气体流量计注意事项

气体流量计注意事项（推荐8篇）

气体流量计注意事项篇1

根据法拉第电磁感应定律，在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速v流动时，导电流体就切割磁力线.如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极则可以证明，只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极之间产生感生电动势：

e=KBDv(3-36)

式中，v为管道截面上的平均流速，k为仪表常数。由此可得管道的体积流量为： qv= πeD/4KB(3-37)

由上式可见，体积流量qv与感应电动势e和测量管内径D成线性关系，与磁场的磁感应强度B成反比，与其它物理参数无关。这就是电磁流量计的测量原理。

需要说明的是，要使式(3—37)严格成立，必须使气体流量计测量条件满足下列假定： ①磁场是均匀分布的恒定磁场;

②被测流体的流速轴对称分布;

③被测液体是非磁性的;

气体流量计注意事项篇2

当前, 信息技术特别是计算机网络技术正在日益渗透到各行各业, 引发出各种新的行为和思维。网络会议、远程教育、远程医疗、电子商务等基于网络技术的新事物在资源共享、优势互补、缩短时空距离等方面发挥了巨大的作用, 其发展势头有增无减。传统的计量测试技术也没有置身其外。在适用于实验室内的各种并行总线和适用于部门范围内的各种现场总线尚在大力发展的同时, 又出现了一种新的趋势:即跨企业、跨地域的所谓“远程校准”。

远程校准所指的首先仍然是一种校准过程, 即以获取被校传感器或被校测量仪器的计量特性为目的而进行的一组操作。这一过程仍然离不开传统校准的几个要素:高等级计量标准、被校仪器、校准规程或校准规范、数据采集与数据处理 (含不确定度分析) 。高等级计量标准与被校仪器通常情况下仍然同处一地, 互相直接连接。与传统的校准的主要不同点在于:校准除了可以由位于计量标准和被校仪器所在现场的人员进行就地操作外, 还可以借助计算机网络传输技术由位于其它地方的有关人员进行实时、异地、远程操作。远程操作按授权不同可以包括校准参数的设定、现场传感器信号的获取、数据处理以及不确定度分析等。对远程校准还有一种更为大胆的设想, 即高等级计量标准和被校仪器位于不同的地方, 通过网络传输技术就可实现量值溯源或传递。但这一设想目前还不现实。

2气体流量计的远程校准技术

美国每天消耗价值约为22亿美元的天然气。这些天然气从气井到工业或民间的用户一般须经过5到7次气体流量计的计量。为了交易的公平, 必须对使用的气体流量计进行定期的校准。目前, 位于华盛顿的NIST流量组对气体流量计可提供的校准服务的流量上限为5100m3/h, 校准的扩展不确定度不大于示值的0.2%, 而美国工业界实际使用的气体流量上限达6000000m3/h。这就是说, NIST现有标准与需求相比尚差1000多倍。如果再考虑到气体的种类和压力范围, NIST的现有标准就相差更远。由于受建筑面积、设备投资等的限制, 在可以预见的将来, NIST也没有可能在其本部所在地建造可以覆盖所有量程、气种和压力范围的气体流量标准。与此同时, 位于美国科罗拉多州努恩的科罗拉多工程实验室 (CEESI) 已经具有一套量程为16200m3/h的气体流量标准。该标准在CEESI内部被称为“A基准”。该标准中, 被校气体流量计的上游是口径大小按8421排列、相互并联的音速喷嘴组合, 被校气体流量计的下游则是基于PVT法的流量收集与测定装置。据CEESI报告, 用该标准进行校准的扩展不确定度不大于示值的0.14%。这一不确定度居然比NIST最大气体流量标准的不确定度还要小, 对此, NIST流量组是颇有看法的。但不管怎么说, 该装置的量程是NIST现有最大装置量程的3倍。不仅如此, CEESI在科州埃沃瓦兴建中的另一套校准设备其量程将高达2580000m3/h。该设备一旦建成, 据称将是世界最大的, 其校准能力达NIST现有标准的500倍。

NIST第一步计划通过远程校准技术首先将CEESI现有的、位于努恩的最大流量标准, 即所谓的“A基准” (量程为16200m3/h) , 纳入美国国家级校准体系。在成功的基础上, 下一步再将CEESI在埃沃瓦兴建中的、量程为2580000m3/h的流量标准用同样的方法纳入NIST的校准体系。从技术路线看, NIST并不拆除CEESI的“A基准”现有的数据采集和数据处理设备。而是与设备上现有的压力、温度、时间等传感器相并列, 再安装一套 (冗余的) 属NIST所有、归CEESI长期借用的同类传感器。这套新装的传感器将定期地溯源至NIST相应的最高标准。新旧两套传感器一起接至以令牌环方式工作的现场数据采集系统, 然后连至CEESI的T1端子。而该T1端子又可连至离CEESI约35英里的高速广域网结点。NIST认为, 除了对数据和控制信息的远程传输外, 对设备的运行情况进行实时的声像监视也非常重要。异地的操作者应该能实时观察到设备的运行, 与现场操作者对话, 同时按需要读取数据, 或改变设备的参数设置。

