0引言
氣體轉(zhuǎn)子流量計溫度壓力補(bǔ)正公式由流量的基本公式與流量狀態(tài)的換算公式及理想氣體狀態(tài)議程推導(dǎo)而來。根據(jù)所計量氣體流量的狀態(tài)(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)或工作狀態(tài))不同,其溫度壓力補(bǔ)正系數(shù)也不相同,互為倒數(shù)關(guān)系。
目前在對氣體轉(zhuǎn)子流量計計量和使用過程中,對溫度壓力補(bǔ)正存著認(rèn)識上的差異,從而在實際工作中經(jīng)常碰到過一些因認(rèn)識上的差異而導(dǎo)致一些不必要的錯誤,以及時常走彎路的現(xiàn)象,現(xiàn)將對這一問題的認(rèn)識與體會提出來以供大家商榷。
1問題的提出
大家都知道氣體轉(zhuǎn)子流量計的刻度流量為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量(即流量計的氣體絕對壓力在101325Pa和流量計的氣體溫度在20.0℃時的流量),而我們在實際的檢定工作中,由于溫度和壓力都是可變量。因而在檢定或使用過程中溫度和壓力不可能與氣體轉(zhuǎn)子流量計的刻度狀態(tài)保持一致。根據(jù)氣體狀態(tài)方程可知,我們在檢定氣體轉(zhuǎn)子流量計時就必須對其溫度和壓力進(jìn)行補(bǔ)正。根據(jù)國家檢定規(guī)程JG 257中對檢定氣體轉(zhuǎn)子流量計的示值修正在氣體溫度和壓力改變時給出了氣體轉(zhuǎn)子流量計的補(bǔ)正公式為:
式中: qv為轉(zhuǎn)子流量計在刻度狀態(tài)下的實際流量; Vs為排出(流入)裝置內(nèi)的氣體體積;T為排出(流入)的時間; pn, ps, pm分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,裝置內(nèi)和流量計前的氣體絕對壓力, pn= 101325Pa; Tn, Ts, Tm分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,裝置內(nèi)和流量計前的氣體熱力學(xué)溫度, Tn= 293.15K。
公式(1)如何推導(dǎo)而來?并且實際應(yīng)用時又應(yīng)該注意哪些問題?我們以容積法為例進(jìn)行探討。
2公式的推導(dǎo)
根據(jù)流體的連續(xù)性方程與伯努利方程可知一定質(zhì)量的氣體流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)裝置和流經(jīng)氣體轉(zhuǎn)子流量時的關(guān)系為
式中: Vm為排出(流入)氣體轉(zhuǎn)子流量計內(nèi)的氣體體積。則
根據(jù)瞬時流量公式可知:
將公式(3)帶入公式(4)得
根據(jù)轉(zhuǎn)子流量計的工作原理可知:
設(shè)轉(zhuǎn)子的流量常數(shù)為a(以下公式分別為: aN和am);錐管內(nèi)徑為Df;錐管的錐角為φ;浮子的體積為Vf;浮子的密度為ρf;浮子停留的高度為h;轉(zhuǎn)子的氣體密度為ρ(以下公式分別為ρN和ρm)
式中: qn為轉(zhuǎn)子流量計在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的實際流量; qm為轉(zhuǎn)子流量計在實際工作狀態(tài)下的實際流量。
由(7)÷ (6)得
當(dāng)被測流體的粘度與標(biāo)定介質(zhì)的粘度相差不大時,aN≈ am。因ρf≥ ρN和ρm,所以ρf-ρN≈ ρf-ρm,則公式(8)可簡化為
式中: KN為轉(zhuǎn)子流量計在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體壓縮系數(shù); Km為轉(zhuǎn)子流量計在實際工作狀態(tài)下的氣體壓縮系數(shù)。
在壓力較低﹑理想氣體假定成立的范圍內(nèi),氣體壓縮系數(shù)≈ 1,即Kn≈ Km,則公式(10)可簡化為
由(16)式可知當(dāng)氣體的溫度壓力變化時其流量也隨之發(fā)生改變,既氣體的密度也隨之發(fā)生改變。
3應(yīng)用
綜合上述檢定氣體轉(zhuǎn)子流量計時溫度壓力補(bǔ)正公式,可以得出以下結(jié)論:可知當(dāng)氣體的溫度壓力變化時其流量也隨之發(fā)生改變,既氣體的密度也隨之發(fā)生改變。在選擇氣體流量的溫度壓力補(bǔ)正公式,要依據(jù)氣體轉(zhuǎn)子流量計所選定的刻度狀態(tài)而定,在實際的氣體流量計量中,通常所計量的是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(0℃ ,101.325kPa及20℃ , 101.325kPa)的氣體體積流量,這一點應(yīng)引起大家的重視,否則謬之大矣。同時得注意補(bǔ)正的溫度和壓力的類別,溫度為氣體的氣體熱力學(xué)溫度即為攝氏溫度+ 273.15,壓力為氣體絕對壓力即檢定時的大氣壓力+表壓,這一點大家在檢定過程中必須也得非常清楚;由于流量和壓力的單位有許多種,在檢定的同時還必須注意各參數(shù)的換算單位必須保持一致;以及在測量壓力時必須注意測量壓力的管徑應(yīng)與被測對象的管徑一致,若兩者之間的差異較大時會造成流量壓力測量不真實,導(dǎo)致壓力補(bǔ)正的結(jié)果與實際出現(xiàn)偏差。總之在檢定過程中若不注意以上的因數(shù),將最終導(dǎo)致流量的計算結(jié)果值與實際值之間產(chǎn)生較大的誤差,從而影響測試結(jié)果的真實性和量值傳遞的可靠性。
4使用
氣體轉(zhuǎn)子流量計在實際使用的狀態(tài),往往與刻度狀態(tài)不同。因此,使用時讀取的流量示值,并不是流過流量計的流體的真實流量,必須對使用的狀態(tài)進(jìn)行修正,才能得到真實的流量。
轉(zhuǎn)子流量計在使用狀態(tài)下的流量示值按公式(12)計算;轉(zhuǎn)子流量計在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量示值,由公式(2)和公式(12)可得
式中: q0為轉(zhuǎn)子流量計在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量; qn為轉(zhuǎn)子流量計的刻度流量。
5結(jié)束語
隨著流量測試技術(shù)的不斷發(fā)展和各種新型的流量計的廣泛應(yīng)用,使流量測量向高精度、智能化方向發(fā)展。這就為我們的檢定工作提出了新的要求,而且大部分的流量計在檢定時都會存在溫度壓力補(bǔ)正。作為檢定工作者不僅要懂得如何檢定,更應(yīng)知道檢定過程中溫度壓力補(bǔ)正公式是如何而來。只有這樣才能從本質(zhì)上分析問題,更加快捷處理檢定工作中出現(xiàn)的問題。進(jìn)一步提高我們的計量水平,為公司擴(kuò)大再生產(chǎn)提供有力的技術(shù)保障和支持。
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