金屬管浮子流量計的溫壓補償原理
摘 要：介紹了金屬管浮子流量計的工作原理，溫壓補償算法，溫壓補償技術(shù)，溫壓補償型金屬管浮子流量計結(jié)構(gòu)組成、特點及應(yīng)用，指出了金屬管浮子流量計溫壓補償技術(shù)的發(fā)展趨勢。
0、引言：
金屬管浮子流量計（以下簡稱流量計）又稱變面積式流量計或恒壓降式流量計，是以流體流動時的節(jié)流原理為基礎(chǔ)的一種流量測量儀表。具有可測量多種介質(zhì)流量，特別適用于測量中小管徑雷諾數(shù)較低的中小流量；壓力損失小且穩(wěn)定；反映靈敏，量程較寬（１０：１），示值清晰，近似線性刻度；結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，使用維護(hù)方便；通過選用不同測量管及零部件材質(zhì)，還可以測量具有腐蝕性的介質(zhì)流量等特點。基于上述特點，流量計廣泛應(yīng)用于石油、 化工、冶金、制藥、釀造、環(huán)保、發(fā)電等領(lǐng)域中的流量控制與測量系統(tǒng)。
金屬管浮子流量計根據(jù)用戶提供的設(shè)計工況參數(shù)（如操作溫度、操作壓力、操作密度等）進(jìn)行用水或氣體流量換算、校準(zhǔn)，當(dāng)現(xiàn)場工況參數(shù)與設(shè)計工況參數(shù)相同或偏離極小時方可進(jìn)行準(zhǔn)確測量。
但是現(xiàn)場應(yīng)用時介質(zhì)工況參數(shù)往往偏離設(shè)計參數(shù)較大，造成儀表測量準(zhǔn)確度嚴(yán)重下降，尤其對于氣體介質(zhì)，由于其操作密度受壓力、溫度影響較大，儀表測量準(zhǔn)確度下降尤其嚴(yán)重。為解決此問題，一般采取重新采購、加工儀表的措施，增加了成本，影響了正常開車生產(chǎn)。因此，如何提供一種金屬管浮子流量計，適應(yīng)現(xiàn)場工藝參數(shù)偏離設(shè)計參數(shù)的情況下，保證現(xiàn)場應(yīng)用時不會造成儀表測量準(zhǔn)確度下降，是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要迫切解決的技術(shù)問題。金屬管浮子流量計的溫壓補償技術(shù)應(yīng)用溫壓補償算法，對儀表采集到的流量信號、溫度信號、壓力信號進(jìn)行溫度壓力補償綜合計算，實現(xiàn)準(zhǔn)確測量，很大程度上解決了上述問題。
圖１ 金屬管浮子流量計工作原理圖
式中：ｑｖ—工況 體 積 流 量，ｍ３／ｓ；α—流 量 系 數(shù)；ε—可 膨 脹 性 系 數(shù)；ｇ—重 力 加 速 度，ｍ／ｓ２；Ｖｆ—浮子體積，ｍ３；ρｆ—浮子材料密度，ｋｇ／ｍ３；ρ—流體密度，ｋｇ／ｍ３；Ｆｆ—浮子工作直徑處的橫截面積，ｍ３；ΔＦ—流通環(huán)隙面積，ｍ２。
2、溫壓補償算法：
流量計在測量氣體介質(zhì)時，當(dāng)氣體溫度、壓力不穩(wěn)定，造成被測氣體工況密度變化較大時，流量指示誤差增大，此時應(yīng)進(jìn)行溫度壓力補償計算，恢復(fù)儀表測量的準(zhǔn)確性。具體推導(dǎo)、計算如下：
２．１、工況體積流量：
式中：Ｐ設(shè) —設(shè)計壓力，Ｍｐａ；Ｐ實 —實際 絕 對 壓 力，Ｍｐａ；Ｔ設(shè) —設(shè) 計 溫 度，Ｋ；Ｔ實 —實 際 溫度，Ｋ。
２．３ 標(biāo)況體積流量：推導(dǎo)過程與
２．１基本相同，得出?。瘢危鰧崳瘢危鲈O(shè)＝ρ０設(shè)ρ０實ρ實ρ槡設(shè)＝ρ０設(shè)ρ０實Ｐ實 Ｔ設(shè)Ｐ槡設(shè) Ｔ實（７）如果設(shè)計與實際測量為同一氣體介質(zhì)，則ρ０設(shè)＝ρ０實，得出
４．１、分體式結(jié)構(gòu)流量計、溫度變送器、壓力變送器單獨安裝，流量信號、溫度信號、壓力信號分別輸入 ＤＣＳ或控制計算器進(jìn)行流量的溫度、壓力補償計算，完成流量、壓力、溫度各參數(shù)的顯示、輸出、打印等功能。此種結(jié)構(gòu)安裝靈活，特別適用于現(xiàn)場流量計的升級改造，如圖 ２所示。
4. 2、一體式結(jié)構(gòu)：
流量計、溫度傳感器器、壓力傳感器集成一體化設(shè)計，流量信
圖2分體式溫壓補償型流量計結(jié)構(gòu)示意圖
號、溫度信號、壓力信號輸入到溫壓補償功能設(shè)計的流量計轉(zhuǎn)換器中，進(jìn)行流量的溫度、壓力補償計算，完成流量、壓力、溫度各參數(shù)的顯示、輸出、打印等功能。此種結(jié)構(gòu)測量準(zhǔn)確度高，體積小，安裝方便，如圖3所示:
圖3一體式溫壓補償型流量計結(jié)構(gòu)示意圖i、金屬管浮子流量計2、溫度傳感器3、壓力傳感器
金屬管浮子流量計由傳感器(包括法蘭、測量管、上導(dǎo)向器、浮子、錐管或孔板、下導(dǎo)向器、連接支架、連接螺釘?shù)?和溫壓補償型指示器及其內(nèi)部零部件等構(gòu)成。
5、結(jié)束語： 金屬管浮子流量計溫壓補償技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用，實現(xiàn)了溫度壓力在線實時補償計算，提高了流量計的測量準(zhǔn)確度，降低用戶的開車、維護(hù)成本。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，溫度、壓力傳感器結(jié)構(gòu)的微型化，一體式溫壓補償型流量計必然成為金屬管浮子流量計溫壓補償技術(shù)分發(fā)展的趨勢。在越來越重視節(jié)約能源，測量控制的社會大環(huán)境下，溫壓補償技術(shù)也必將得到廣泛的應(yīng)用。