要实现流量计远程校准的另一个关键因素是必须确切知道进入被校流量计的流体的速度剖面。因为大多数流量计的计量特性将因速度剖面的不同而改变。光靠信息传输与控制系统显然无法解决这一问题。为此, NIST与得克萨斯州的DANIEL公司合作, 正在开发一种可以测量流体速度剖面的多声道超声波流量计。这一超声波流量计将被安装在被校流量计的上游。它一方面可以测量进入被校流量计的速度剖面, 从而为评估流量实验段的品质提供参考, 为研究下游被校流量计在不同速度剖面情况下的计量特性提供依据;另一方面, 通过对速度分布的面积分, 同时也就准确地测出了流过被校流量计的体积流率, 从而为被校流量计的测量不确定度分析提供了某种基准值。这种超声波流量计具有11对以上的声道, 利用时差法分别测量速度剖面上不同部位的流速。其中有4对以上的声道测量管道截面中X轴上不同部位的速度分布 (轴向速度) , 同时有4对以上的声道测量管道截面中Y轴上不同部位的速度分布 (轴向速度) , 另有两对以上的声道测量管道截面中的可能存在的径向速度, 还有一对声道测量管道截面中可能存在的旋转速度。由于超声波探头输出的信号实际上仅仅反映了声音传输通道上的一种积分效应, 一般的做法是采用类似层面照相术的技术通过解积分方程得到整个剖面上的二维速度分布。这种算法耗时多, 速度慢, 并对噪声或干扰相当敏感。结果一方面将因耗时过多而无法实时跟踪速度剖面的变化, 另一方面十几个通道的信息还远远无法保证算法的收敛:经常是要么得不到任何结果, 要么得出的结果不唯一。为了解决这一问题, NIST的流量组拟采用一种半经验的模式识别算法。具体做法是:首先用类似信号处理中付立叶分析的方法, 将流体可能的速度分布 (主要指轴向速度的分布) 分解为若干种基本的速度分布的线性组合。这样, 算法就简化为依靠十几个通道的超声波探头信息, 根据最小二乘原理, 在预先建立的流体速度的可能分布表亦即数据库中查找出最有可能的那个速度分布, 或更准确地说, 查找出最有可能的那种速度分布的组合来。也可以将这种算法理解为是一种映射或一种变换, 即把输入集 (超声波信息的各种组合) , 按某种预定的规则, 映射或变换到输出集 (流速分布的各种组合) 中去。由于这是一种开环的算法, 它有两个明显的优点: (1) 速度快。因为查找过程的耗时是很短的。它将足以实时跟踪速度剖面的任何变化。 (2) 算法永远收敛。因为终归可以找到某种速度分布, 它比其它速度分布相对而言更有可能一些, 即根据预定的规则其合成误差相对而言更小一些。至于流体速度的可能分布表或数据库, 可以用计算机仿真和经验估计相结合的方法来建立。映射算法则要根据超声波探头对的具体布置方案来产生, 并经某种实际的“训练”后才能最后优化确定。这里的所谓“训练”是指让映射算法首先能从已知的输入得出已知的输出, 然后逐步能从未知的输入得出合理的输出的算法优化过程。NIST认为, 用这样的软硬件结合的方法制造出来的多声道超声波流量计事实上是一种“便携式基准”。因为它不再会因速度剖面的不同而影响测量不确定度。

远程校准在促进计量的发展, 降低校准成本, 扩大计量量程等方面的确带来了许多新的变化。

小结

远程校准决不只是一种时髦, 它确实是一个有意义的、在我国计量界具有广阔应用前景的研究方向。它代表了用IT技术改造传统计量行业的一种趋势。

责任编辑:孙卫国

摘要：远程校准是信息技术特别是计算机网络技术与传统的计量测试技术结合的必然产物。用软硬件结合的方法制造出来的多声道超声波流量计事实上是一种“便携式基准”。因为它不再会因速度剖面的不同而影响测量不确定度。

气体流量计注意事项篇3

关键词：气体超声波流量计;天然气流量计量

在天然气计量领域，流体流量的监测和管控是每个行业强化能源管理、物料管理，以及在物资交换过程中、财务结算过程中、效益评价和分析过程中、企业决策过程中的重要依据，同时也是对生产过程进行实时监控，确保生产活动高效、稳定、安全运行的重要方式，科学选择流量计无疑成为工程设计环节的重要内容，在选择过程中，要考虑到准确程度、可靠程度、自动化程度以及及时程度等方面。为了最大程度上满足计量要求，长期以来，业界一直致力于测量原理的研究分析，并获得了一定成效，研发了十几种不同类型、不同工作原理的气体流量计，在此，我们可以根据测量原理的不同，简单的分为质量式、差压式、速度式以及容积式。这些流量计的工作原理和结构模式都是相互不同的，既有自己的独到之处，同时在某些方面也都有局限性。为了实现最佳的测量效果，在实际工作中，需要根据不同的应用场合和不同的工程项目的具体特点，选择不同类型或者不同型号的流量计。

