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?；谏鲜鎏攸c，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）進行用水或氣體流量換算、校準，當現(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行準確測量。
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，造成儀表測量準確度嚴重下降，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，儀表測量準確度下降尤其嚴重。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、壓力信號進行溫度壓力補償綜合計算，實現(xiàn)準確測量，很大程度上解決了上述問題。
1、工作原理：
流量計工作原理如圖１所示：
流量計垂直安裝在管道上，流體自下向上流經(jīng)錐管，浮子在Ｐ１、Ｐ２差壓作用下產(chǎn)生上升或下移，當浮子此差壓（Ｐ２－Ｐ１）與浮子重力 Ｇ、浮力Ｆ、粘滯力合力平衡時，處于平衡狀態(tài)。建立方程并推導(dǎo)（可參考相關(guān)專業(yè)資料，此處省略），忽略粘滯力影響，假設(shè)流量系數(shù)為常數(shù)，可得出浮子位 圖１ 金屬管浮子流量計工作原理圖移與流量成線性對應(yīng)關(guān)系。浮子流量計的流量方程為：
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。
式中：Ｄ０—浮子***大直徑；Ｈ—浮子上升的位置高度；δ—錐管錐角。由式可見，錐角δ較小時，二次方項值極小，可忽略不計，ΔＦ 可認為與 Ｈ 為線性關(guān)系，亦即流量與浮子位移為線性關(guān)系。由公式（１）可推導(dǎo)出以下公式：
式中：ｑｍ—質(zhì)量流量，ｋｇ／ｓ；ｑＮｖ—標況體積流量，Ｎｍ３／ｓ；ρ０—介質(zhì)標況密度，ｋｇ／ｍ３。
2、溫壓補償算法：
流量計在測量氣體介質(zhì)時，當氣體溫度、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)進行溫度壓力補償計算，恢復(fù)儀表測量的準確性。具體推導(dǎo)、計算如下：
２．１、工況體積流量：
式中：ｑｖ設(shè) —設(shè)計工況體積流量，ｍ３／ｓ；ｑｖ實 —實際工況體積流量，ｍ３／ｓ；ρ設(shè)—被測氣體設(shè)計壓力、溫度下工況密度，ｋｇ／ｍ３；ρ實—被測氣體實際壓力、溫度下工況密度，ｋｇ／ｍ３。ρｆρ設(shè)；ρｆρ實；浮子位置不變，其他常數(shù)項不變，則式中：Ｐ設(shè) —設(shè)計壓力，Ｍｐａ；Ｐ實 —實際 壓 力，Ｍｐａ；Ｔ設(shè) —設(shè) 計 溫 度，Ｋ；Ｔ實 —實 際 溫度，Ｋ。
式中：Ｐ設(shè) —設(shè)計壓力，Ｍｐａ；Ｐ實 —實際 壓 力，Ｍｐａ；Ｔ設(shè) —設(shè) 計 溫 度，Ｋ；Ｔ實 —實 際 溫度，Ｋ。
２．２ 質(zhì)量流量：推導(dǎo)過程與２．１基本相同，
得出 ?。瘢韺崳瘢碓O(shè)＝ρ實ρ槡設(shè)＝Ｐ實 Ｔ設(shè)Ｐ槡設(shè) Ｔ實（６）
２．３ 標況體積流量：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
３、溫壓補償技術(shù)由溫壓補償算法推導(dǎo)可知，當實際被測氣體介質(zhì)工作狀態(tài)發(fā)生變化時（即壓力 Ｐ、溫度 Ｔ偏離設(shè)計）通過采集氣體介質(zhì)的壓力、溫度信號，通過公式（５）、（６）、（７）、（８）計算，即可實現(xiàn)溫度壓力在線實時補償計算，得到準確的流量信號，此即為金屬管浮子流量計溫壓補償技術(shù)。
４、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：
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確度，降低用戶的開車、維護成本。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。
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