金屬管浮子流量計具有溫壓補償功能的必要性與刻度換算

　　隨著能源短缺的不斷加劇和科技水平的逐步提高，工業生產中對流量測量，特別是氣體和蒸汽測量精度要求也越來越高。氣體和蒸汽具有可壓縮性，其流量與測量溫度和壓力均相關。

　　若標定時氣體（或蒸汽）的溫度為T0，壓力為P0，標定流量為Q0；當前測量條件：溫度為T1，壓力為P1。由理想氣體狀態方程得到，此時的工況流量Q1：

　　Q1=P1T0/P0T1Q0（2-1）

　　其中Q0為標定流量，P

　　1為當前壓力，P0為標定壓力，T1為當前溫度，T0為標定溫度。

　　若T1=T0，P1=1.03P0，則當前工況流量Q1比Q0大3%，即測量誤差為3%（一般儀表的精度都優于3%）。所以，當測量介質為氣體或蒸汽時，若測量條件（主要指溫度壓力條件）改變，就無法保證該儀表的測量精度，因此對高精度氣體和蒸汽流量的計量需要添加在線溫壓補償環節。

　　目前能夠實現對氣體和蒸汽計量的流量計很多，主要有渦街流量計，金屬管浮子流量計，渦輪流量計，孔板流量計等，然而在這些流量檢測儀表中，除了渦街流量計以外，其余基本不具有在線溫壓補償功能。金屬管浮子流量計因其結構簡單、成本低、穩定性高、對儀表前后直管段要求不高、維護方便等優點，使其成為工業自動化過程控制中非常常用的流量測量儀表之一。然而受多方面因素的影響，目前在線溫壓補償功能金屬管浮子流量計的研究仍處于初始階段。

　　本章主要介紹金屬管浮子流量計在線溫壓補償模塊的研究與設計。首先，分析金屬管浮子流量計的刻度換算方法；然后分析金屬管浮子流量計的在線溫壓補償功能的設計要領。

　　2.2金屬管浮子流量計的刻度換算

　　金屬管浮子流量計的刻度換算問題，實際上就是要確定浮子處于同一高度h時不同流體介質所反映的流量。

　?。?）蒸汽流量的刻度換算

　　流量計用于測量蒸汽時，制造廠是用標準狀態（溫度T0=20℃，壓力P0=101325Pa）下清潔的水作為標定介質來進行標定的。通過測量蒸汽的溫度和壓力，來確定其是飽和蒸汽還是過熱蒸汽，然后通過查過熱蒸汽表或飽和蒸汽表，確定當前狀態下，測量介質的密度。然后通過下面的論述實現蒸汽流量刻度的變換。

　　設0、0q和0分別表示金屬管浮子流量計標定介質的密度、體積流量及流量系數；而、vq和分別表示使用時蒸汽的密度、體積流量及流量系數，則根據式（1-2）可得式中：Df是浮子非常大直徑，m；A

　　f是浮子迎流面積，m2；V

　　f是浮子體積，m3；

　　為孔板的錐角，；f是浮子密度，m3，h為浮子的高度位置，m。

　　比較上述兩式，可得出vq與q0之間關系為

　　流量系數是一個與雷諾數Re和流量計結構相關的系數。當蒸汽的粘度與標定介質的粘度相差不大時，可以不考慮的影響，認為=0，所以式（2-3）可以改寫為上述公式也適合液體介質。若被測介質的粘度變化太大，流量系數隨雷諾數的變化也較大時，則應考慮對粘度的修正或進行實流標定。

　?。?）氣體流量的刻度換算

　　流量計用于測量氣體時，制造廠是用標準狀態（溫度T0=20℃，壓力P0=101325Pa）下空氣作為標定介質來進行標定的。如果被測氣體的密度與空氣的密度不同時，應對其進行刻度換算。對于氣體來說，由于浮子的密度一般要比流體介質的密度大得多，因此可以認為f=f0，根據式（2-4），測量氣體時流量換算公式可以寫為式中0為標定介質標定時的密度，kg/m3；為被測介質在使用狀態（P，T）下的密度，kg/m3；vq為使用狀態的流量，m3/h；用金屬管浮子流量計測量干燥空氣流量時，由于介質沒有變化，只考慮狀態的修正。

　　使用壓力不太高時，認為空氣的壓縮系數為1，根據=P/RT的氣體的刻度換算公式為用金屬管浮子流量計測量非空氣介質時，可直接使用時（2-5）計算，要注意為被測介質在使用狀態下的密度。也可以將被測介質密度和所處狀態分開修正，在被測介質壓力不大高時，認為被測介質的壓縮系數為1，根據=P/RT的氣體的刻度換算公式為式中01為使用氣體在刻度狀態下而非使用狀態下的密度，kg/m3；為被測介質在使用狀態（P，T）下的密度，kg/m3；T和T0為熱力學溫度，K；p為絕對壓力。