1 气体超声波流量计的工作原理和具体特点

时差发流量计在运行过程中，利用两个相向的传感器，收发超声波，每一个传感器都具有信号发射以及信号接收功能，超声波声脉冲能量在管壁、流体中，以一定的角度在两个传感器之间相互传播;流体流速会在一定程度上影响到超声波声脉冲在两个传感器之间的传播，从上游传感器向下游传感器，声速度和流体速度混合而变快，从下游传感器到上游传感器，声速度中抵消了流体速度而变慢，造成上游和下游传播时间的净时间差和流速成正比例。由于时差法测量系统不存在内在惯性，所以时差法流量计有很强的灵敏性，同样适用于低流速和低流量。

2 气体超声波流量计计量系统方案

以位于巴彦淖尔市的恒泰公司为例，在该企业的3*105m3/d液化天然气项目规划中，流量根据2*104m3/d来计算。

利用一台10.16cm的气体超声波流量计作为项目计量仪表，设计管路根据《用气体超声波流量计测量天然气流量》的相关要求设计实施的，安装方法是前10D、后3D的直管段，在前10D直管段前设计安装整流盘，在流量计下游2-5D处安装设计温度仪，以确保流量计的计量精确性。在材料选择上，也要严格根据使用要求和相关标准，选择专业的生产厂家。除此之外，计量管路还要设计安装温度、压力检测变送器，对温压进行及时补偿，提高气体的测量精确度。

此外，该方案中还添加了计量管路专用的流量计算机——SUMMIT8800，它能够根据用户的个性化需求进行设计，能够显示流量趋势以及压力、温度检测的相关数据信息。通过菜单驱动触摸屏或者前板面的导航器，完成菜单机构的灵活使用。

在实际应用过程中，SUMMIT8008基础上的信号连接，可以将天然气流量信号通过RS——485标准Modbus协议精确的传递到DCS，不仅方便了用户的使用，同时也使数据采集变得更加便利。

3 气体超声波流量计的使用优势

就目前来看，全球范围内的天然气计量流量计主要可以分为三大类型，分别是超声流量计、涡轮流量计以及孔板流量计。第一，涡轮流量计。它在使用过程中很容易受到流体流动性质以及介质物性的影响，另外最大的不足是越是要求精度高，其影响程度越大;例如：由于介质脏污、结垢，导致叶片或者通道发生一定改变，流量计的特性也会随着发生或大或小的变化，或是由于轴承磨损导致特性改变。流体流动特性有流体脉动以及层流速度分布的影响，需要在实际运行过程中始终保持仪表校验时参比流动条件，只有这样才能确保仪表系数不会发生变化，否则需要进行在线校准或者相应的修正，以获得实时的、真实的流量计特性。第二，孔板流量计。它的主要使用特点在于机构容易复制、操作简单牢固、工作性能稳定性可靠性强、能够长期使用、价格相对低廉，孔板流量计主要由差压变送器、节流装置和流量显示仪或者流量计算机等几部分组成。孔板流量计输出的数据信号属于模拟信号，其特征为重复性小、范围窄、压损较大等。另外，其不足在于现场安装步骤繁杂，对技术要求程度高，影响其工作性能的因素多种多样，难以预测，因此其精确度的提升有很大难度。第三，与涡轮流量计以及孔板流量计相比，气体超声波流量计具有以下优势：没有阻碍物、没有可动部件、没有压损、没有示值偏移的现象，使用范围宽，不会受到气体压力以及温度、组分变化的影响，不会受到气体里固体颗粒或者液滴的影响，另外，其重复性良好、运行精确度高，采用了分布合理的多反射专利技术。

4 气体超声波流量计在实际应用中的注意事项

气体超声波流量计在计量天然气流量时确实有很多其他流量计不可比拟的优势，但是在具体使用过程中也要特别注意以下几个问题。

4.1 正确选择气体超声波流量计的型号。任何一种流量计都有自身的检测范围，气体超声波流量计虽然检测范围很大，但是为了确保工作精确度，在选型时还要充分考虑到天然气管道内的流速，尽可能的避免出现超低限或者超高限运行的现象。同时在选用气体超声波流量计时，还要考虑声波干扰源等因素，如果设备的超声波频率或者超高频率的噪声和气体超声波流量计的工作频率十分接近，就会在一定程度上影响到超声波流量计。

4.2 对气体超声波流量计进行正确安装。正确安装是确保气体超声波流量计正常运行的关键，在实际工作中，要使安装流程严格根据相关标准和相关要求来展开。气体超声波流量计应该保持水平安装，在天然气含液较多的部分，计量管段要高于上下游管道，确保凝析的液体能够顺利被带走。对于部分含有固体粉尘的天然气需要设计安装过滤器，避免因换能器表面沉积物而出现计量故障的发生。

4.3 对气体超声波流量计进行定期维护。在气体超声波流量计具体使用过程中，需要维护的情况很少，到那时在气质条件比较差的情况下，需要对气体超声波流量计的换能器进行定期的检查、清理，确保没有杂质和水垢残留，同时还要检查气体超声波流量计的连接件，确保其没有发生泄漏，检查连接线路是否正常，检查零流量检测是否能够正常工作等等。

