流体流量及流量补偿技术概述.doc

一、流体流量补偿技术的现状与发展 1、流量测量补偿的意义流体流量的检测与控制是各行各业加强能源、物料管理，进行经济效益分析、成本核算、以及结算和决策的重要依据，也是监控生产过程使其保持安全稳定，提高效益和改善环境的重要手段。随着市场经济的发展和科学技术的进步，管理工作日益强化。特别是十一五规划纲要提出，“十一五”期末单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末降低20左右的目标和用能单位能源计量器具配备和管理通则国家强制性标准的颁布，对流量计量准确性的要求越来越高。不管采用什么种类的流量测量仪表，测量什么流体，都需要采用补偿措施，来提高测量的准确性。所谓流量补偿，就是对流量计测量值系统误差的修正。流量检测装置的系统误差，多数是由于流体性质及测量条件（如流体的成分、流量范围、温度和压力等）的变化引起的，流量计输出信号与被测流体流量之间的对应关系只能根据某一特定工况来确定，如果流量计的实际工作条件已发生变化，这时仍按原来的对应关系进行流量的测量，显然会出现误差。例如用速度式流量计检测气体或蒸汽的流量时，气体流量一般以标准体积流量表示，而蒸汽一般以质量流量表示，在流量计的流量对应关系中包括了流量测量所依据的状态折算到标准状态体积流量或质量流量的折算系数。实际工作中当流体的工况偏离流量测量所依据的状态，会引起不同程度的系统误差，甚至使流量测量数据失去意义。工况变化越大，引起流量测量系统的误差越大。所以，在需要精确测量的场合，或工况波动范围大且频繁的场合，一定要采用补偿措施。流量测量补偿技术，就是针对不同的流量计，检测不同的流体而建立的一种修正方法，因而流量补偿技术在流量计量中具有重要意义。2、流量测量补偿技术的现状与发展流量测量中，根据介质的工况，用人工计算法修正流量读数而获得实际流量，是一项烦琐而复杂的工作，而且时效性很差。五、六十年代出现的机械补偿流量计和机械式电动补偿装置，虽然为流量补偿提供了技术和方法支持，但使用有很大的局限性，而且补偿效果差，精度不高。 电动单元仪表的出现，八十年代开始应用电动单元组合仪表建立自动补偿系统，不但实现了自动连续补偿，而且检测精度也有所提高。它是通过变送器，同时检测出流体的流量、压力和温度等参数，并将其转换为相应的统一制式信号，按某种运算关系，把信号送入计算单元进行运算，输出代表准确流量的信号，经显示仪表显示出流量值，单元组合仪表具有通用性强，组成系统比较灵活等优点。但这类补偿装置使用仪表数量多，系统的累积误差大，且一套装置只能进行一个流量回路的流量补偿，使用上受到了一定的限制。随着电子器件的发展，七十年代国外出现了专用的自动补偿仪表，如日本生产的ESL系列自动补偿演算器，它代替了单元组合仪表的运算单元，只与变送器配合即可完成不同功能的补偿运算，使补偿装置简化，日本横河的STLD-301*E数字补偿器和输出频率信号的速度式流量计、热阻温度检测元件，组成温度补偿系统，用于液氨流量补偿，取得明显成效。进入八十年代，国内许多仪表生产厂家也纷纷研制各种智能流量补偿结算仪表，在工业生产中广泛推广应用。计算机的普及，极大的推动了补偿技术的发展，单板机、单片机和其它微机与变送器配合，实现流量补偿的装置真可谓日新月异。由于计算机有较强存储能力和快速运算能力，可实现多功能、多流路、高精度的补偿，使补偿装置成本下降，还能实现报表打印、参数的瞬时值及历史趋势的显示等功能，方便了对生产过程的监控，提高了管理水平。 硬件条件是补偿技术发展的重要方面，自动补偿基本理论的发展是推动补偿技术发展的基础。自动补偿技术从传统的气体、蒸汽流量的压力、温度补偿，逐步发展为对其他参数的补偿。如对气体及蒸汽的膨胀系数的修正，气体压缩系数Z的修正，孔板孔径的修正，混合气体分子量的修正及流量系数的修正，实现所谓的全参数补偿。对于难计量的饱和蒸汽、湿气等介质的计量，也通过修正提高了计量检测的精度。还有热水、蒸汽及燃料气热流量检测技术和方法的推出，使能源管理趋于合理、流量补偿数学模型的建立逐步完善。全面、系统、准确的数学模型与计算机配合，确保了流量计量的准确性。流量补偿技术的发展，一是应用微机把计量、控制与管理结合起来，向综合性集散型发展；另一方面是应用单片机与传感器组成智能仪表向分散型发展。