氣體測(cè)量中的溫壓補(bǔ)償應(yīng)用

氣體流量常用氣體體積流量來(lái)表征。氣體體積流量是指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道的氣體體積量。眾所周知，氣體體積是隨溫度和壓力的變化而變化的，所以氣體的體積流量隨工藝操作溫度和壓力的不同而不同。生產(chǎn)過(guò)程中，操作溫度及壓力常常發(fā)生變化，因而不同操作狀態(tài)下的體積流量大小沒(méi)有可比性。為此，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，常用設(shè)計(jì)工況下的體積流量或標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（基準(zhǔn)狀態(tài)）下的體積流量來(lái)表征。所謂氣體流量測(cè)量的溫度及壓力補(bǔ)償，其作用之一就是將操作狀態(tài)下的體積流量換算成設(shè)計(jì)狀態(tài)或標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的體積流量。由于流量計(jì)是按設(shè)計(jì)狀態(tài)工藝條件進(jìn)行設(shè)計(jì)制造或標(biāo)定的，因此當(dāng)操作工況偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，流量測(cè)量將產(chǎn)生偏差。氣體體積流量的溫度和壓力補(bǔ)償?shù)牧硪粋€(gè)作用，就是修正由于流量計(jì)工作條件偏離設(shè)計(jì)工藝條件所帶來(lái)的測(cè)量誤差。

就是由于氣體的可壓縮性，決定了它的流量測(cè)量比液體復(fù)雜。氣體流量計(jì)量與被測(cè)氣體的密度密切相關(guān)，而氣體的密度又和溫度、壓力相關(guān)。所以，氣體的流量測(cè)量必須經(jīng)過(guò)溫壓補(bǔ)償，才能準(zhǔn)確的反應(yīng)被測(cè)氣體的流量數(shù)值。大部分氣體，可近似地視為理想氣體，其密度可用理想氣體狀態(tài)方程來(lái)表示。有的氣體，如水蒸氣，有別于理想氣體，其密度不宜簡(jiǎn)單地用理想氣體狀態(tài)方程來(lái)表示。

目前，氣體的測(cè)量主流儀表有孔板和渦街，貿(mào)易計(jì)量采用質(zhì)量流量計(jì)。質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確，不存在溫壓補(bǔ)償問(wèn)題，但價(jià)格昂貴，在氣體測(cè)量中使用不多。本文主要介紹孔板和渦街的溫壓補(bǔ)償。

二、孔板測(cè)量理想氣體的溫壓補(bǔ)償

2.1理想氣體方程

理想氣體狀態(tài)方程（又稱(chēng)理想氣體定律、普適氣體定律）是描述理想氣體在處于平衡態(tài)時(shí)，壓強(qiáng)、體積、物質(zhì)的量、溫度間關(guān)系的狀態(tài)方程。它建立在玻意耳-馬略特定律、查理定律、蓋-呂薩克定律等經(jīng)驗(yàn)定律上.

pV=nRT

若取標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（P0=1.01325*105、T0=273.15K）下的1摩爾(mol)理想氣體，由阿伏伽德羅(Avogadro)定律知，氣體的摩爾體積為22.4L/mol。因而，此時(shí)常數(shù)C取特定值，用R表示

R值稱(chēng)為普適氣體常量(universalgasconstant)。

2.2理想氣體溫壓補(bǔ)償公式推導(dǎo)

流量節(jié)流裝置的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2624-93中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下差壓氣體流量計(jì)的示值修正，在氣體溫度和壓力改變時(shí)給出了氣體體積流量計(jì)量的補(bǔ)正公式：

式中，qv為氣體體積流量；p為氣體壓力；T為氣體溫度，Z為氣體壓縮系數(shù)；ε為流束膨脹系數(shù)。

2.3孔板測(cè)氣體溫壓補(bǔ)償公式的推導(dǎo)

被測(cè)介質(zhì)的工作狀態(tài)（溫度、壓力、粘度）參數(shù)和設(shè)計(jì)值有所變化時(shí)，測(cè)量值和實(shí)際流量就存在誤差。因此，必須對(duì)流量進(jìn)行在線(xiàn)修正，才能反應(yīng)出真實(shí)的流量來(lái)。即同一質(zhì)量的氣體，在不同的壓力和溫度下體積是不同的，所以計(jì)算氣體時(shí)都以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度t=0℃，壓力P=101.33KPaabs時(shí)的體積狀態(tài)下來(lái)計(jì)算。在計(jì)算孔板時(shí)，操作狀態(tài)下和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積換算公式為：

Q為操作狀態(tài)下的的體積流量；

Q0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量

T為操作溫度

T0為標(biāo)準(zhǔn)溫度

P為操作壓力

P0為標(biāo)準(zhǔn)壓力

Z為壓縮系數(shù)，5MPa以下氣體近似為1，所以一般可以忽略。

操作狀態(tài)下的氣體密度和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體密度換算公式為：