4.4 及时进行诊断测试。一旦气体超声波流量计出现流量变动，需要采用对比校对的方法，查找故障原因，确定是因为仪表故障造成的，还是确实是天然其流量发生了变化。如果没有其他流量进行对比，需要根据气体超声波的换能器工作参数进行检查。在超声波流量计使用数量较多的场合，还应考虑外夹式超声波流量计的因素，便于对固定超声波流量计进行校核。

5 结束语

气体超声波流量计使用范围广泛，在使用过程中具有便于安装、容易维护、影响因素少、精确程度高等特点，受到广泛青睐，逐渐成为天然气项目中不可缺少的流量仪表。伴随着天然气项目的持续发展、不断进步，气体超声波流量计被广泛的应用到天然气贸易交接计量中，使天然气行业获得长足发展，同时也渐渐被用户所接受。

参考文献：

[1]邬金鹏.时差式超声波流量计的应用技术[J].企业科技与发展，2010（02）.

[2]杨帆.我国天然气计量技术现状及发展趋势[J].中国计量，2010（01）.

[3]张家香.浅谈超声波流量计的安装对测量误差的影响[J].科技信息，2010（06）.

气体流量计注意事项篇4

作者：admin 发布日期：2012-12-7 10:06:15 点击：2623 CO2气体保护焊是指利用CO2作为保护气体，以焊丝和焊件之间产生的电弧来熔化被焊金属的熔化极半自动电弧焊，与手工电弧焊相比，CO2气体保护焊具有生产效率高、焊接变形小、操作简单，适用于各种位置焊接等优点，是工程机械制造车间采用的主要焊接方法，但是在实际生产过程中，如果焊接工艺选择不当，再加上焊工操作技能水平所限，导致在焊缝中容易出现气孔，影响焊缝的质量，对产品质量留下安全隐患。因此，在结构件焊接过程中，如何避免焊缝中气孔的产生，是提升焊缝质量的重点之一。气孔的种类及危害 1.1气孔的特点

气孔是指焊接时，熔池中的气体在凝固前未能完全逸出而残留下来形成的空穴。常见的有氢气孔、氮气孔、一氧化碳气孔等。车间结构件施焊后焊缝中出现的气孔如图1所示。

图1 焊缝中出现气孔

1.1.1氢气孔

氢可以溶解于液态金属，高温下焊接熔池中存在大量被溶解的氢，在金属结晶的过程中，氢气溶解度随温度降低而急剧减小，这些气体来不及从熔池中逸出，就会在焊缝中形成气孔。氢主要来自焊丝和工件表面的油污、铁锈以及CO2气体中所含的水分。氢气孔大多出现在焊缝表面，呈喇叭口形[1]，如图2所示。

图2 氢气孔特征

1.1.2 氮气孔

氮气能溶于液态金属，在熔池冷却结晶过程中来不及逸出会形成氮气孔。氮气孔主要是因为CO2气体气流保护效果不好或者CO2气体纯度不高造成。氮气孔多在焊缝表面，有时成堆出现，与蜂窝相似。

1.1.3一氧化碳气孔

当焊缝反应中脱氧元素（Si、Mn）不足时，导致大量的FeO不能被还原，因而进入熔池中发生反应产生CO气孔，方程式如下，CO气孔在焊缝内沿结晶方向分布，如条虫状，如图3所示。

FeO+C=Fe+CO↑

图3 氮气和一氧化碳混合气体特征

1.2气孔的危害

1.2.1削弱焊缝的有效工作截面，降低焊缝接头的抗变形、抗断裂能力；

1.2.2焊接过程中本身存在热量和成分分布的不均匀，导致焊接过程中不可避免存在内应力。在外部应力尤其是动载荷作用下，不规则分布的气孔会引发应力集中，从而降低焊缝的疲劳强度，使气孔与焊缝裂纹连通造成穿透性破坏，增加焊缝脆性断裂的几率。2 产生气孔的原因 2.1 电流和电压的影响

焊接电压主要决定于送丝速度，焊接电流的大小还与电流极性、焊丝的干伸长、焊丝直径等因素相关。电弧电压（主要取决于电弧长度）则与焊接电流，即合适的熔滴过渡型式有关。熔滴过渡的稳定性决定了焊接过程中的平稳和飞溅的大小。对于细丝CO2焊接，电弧电压和焊接电流的匹配关系如图4所示[2]。

图4 电弧电压与电流对应关系

2.2 焊接速度的影响

焊接速度过大时，会引起焊缝两边咬边，而速度过小时会导致烧穿等缺陷。在不影响焊缝成形的前提下，适当选取慢速将使焊接热输入值提高，有利于减小气孔的产生。2.3 气体流量的影响

流量过大，容易产生紊流，恶化气体保护效果；流量过小，CO2气体未能充分保护熔池，使焊缝中产生气孔的倾向加大，尤其是N2孔。一般说来，200A以下的薄板，CO2气体流量为10～15L/min；200A以上的薄板，CO2气体流量为15～25L/min。2.4 外界气流的影响