这应根据企业生产的规模和现场实际需要，选用不同的方法或两者集合使用。二、流量单位时间内流过管道某截面流体的体积、质量，称为流体的体积流量、质量流量。流体的质量流量以M表示， 即： M=*Q (2-1)式中 -流体的密度，/m3；Q -流体的体积流量，m3/h；M -流体的质量流量，/h。流体的体积流量Q可表示为 Q=*A (2-2)式中 流体的流速，m/s；A管道的截面积，m2。气体体积流量是状态的函数，由于气体的密度随介质的温度、压力而变化。所以用体积流量表示时，必须标明状态。工程上习惯用标准状态体积流量表示，所谓标准状态，一般指在20、760mmHg条件下的气体体积，以QN表示，单位Nm3/h。在某些场合以0、760mmHg状态下的体积表示。气体介质在不同状态下，体积流量可用状态方程进行换算。Q2=Q1* p1 T2Z2/ p2 T1Z1 (2-3)式中 Q2气体在p2、T2状态下的体积流量，m3/h；p2气体在状态2下的绝对压力，MPa；T2气体在状态2下的绝对温度，K；Z2气体在p2、T2状态下的压缩系数。Q1、p1、T1、Z1为在状态1时气体各参数。式中的p1 及p2是介质的绝对压力，计算时p1 和p2的单位应一致。在某段时间间隔内，流过管道截面积流体的总和称为总量或累积流量，总量的单位以m3、吨表示。通常把测量流量（瞬时流量）的仪表称为流量计，把用来计量总量的仪表称为计量表。 单位时间通过管道某截面流体的热量称为热流量，以W表示，单位kJ/h。三、流体参数的信号表达式流体的参数主要是介质的压力、温度、差压及流量，这些参数通过相应的变送器检测，输出与待测参数有关的统一电信号。 变送器输出的信号与参数数值之间的定量关系：1、压力参数 压力的表示方法有表压力、绝对压力、负压力（真空度）三种。 表压力以p表示，变送器输出信号与表压力p的关系为 p=pm*(Ip-Id)/(Ig-Id)(3-1)式中 pm压力变送器上限，MPa Ig信号上限值mADC Id信号下限值mADCIp压力变送器输出信号 mADC其转换关系为线性，如图(3-1)所示图3-1压力变送器特性图3-2带迁移机构压力变送器特性如果压力变送器采取迁移措施，其迁移量为p d，此时压力变送器的量程范围为p d- p m，其特性如图3-2所示，压力信号表达式为p=（pm-pd）*(Ip-Id)/(Ig-Id)+pd MPa (3-2)上述条件下，压力以绝对压力P表示时，则P=p+pa=pm*(Ip-Id)/(Ig-Id)+pa MPa (3-3)P=p+pa=（pm-pd)*(Ip-Id)/(Ig-Id)+pa+pdMPa(3-4)式中p a为当地大气压，MPa检测液体压力、蒸汽的压力或采用隔离液检测气体压力时，当压力变送器的标高，高于或低于取压标高时，这段液柱位差的静压力对变送器输出有影响，应设法消除该液柱影响，方法有二。一、采用迁移方法，当介质压力为另时，调整迁移装置使变送器输出为下限信号Id；二、采用计算修正法，2、温度参数温度采用摄氏温度和绝对温度两种单位表示。设温度变送器量程范围为td-t g，信号制为Id-Ig时，则温度与变送器信号的关系可分别以(3-5)式和(3-6)式表示T=（tg-td）*(It-Id)/(Ig-Id)+td (3-5)T=（tg-td）*(It-Id)/(Ig-Id)+td+273.15K (3-6)式中It-温度变送器输出信号，mA DC 3、差压参数 差压的单位常用 Pa、 kPa 及mmH2O表示，但表达式均为p=pm(IP-Id)/(Ig-Id)(3-7)式中 p m-差压变送器测量上限IP -差压变送器输出信号，mA DC4、流量参数 流量参数表达式与变送器类型有关。对于差压式流量计，流量以差压变送器的信号表示为 Q=K(IP-Id)1/2m3/h(3-8) 式中K -系数K Qm-流量计标尺上限 Q -介质流量 IP-差压变送器输出信号，mA DC如果差压流量计带有开放器，其输出信号与流量的关系为 Q=Qm(IQ-Id)/(Ig-Id)m3/h (3-9) 式中IQ-开方器输出信号，mA DC 对于涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计及其它有线性特性关系的诸流量计 Q=Qm(I-Id)/(Ig-Id) m3/h (