡稱標(biāo)況)體積流量。對氣體而言，由于密度受壓力影響比較大，一般在溫度變化不大，壓力波動比較大的場所，只進(jìn)行壓力補(bǔ)償就可以；但在溫度、壓力變化都比較大的場所，要同時進(jìn)行溫壓補(bǔ)償才能使得測量準(zhǔn)確。下面對二次儀表進(jìn)行壓力補(bǔ)償和溫壓補(bǔ)償?shù)那闆r分別加以說明。

某測點介質(zhì)為空氣，管徑規(guī)格為Φ219×6，操作壓力為5kPa，操作溫度為20℃，刻度流量(最大流量，標(biāo)況)為3000m3/h，標(biāo)況密度為1.293kg/m3，當(dāng)?shù)卮髿饨^對壓力為100kPa。

由威力巴流量計計算軟件可知，差壓上限為0.74377kPa，該數(shù)據(jù)為差壓變送器使用范圍的最大值。

由于測點中空氣的操作壓力為5kPa，可設(shè)定其壓力補(bǔ)償范圍為0～25kPa；操作溫度為20℃，可設(shè)定其溫度補(bǔ)償范圍為0～50℃。

3.1.1 DCS系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

從威力巴流量計算軟件中得知計算公式為

式中qV——標(biāo)況體積流量，m3/h

C——流量常量

pa——探頭之前工作狀態(tài)絕對壓力(即圖1中高壓區(qū)的絕對壓力)，kPa

T——工作狀態(tài)下溫度，K

Z——工作狀態(tài)下該氣體的壓縮因子

將測點中的參數(shù)代入威力巴流量計計算軟件可得，該測點中C=5812.354，Z=1。將數(shù)據(jù)C=5812.354，Z=1代入式(2)，則DCS系統(tǒng)中流量計算公式為：

① 只進(jìn)行壓力補(bǔ)償

將溫度(20℃)換算成熱力學(xué)溫度(293.15K)代入式(3)，流量公式為：

式中pg——工作狀態(tài)下的相對壓力(即圖1中高壓區(qū)的相對壓力)，kPa

② 同時進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償

若同時進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償，則公式(3)變?yōu)椋?/span>

式中t——工作狀態(tài)下的溫度，℃

3.1.2流量積算儀的數(shù)學(xué)模型

① 只進(jìn)行壓力補(bǔ)償

選擇積算儀計算模型：

式中ρn——介質(zhì)標(biāo)況密度，kg/m3

A1、A2——介質(zhì)密度系數(shù)，無量綱

氣體壓力和密度的關(guān)系在一定的范圍內(nèi)基本上是線性關(guān)系：

A1+A2pg=℃ (7)

因此，只要取兩組壓力和密度的對應(yīng)關(guān)系，將式(8)、(9)組成一個二元一次方程組，就可求出A1、A2值。

A1+A2pg,1=ρ1 (8)

A1+A2pg,2=ρ2 (9)

查表得知空氣在20℃、0kPa時密度為1.189kg/m3；在20℃、25kPa時密度為1.486kg/m3。將這些數(shù)據(jù)代入式(8)、(9)組成的方程組，解得A1=1.189，A2=0.0119。

根據(jù)式(6)可知：

將數(shù)據(jù)qV=3000m3/h，ρn=1.293kg/m3，A1=1.189，A2=0.0119，pg=5kPa，△p=0.7437 kPa代入式(10)，可求得：K=4025.5293。

② 同時進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償

選擇積算儀計算模型：

式中Tn——標(biāo)況溫度，K，取273.15K

p0——當(dāng)?shù)卮髿饨^對壓力，kPa

pn——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，kPa，取101.32kPa

根據(jù)式(11)可知：

將數(shù)據(jù)qV=3000m3/h，ρn=1.293kg/m3，L=273.15K，pg=5kPa，p0=100kPa，pn=101.32kPa，t=20℃，△p=0.74377kPa代入式(12)，可求得：K=4025.3021。

3.2 過熱蒸汽測量

由于過熱蒸汽密度受溫度、壓力影響較大，因此對過熱蒸汽的密度，要同時進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償才能使得流量測量準(zhǔn)確。

某測點介質(zhì)為過熱蒸汽，管徑規(guī)格為Φ219×6，操作壓力為200kPa，操作溫度為150℃，刻度流量(最大流量)為10000kg/h，當(dāng)?shù)卮髿饨^對壓力為100kPa。