CO2气保焊时，由于气体保护层是柔性的，容易受外界气流的影响而产生气孔。因此，当焊接场地风速超过2m/s时，应设置必要的防风措施，严禁出现穿堂风。

2.5 焊丝干伸长的影响

干伸长太大，电弧不稳，难以操作，同时飞溅也较大，可能破坏保护气而产生气孔。但干伸长过小时，电流增加，弧长变短，飞溅物会大量粘在喷嘴内壁，影响CO2气体的保护效果，导致气孔的产生。因此，焊丝伸出长度以10～12倍焊丝直径为宜，一般在10～20mm范围内。2.6 焊丝种类的影响

影响焊缝产生气孔的因素有两个方面，一方面是焊丝本身所含的化学成分的影响，焊丝含碳量较高，在焊接过程中会因剧烈的氧化还原作用而产生较大的飞溅，并产生气孔。因此，一般要求焊丝含碳量不超过0.11%；另一方面，焊丝成分应符合相关标准并含足够的脱氧元素Si和Mn，因Si和Mn元素与O2的结合能力比Fe大，可以有效抑制CO2对Fe的氧化作用，防止CO气孔的产生，目前国内的CO2焊丝大都采用镀铜作为保护层，并以化学镀为主，化学镀层结合强度低，镀铜层不均匀，易掉铜屑，并且镀铜容易生锈，所以，在使用前应检查焊丝的表面质量，以减少产生气孔的来源[3]。2.7 其他影响

CO2气体纯度小于99%，飞溅物将喷嘴堵塞，母材和坡口附近打磨不干净，电弧过长或偏吹等。3预防和减少气孔产生的对策

3.1根据材料特点、板厚及坡口型式选择合适的焊接工艺参数，保持焊接过程的稳定性，减少气孔的产生。3.2选用与母材合适的焊丝、焊剂及保护气体，焊前清理坡口及两侧20～30mm范围内的油污、铁锈及氧化物等杂物，保证气路及送丝结构畅通。

3.3根据实际情况，焊前对工件进行预热，选用合适的焊接速度，在焊接终了和焊接中途停顿时，应慢慢撤离焊接熔池，使熔池缓慢冷却，从而使气体充分从熔池中逸出，减少气孔的产生。

3.4尽量采用短弧焊接规范，填加焊丝要均匀，操作时应适当摆动，同时防止有害气体入侵。4结束语

综上所述，CO2气保焊中产生气孔的原因是多方面的。为了减少焊接过程中气孔的产生，除了严格遵照焊接工艺规程，提高操作技能水平等之外，在施焊现场还应该多注意观察和思考，积极分析气孔产生的原因，采取有效的工艺措施，才能获得满意的焊接接头，达到控制焊接质量的目的。参考文献

气体流量计注意事项篇5

差压式流量计由节流装置、导压管和差压变送器三部分组成。它是基于流体流动的节流原理, 利用流体流经节流装置时产生的压力差与其流量有关而实现流量测量的。由于工艺上的原因, 被测气体中不可避免的存在凝缩液体, 而导致正负引压管内静向液柱不一致, 从而造成测量误差, 而且, 由于我厂地处北方, 冬季寒冷, 凝缩液常常会使流量变送器冻坏, 为此采取在严冬来临之前对气体差压式流量计变送器加注防冻隔离液。但隔离液的加入及加入方法不当会引起静向差压的变化, 从而带来附加误差。本文仅就我厂气体差压流量计加注隔离液及其注意的问题进行初步讨论。

二、隔离液的加注方法及对流量测量的影响

1、隔离液的加注方法

在注隔离液前首先要分别将变送器正负压侧的排污丝堵打开, 排出其中的积液, 再将排污丝堵拧紧, 记下变送器电流表指针的位置, 也就是此时被测介质的百分流量值, 然后将变送器回零, 即将三阀组的正负压阀关闭, 平衡阀打开。拧开连接变送器与三阀组的接头, 用吸水球将隔离液从拧开的接头处挤入与变送器连接的导压管中, 在隔离液注入的同时将变送器此侧的排污丝堵打开, 使变送器丝堵处有连续的液体流出, 然后拧紧丝堵, 继续注, 直至注满三阀组以下部分的导压管。

2、隔离液对流量测量的影响

测量气体流量的流量计注隔离液后可能会对测量精度产生一定的影响, 因为液体的密度比气体的密度大的多, 微小的液位差将会对导压管中的差压产生很大的影响, 而影响流量测量的精确度, 因此必须将两侧导压管中注入相同高度的隔离液, 而且隔离液中不得有气泡, 因为气泡所排开的隔离液的体积将会对流量测量带来误差, 因此在注隔离液时要将表体上的排污丝堵打开, 以确认有隔离液连续流出, 然后再关上, 而且用吸水球注隔离液时不能将吸水球口插入导压管内, 而应使其口在导压管上部使隔离液慢慢流入导压管。

3、计算

液体静压力计算公式为:

