煤矿管道气体流量传感器温度压力补偿方法.docx

    煤矿管道气体流量传感器温度压力补偿方法    高文平Summary：该文介绍了煤矿瓦斯抽放管道中气体流量传感器温度和压力补偿方法；本文针对煤矿管道气体流量传感器的具体工作环境，当温度和压力与设计工况发生偏移时，如何对测量结果进行修正Key：瓦斯抽放；温度补偿；压力补偿：TP311 ：A：1009-3044（2019）12-0244-02开放科学（资源服务）标识码（OSID）：1 引言煤矿瓦斯抽放管道中气体流量传感器采用差压原理对气体流量进行测量由于其工作在煤矿瓦斯抽放管道中，在传感器实际运行过程中实际的工况会偏离设计工况，温度和压力的变化会引起气体密度的变化，密度的变化会造成测量结果误差的增大，所以需要对测量结果进行修正[1]现场可以方便测量气体的压力和温度，很难测量气体的密度气体的密度和温度、压力有对应关系，所以可以通过温度和压力的补偿来抵消气体密度变化对流量测量的影响从这个角度来看，温度和压力补偿实际上就是对密度的补偿所谓流量测量时的温度、压力补偿就是将流量传感器所检测到的流量数据，根据被测气体当时工况温度、工况压力，通过一定的公式和方法得到流体实际的流量[2]我们可以通过流量测量的基本公式、流量状态的换算公式以及气体状态方程推导出气体测量时温压补偿公式。

2 温压补偿公式推导气体差压流量计的基本运算公式为：（1）式中：q为气体体积流量m3/min；C为流出系数；ε为可膨胀性系数；D为管道的直径，m；ρ为被测气体的密度kg/m3 ；Δp为节流件前后差压Pa用差压式流量计测量气体流量时，当被测气体的实际参数（温度、压力）与设计的参数不一致时，其流出系数C、可膨胀性系数ε、孔径D，密度ρ等值都会改变，影响流量计测量结果的准确性如果温度、压力偏离设计太多，应重新计算差压与流量之间的关系当温度和压力与设计时采用的值偏差不大，对流出系数C、可膨胀性系数ε、孔径D的影响极小，则只需要考虑密度P的变化，此时我们就可以通过温压补偿的方式对流量测量结果进行修正[3]本文讨论的温压补偿是指补偿密度随温度、压力变化对测量结果造成的影响因此（1）式可以简化为：（2）由于气体是可压缩的，即同一质量的气体在不同压力、不同温度下的体积是不同的，所以计量气体时都以标准状态下，即温度t=0℃（或20℃），压力P=101.33kPa即标准大气压时的体积来计算[4]上式为工作状态下的气体体积流量，因此工作状态下所得的体积还需换到标准状态，其换算公式可由气体状态方程PV=ZRT（R为常数1）推导得出：式中：q 为工作状态下的气体体积流量，qn 为标准状态下的气体体积流量，T为工作状态下气体温度，Tn为标准状态温度，P为工作状态下的气体压力，Pn为标准大气压，Z为压缩系数[5]。

通常在低压下，气体压缩系数Z变化非常小，故忽略其影响，则（3）式可简化为：工作状态下的气体密度和标准状态下的气体密度也可以换算，其换算公式可由质量守恒定律得出：式中ρ， ρn分别为工作状态和标准状态下的气体密度将（4）、（5）带人（2）式，得当实际的工作条件偏离节流装置设计时的条件时，节流装置测得的气体流量需要进行修正设qn设为设计条件时的气体标准体积流量，带人（6）式设qn实为实际工作条件时的气体标准体积流量，带入（6）式（7）式和（8）式相比，得出：式（9）即为实际工作条件偏离设计条件时的流量修正公式，即差壓式流量计的温压补偿公式3补偿公式应用对于温压补偿公式在应用时，我们需要注意的是公式中的温度和压力均为绝对温度和绝对压力，对于温度变送器和压力变送器检测到的温度和压力值要通过换算才能带入补偿公式中，我们将通过实例来说明煤矿管道气体流量传感器，设计最大流量为800m3/min，设计温度为20℃，设计压力为10kPa（表压），煤矿现场大气压为92kPa，现差压变送器开方后指示为50%，温度显示25℃，现场表压为40kPa，则现在实际的流量值计算如下：需要特别注意的是，压力在由表压力换算为绝对压力的时候，应将当地大气压减去表压力，并非一定是标准大气压，因各地大气压不完全与标准大气压一致，必须要了解流量计使用地点的大气压力。

4 结束语差压式流量计在测量气态介质流量时，为了确保测量结果准确，需要增加温度、压力检测装置，温度、压力信号应与流量信号一起接入仪表按照上述方法对流量测量结果加以修正，以消除测量误差，提高测量精度Reference：[1] 孙传友.感测技术基础（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2006：57-89.[2] 林玉池，曾周来.现代传感技术与系统[M].北京：机械工业出版社，2009：117-153.[3] 黄焰.机车底盘销钉故障光电检测程序设计[J].软件，2013，34（12）：18-21.[4] R·F·格拉夫.电子电路百科全书[M].北京：科学出版社，1989：27-42.[5] 罗嗣彬.云资源池中基于命令行接口的硬件自动控制实现[J].软件，2013，34（12）：56-59.[6] 新编电子电路大全[M].北京：中国计量出版社，2001.[7] 何立民.单片机高级教程应用与设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1999：20-89 .[8] 李广弟，朱月秀，王秀山.单片机基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001：147-160 .[9] 孙肖子.实用电子电路手册[M].北京：高等教育出版社，1992：300-306.[10] 沈航，庞观士，林诗美.物联网工控平台现场级无线传感器网络节点的研究和设计[J].新型工业化，2016，6（10）：94-98.[11] 李骁洋.基于DS18B20矿用低压电缆接线盒温度监测系统设计[J].新型工业化，2016，6（8）：71-74.[12] 钱信培.孔板流量计在燃气计量中的应用[J].煤气与热力，1990，10（4）：18-20.[13] 时文平.煤气计量过程的密度补偿[J].煤气与热力，1996，16（6）：29-31.[14] 王杏芳，李恒敬，严益剑.天然气灶前压力和温度对供销差率的影响[J].煤气与热力，2007，27（10）：46 -49.[15] 李自皋，刘佳，卢宏明.在DCS中实现蒸汽流量测量温压补偿的途径和方法[J].石油化工自动化，2007（2）：64-67.[16] 张芷华，高秀民，肖强.燃气流量计的精度分析与选用[J].煤气与热力，2003，23（6）：376-378.[17] 刘君，肖晋予，李继华，等.多参数补偿天然气计量装置的应用[J].煤气与热力，2007，27（1）：7-9.[18] 李永平.焦炉煤气标准孔板的计算[J].煤气与热力，1998，18（1）：34-36.[19] 于立新.孔板流量计的改装[J].煤气与热力，1992，12（5）：27-29.[20] 孙淮清，王建中.流量测量节流装置设计手册[M].北京：化学工业出版社，2005.【通联编辑：朱宝贵】电脑知识与技术2019年12期电脑知识与技术的其它文章计算机网络云计算技术应用基于DSP的频率采集计算方法基于HFSS矩形微带天线仿真与设计列车模拟信号应用关键技术研究基于Delphi的定时重启特定服务的程序设计与实现基于非负矩阵分解的图书共享系统的研究及应用  -全文完-。