通過威力巴流量計計算軟件可知，差壓上限為3.92113kPa，該數(shù)據(jù)為差壓變送器使用范圍的最大值。

由于測點中過熱蒸汽的操作壓力為200kPa，可設(shè)定其壓力補(bǔ)償范圍為0～400kPa；操作溫度為150℃，可設(shè)定其溫度補(bǔ)償范圍為0～300℃。

最先進(jìn)的差壓式流量測量技術(shù)

TC-WLB威力巴采用了完全符合空氣動力學(xué)原理的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計，是一種在精度、功效及可靠方面達(dá)到了無比卓越程度的傳感元件。

1、用途
適用于氣體、液體和蒸汽的高精度流量測量。威力巴是一種差壓式、速率平均式流量傳感器，通過傳感器在流體中所產(chǎn)生的差壓進(jìn)行流量測量。威力巴反映流體真實的流速，其精度達(dá)到± 1.0%，重復(fù)性達(dá)± 0.1%。威力巴的突出優(yōu)點是：輸出一個非常穩(wěn)定、無脈動的差壓信號

2 、探頭的設(shè)計特點
子彈頭截面形狀的探頭能產(chǎn)生精確的壓力分布，固定的流體分離點；位于探頭側(cè)后兩邊、流體分離點之前的低壓取壓孔，可以生成穩(wěn)定的差壓信號，并且有效防堵。內(nèi)部一體化結(jié)構(gòu)能避免信號滲漏，提高探頭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，保持長期高精度。

3.威力巴探頭防堵塞設(shè)計威力巴流量探頭以其卓越的防堵設(shè)計，徹底擺脫了阿牛巴等插入式流量探頭易堵塞的弊端，使均速管流量探頭的防堵水平達(dá)到了空前的高度。

探頭高壓取壓孔不會被堵探頭的前部形成高壓區(qū)，壓力略高于管道靜壓，阻止了顆粒進(jìn)入。請注意：在探頭的高壓取壓孔處流體的速度是零，沒有物體會進(jìn)入取壓孔。開機(jī)時，流體在管道靜壓作用下，進(jìn)入彎管，很快形成了壓力平衡的狀態(tài)。當(dāng)壓力平衡狀態(tài)形成以后，流體在彎管進(jìn)口處遇到高壓，繞道而行，不再進(jìn)入彎管中。

威力巴的低壓孔實現(xiàn)本質(zhì)防堵一般情況下，灰塵、沙子和顆粒在渦街力的作用下，集中在探頭的后部。這就是為什么秋天的樹葉總是集中在背風(fēng)的房子后面的原因。其它的探頭由于低壓取壓孔取在探頭尾部真空區(qū)，在渦街力的作用下，探頭的低壓取壓孔很快地被渦流帶來的雜質(zhì)堵死。威力巴的獨特設(shè)計，使低壓取壓孔位于探頭側(cè)后兩邊，流體分離點和尾跡區(qū)的前部。這種設(shè)計從本質(zhì)上防止了堵塞并且能產(chǎn)生一個非常穩(wěn)定的低壓信號。

4.探頭的優(yōu)點
● 可測量多種介質(zhì)，應(yīng)用范圍廣泛
● 精度高、量程比大
● 探頭取壓孔本質(zhì)防堵
● 測量信號穩(wěn)定、波動小
● 管道永久壓損低
● 獨有高強(qiáng)度的子彈頭形單片雙腔結(jié)構(gòu)
● 安裝費用低，基本免維護(hù)
● 可以在線安裝和檢修

5.TC-WLB威力巴均速管流量傳感器的特點
● 穩(wěn)定的信號
威力巴的低壓取壓孔位于探頭側(cè)后兩邊、流體與探頭分離點之間，遠(yuǎn)離渦流波動區(qū)域。
● 卓越的長期高精度
威力巴能夠保證精度的長期穩(wěn)定，這是因為：
⑴. 它不受磨損、污垢和油污的影響。
⑵. 結(jié)構(gòu)上沒有可移動部件。
⑶. 設(shè)計上排除了堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。在探頭前部，高靜壓區(qū)圍繞著探頭，使高壓取壓孔不會被堵塞。最重要的是，低壓孔取在探頭側(cè)后兩邊，流體從表面斜掠而過，保護(hù)了低壓孔不會被掠動，而其它的探頭容易堵塞，因為它們的低壓取壓孔在雜質(zhì)聚集的低壓波動區(qū)域。