式中:ΔP———液体静压力的差值单位pa

ρ———介质密度单位kg/m3

g———重量与质量比值常数单位N/kg取值为9.8

h———正负压室液柱高不一致的差值单位m

现以三催氮气计量点为例进行讨论。

其最大流量Qmax=700 Nm3/h差压上限ΔPmax=10 kpa

流量与差压之间的关系为:

式中:Q———流体的瞬时流量单位Nm3/h

ΔP———变送器正负压室间的压差单位kpa

ρ———介质的密度单位kg/m3

k———系数 (常数)

(1) 由于气体中的冷凝水导致正负压侧液高不同对流量测量的影响

如果正压侧与负压侧积液液高差为20 mm, 则20 mm冷凝水产生的压差为:

相对误差为:

由式 (2) 知

即20 mm高的冷凝水能产生14%的误差, 反应到瞬时流量上为:

700*14%=98 Nm3/h的误差量。

(2) 正负两侧导压管中隔离液高度不同对流量测量的影响

由于隔离液加注方法不当, 造成两侧导压管中的隔离液液位不同, 会使变送器的零点偏高或偏低, 给流量测量带来误差。

由式 (1) 可知10 mm的液位差将会产生差压为:

因此10 mm高的隔离液产生的相对误差为:

通过以上计算可知一定要保证两侧导压管中注入相同高度的隔离液, 否则将会产生测量误差。

三、结论

因为气体差压式流量计导压管中冷凝液高度不一致时必然对流量计量产生附加误差, 因此应坚持气体差压式流量变送器进行周定期回零检查, 及时排掉积液或及时补充隔离液, 确保流量测量的精确度。

摘要：本文主要介绍了气体差压式流量计导压管中冷凝液对流量测量的影响, 并且讨论隔离液的加注方法以及消除流量变送器正负压室液高不等的措施。

关键词：隔离液对流量计的影响

参考文献

气体流量计注意事项篇6

近年来,超声波测量技术突飞猛进,作为气体检测中的重要仪表,超声波气体流量计研究也处于飞速发展阶段。超声波气体流量计因其精度高、稳定性好等优点,在工业上和医学上获得越来越广泛的应用[1]。目前国内超声波气体流量检测系统依然还是以51 单片机处理芯片为主,因其硬件资源不足运算速度不高等缺点,使得硬件设计复杂和数据采集误差大。

基于以上不足,本系统构建了基于高性能的STM32 微处理器的超声波检测系统,STM32 微处理器最高工作频率72MHz、256k的程序存储空间,并集成18 个ADC,且具有高性能、低成本和低功耗的优点[2]。本系统将接收到的微弱超声波进行适当放大后,直接进行ADC采样处理,降低了硬件设计复杂程度,在气体流量算法上,进行了温度补偿。同时进行了误差分析,提高了测量精度,使本系统具有很高的使用价值。

1 测量原理

本系统采用的是时差法测量原理[3],时差法是利用超声波在定长的管道中从其一端传播到另一端,顺流和逆流的时间不同原理来测量气体流量。如图1 所示为时差法原理装置图。

测量原理如下:STM32 先给换能器A传送激励信号,换能器A发出超声波信号,换能器B接收;同样的方法,换能器B发出超声波,换能器A接收。假设换能器A发送换能器B接收到顺流的超声波时间为tAB,换能器B发送换能器A接收到顺流的超声波时间为tBA,气流的速度为v ,超声波在气体中传播的速度为c 。管道长度为L 。则关系式如下所示:

将式(1)和式(2)做差可得:

在实验过程中可以算得,当气体以5L/min时,直径1cm的管道内的气体流速约为1. 06m/s,这远小于超声波在气体中的传播速率(约340m/s)。因此式(3)中v2可以忽略。因此得出气体流速v为:

式(4)得到的是气体在管道中的平均线速度,要求气体的流速Q ,还需进一步换算为管到内的气体面速度,而式(4)不够准确,需要除一个流场分布系数K[4]。

气体流量Q为:

由式(6) 可以看到,气体流量与超声波顺逆流时间差成正比[5],系统测出时间差就可以测出气体流量。

2 系统装置及工作原理

系统装置图如图2 所示,该系统由STM32 单片机,超声波发送接收电路,切换电路,滤波电路,放大电路构成。

首先,STM32 给超声换能器A发送激励信号,同时开启计时器并清零,超声换能器B处于接收超声波状态。当超声换能器B接收到超声波信号后,经过滤波放大后接入STM32 的ADC采样端,将采样的值与门值电压进行比较,大于等于这个值就认为检测到回波了,同时计时器停止计时,计算出超声波顺流传播的时间tAB; 然后切换电路,给超声换能器B发送激励信号,超声换能器A接收回波,计算出超声波逆流传播的时间tBA,计算出时间差 Δt =tBA- tAB,使用DS18B20 测量管道里的气体温度。

3 硬件电路

3. 1 放大电路设计

由于本系统使用的超声换能器接收到的信号比较微弱,最大电压为150m V所以需进行信号放大后接入STM32 的ADC采样端,考虑到ADC通道的采样电压值不能过大,所以将放大倍数设置为10 倍。本系统选择AD8223 放大芯片,其使用单电源供电,仅需一个外部电阻RG,即可灵活的设置增益放大倍数,在增益增加时,AD8223 具有出色的交流共模抑制比,能保持误差最小[6]。放大电路图如图3所示。

查阅AD8223 的数据手册可知:

放大倍数:

当R=15.8kΩ时G=10。所以式(7)整理为:

这样通过放大电路将信号放大10 倍,即150m V的电压,放大到1. 5V。

3. 2 温度补偿电路

由于超声波也是一种声波,其传播速度与温度有关,当温度为15℃ 时,超声波在气体中传播的速度为c = 340 m/s; 当温度为15℃ 时温度补偿公式[7]为:

其中,c为超声波速度,T为温度。由于本设计是在一般室温下测量气体流量,所以将式(10)用Taylor公式[8]在T=0℃点展开,近似公式为:

由于0. 0005 的数量级较小,所以式(11) 简化为:

由式(12)可知超声波速度c与温度T呈线性关系。进行温度补偿后的气体流量Q为:

温度补偿电路如图4 所示。

4 系统软件设计

本系统程序是在Keil环境下进行编写,采用模块化程序设计,包括主程序、超声波激励子程序、计时器子程序、ADC采样子程序、温度采集子程序、气体流量子程序等。

系统开始运行首先进行系统初始化,然后调用超声波激励子程序,发送超声波,同时调用计时器子程序测量超声波顺流的渡越时间。为了避免干扰信号和自身超声波余震信号对超声波检测的影响[9],在调用ADC采样子程序前延时250μs,可以提高抗干扰能力。设置一个门值比较电压1. 5V,将ADC采样到的值与其比较,大于或等于门值电压认为另一端接收到了超声波,计算出超声波在定长管道中的顺流渡越时间tAB,同样的方法测量逆流渡越时间tBA[10],算出两次发送超声波渡越时间差 Δt。调用温度采集子程序测出温度值T,然后调用气体流量子程序计算出气体流量。软件设计流程如图5 所示。

5 实验结果与误差分析

使用精度达到2% 的气流分析仪Certifier FA Plus测量值作为标准值,与超声波气体流量计测量值进行对比,计算误差。测量结果如表1 所示。

通过表1 可以看出测量误差在4% 以内,满足一般的气体流量测量精度要求。由于各种因素的存在如:流场、电磁干扰、ADC采用频率、数据处理精度等,都会对测量结果产生影响,分析各种因数对症处理,可以提高测量精度。同时在程序中加入适当的信号调理程序,也可以降低干扰对测量精度的影响。

6 结束语

本文提出了一种基于STM32 的超声波气体流量计设计方案,与传统采用超声波比较电路相比,本系统采用了STM32 的ADC检测超声波方法,简化了硬件设计。本系统为了提高测量氧气流量精度,在算法中引入了温度补偿,具有很大的优势。通过实验室实际测量,系统测量精度满足一般工业需求,且具有安全可靠,价格便宜,耐用等优点。又因STM32 还具有其它的丰富资源如:DMA,USB等,为后期的功能扩展提拱了硬件支持。

参考文献

[1]GIULIAN G,NORGIA M,DONATI S,et al.Laser diodeself-mixing technique for sensing applications.Journal of Optics A:Pure and Applied Optics,2002,4(6):283-294.

[2]张旭.基于STM32电力数据采集系统的设计[J].电子测量技术,2010,33(11):90-93.

[3]王民意.时差法在超声波气体流量计中的应用研究[J].仪表技术与传感器,2013(7):26-28.

[4]陈学永.超声波气体流量计[D].天津:天津大学,2004.

[5]王建斌.嵌入式管道超声导波检测系统设计[J].电子测量技术,2012,35(10):73-76.

[6]王雪峰.超声波气体流量计的管道模型仿真和误差分析[J].仪器仪表学报,2009,30(12):2612-2618.

[7]梁军汀.多通道超声波气体流量计的原理及标定[J].仪器仪表学报,2001,22(3):130-131.

[8]孟华.新型时差法超声波流量计[J].仪表技术与传感器,2007(8):18-20.

[9]葛颖奇.音速喷嘴法气体流量计自动检定系统的设计与实现[J].自动化仪表,2011,32(12):61-64.

气体流量计注意事项篇7

1 声速检验法的实施条件

根据国家标准GB/T 30500—2014《气体超声流量计使用中检验——声速检验法》, 开展声速检验法, 运行条件下的管道内介质组成、介质温度、介质压力应满足表1所示的适用范围。

管道内介质条件超过表1所示的适用范围, 声速检验法的不确定度会增大, 其结论的可靠性会受到影响。

开展声速检验法, 其技术配套应满足表2所示的技术要求。

2 声速检验法在使用中检验的应用

使用中检验是检定方法的有效补充, 在JJG1030—2007《超声流量计》中, 规定了声速检验法为超声流量计使用中检验的一种方法, 并提出开展使用中检验的技术要求:在被检验流量计安装到管路上投入使用后的1个月内进行第一次检验, 以后按至少1次/a的周期进行;流量计使用中进行检验时必须携带上一次检验报告;检查流量计系数在上一次检定后没有变化。