● 最低的安裝費用
⑴. 只需要進(jìn)行幾英寸的線條焊接，完成安裝是非常簡單和快捷的。
⑵. 應(yīng)用專用工具，可以實現(xiàn)帶壓在線安裝。
⑶. 全部的閥和各種儀器的接口只需進(jìn)行簡單的裝配，需要非常低的裝配費用。

● 非常低的運行費用
⑴.它是一種非收縮節(jié)流的設(shè)計，作為一種插入式流量探頭，威力巴的運行費用是最低的。
⑵.威力巴只產(chǎn)生非常低的永久性壓力損耗，典型的少于0.7KPa
⑶. 一個孔板元件所產(chǎn)生的永久性壓力損耗超過14KPa
⑷.與孔板比較，威力巴的能量損耗降低了95%。

● 連續(xù)工作的威力巴從根本上杜絕了堵的可能，但是在以下情況下，威力巴仍要注意防堵：
⑴. 當(dāng)引壓管泄漏，探頭高壓平衡區(qū)遭到破壞，雜質(zhì)中直徑較小的顆粒就有可能進(jìn)入取
壓孔。
⑵. 當(dāng)管道處于停產(chǎn)時，由于分子的布朗運動，顆粒小的雜質(zhì)有可能進(jìn)入取壓孔。
⑶. 系統(tǒng)頻繁開停機(jī)，在高壓區(qū)形成的瞬間，顆粒小的雜質(zhì)有可能進(jìn)入取壓孔，日積月累，就有可能造成探頭的堵塞。
⑷. 介質(zhì)中含有大量的焦油、藻類生物，或者含有纖維狀的物質(zhì)，也有可能造成探頭的堵塞。

6 、應(yīng)用新技術(shù)
獨創(chuàng)的設(shè)計帶閥門的接頭威力巴...全新的設(shè)計理念提供一個全新的概念，在儀器的接頭處內(nèi)置儀表截止閥
1 . 使安裝和維護(hù)更加簡單。
2 . 減少裝配部件的數(shù)量，使硬件連接
成本降低。

快捷的安裝系統(tǒng)
快捷插入和拔出
● 密封驅(qū)動系統(tǒng)能夠避免損壞元件
● 能夠分別應(yīng)用于多個探頭的安裝
全部安裝不超過1 小時

二、威力巴流量計主要技術(shù)指標(biāo)

1、TC-WLB測量系統(tǒng)性能指標(biāo)
測量精度：± 1% 重復(fù)精度：± 0.1%
適用壓力：0～40MPa 適用溫度：－ 180℃～＋ 550℃
測量上限：取決于探頭強(qiáng)度測量下限：取決于測量最小差壓要求
量程比：大于10∶1
適用管徑：38mm～9,000mm 圓管、方管
適用介質(zhì)：滿管、單向流動的、單向的氣體、蒸汽和粘度不大于1 0 厘泊的液體
威力巴的使用范圍及其廣泛，它大量用于各種氣體、液體和蒸
汽的測量，以下為典型應(yīng)用介質(zhì)。

氣體/液體/蒸汽
天然氣/冷卻水/飽和蒸汽
壓縮空氣/鍋爐水/過熱蒸汽
燃?xì)?除鹽水
氣體碳?xì)浠衔?液體碳?xì)浠衔?br />熱空氣/低溫液體
發(fā)生爐氣體/導(dǎo)熱液體

三、威力巴流量計工作原理簡介

當(dāng)流體流過探頭時，在其前部產(chǎn)生一個高壓分布區(qū)，高壓分布區(qū)的壓力略高于管道的靜壓。根據(jù)伯努利方程原理，流體流過探頭時速度加快，在探頭后部產(chǎn)生一個低壓分布區(qū)，低壓分布區(qū)的壓力略低于管道的靜壓。流體從探頭流過后在探頭后部產(chǎn)生部分真空，并在探頭的兩側(cè)出現(xiàn)旋渦。均速流量探頭的截面形狀、表面粗糙狀況和低壓取壓孔的位置是決定探頭性能的關(guān)鍵因素。低壓信號的穩(wěn)定和準(zhǔn)確對均速探頭的精度和性能起決定性作用。威力巴均速流量探頭能精確地檢測到由流體的平均速度所產(chǎn)生的平均差壓。威力巴均速流量探頭在高、低壓區(qū)有按一定準(zhǔn)則排布的多對取壓孔，使準(zhǔn)確測平均流速成為可能.

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