上述技术要求明确了气体超声流量计完成实流检定后, 1个月内应进行第一次声速检验, 检验结论合格后, 按至少1次/a的周期开展声速检验。在周期声速检验中, 本次与上次检验结果偏离较大, 应及时提出开展实流检定, 避免流量计性能异常变化引起的计量纠纷。

采用声速检验法进行使用中检验, 其技术要求如表3所示。

3 声速检验法与实流检定的比对实验

为验证声速检验法与实流检定结果的一致性, 国家站抽样了17台不同厂家、不同型号、不同口径的气体超声流量计, 在国家站北京检定室开展实流比对实验。为确保实验结论的可靠性, 国家站对参加测试的标准设备进行了以下准备。

3.1 流量标准装置

北京检定室的天然气实流检定装置:量值溯源于国家站南京分站, 流量测量不确定度优于0.29% (k=2) , 流量测量复现性优于0.1%, 流量测量稳定性优于0.2%。开展测试前, 用多台核查标准进行流量测试, 各流量点流量偏差优于0.1%。

3.2 温度、压力变送器

北京检定室的温度变送器最大允许误差优于±0.1℃, 压力变送器准确度等级为0.05级, 均量值溯源于国家站的计量标准。国家站与中国计量院、上海计量院进行了温度、压力标准装置的量值比对, 比对结果一致。

3.3 理论声速计算软件

国家站根据AGA No.10号报告, 编制了一套理论声速计算软件, 采用报告中列举了三种计算条件, 对计算过程中间和最终输出计算数据进行比对, 偏差小于0.0001%。为进一步验证软件计算结果的准确性, 采用AGA No.8号报告提供Amarillo、Gulf Coast、Ekofisk、High N2和High CO2五种混合物的组成, 对不同温度、压力条件下的压缩因子进行了比对, 偏差小于0.001%。

3.4 在线气相色谱

北京检定室具备在线气相色谱分析仪, 定量重复性优于1%, 具备中国计量院的校准证书。在开始测试前, 充分预热, 并采用一等标气进行自校。实验结果如表4所示。

4 声速检验法的跟踪测试

为了发现超声流量计声速偏差的变化趋势, 国家站选择了18余台气体超声流量计进行了3年的声速偏差测量跟踪。这些流量计均为新表, 口径、声道数量、型式、应用场站都有一定代表性。其中, 10台流量计场站设施完善, 在计量站对超声流量计长期进行声速监测;其余8台流量计由于不具备现场声速检验的条件, 在周期检定时, 在检定站进行声速偏差测量。实验结果见图1、图2。

如图1、图2所示, 气体超声流量计的声速偏差会随着运行时间发生变化, 变化的方向性不一致, 3年内的声速偏差都在控制限内。

在长期监控超声流量计声速变化的计量站上, 两次发现了声速异常情况。经排查, 一次为上游管道施工遗留异物造成, 取出后声速指标恢复正常;一次为天然气组分更新不及时造成, 更新后恢复正常。

5 结论

通过上述实验, 验证了声速检验法测试结论的可靠性是比较高的, 技术指标是合理的。声速检验法作为气体超声流量计在线监测手段, 可以大幅提高计量管理水平, 及时发现流量计的异常情况, 采取相应措施, 可以避免异常运行引起的计量纠纷。同时, 声速检验法还是国家检定规程规定的一种使用中检验方法, 完善了超声流量计的实流检定程序, 有效延长超声流量计的检定周期, 降低企业运营成本, 对企业节能降耗发挥了应有的作用。另外, 声速检验法的技术指标已经在国家标准GB/T18601—2014《用气体超声流量计测量天然气流量》中引用, 作为产品技术指标, 提高了超声流量计的技术门槛, 确保超声流量计的测量准确性, 保证了交接双方的合法权益。

结合实践, 声速检验法在应用中还需注意以下几点:

1) 开展声速检验法, 管道内气体流速不宜过低, 否则会受环境温度影响, 影响判定结果。

2) 信号检查不合格的超声流量计, 应及时维修, 不适用开展声速检验法。

3) 在声速检验法现场实践中, 发现部分计量站场不满足表1或表2的要求, 声速检验结果往往与实流检定结论大相径庭。

参考文献

[1]全国流量容量计量技术委员会.超声流量计检定规程:JJG1030—2007[S].北京:中国质检出版社, 2007.

气体腰轮流量计比对实验结果篇8

计量比对是指在规定条件下, 在相同的计量标准所复现或保持的量值之间进行比较、分析和评价的过程。计量比对一般由主管行政部门下达给专业计量技术委员会进行。专业计量技术委员会确定主导实验室;主导实验室选择传递标准并确定传递标准的参考值, 然后将传递标准送到各参比实验室进行比对;各个参比实验室对传递标准进行比对实验, 将实验结果及其不确定度分析一并上报主导实验室;主导实验室将各个参比实验室的比对实验结果按规定汇总分析, 给出各个参比实验结果的归一化偏差和比对结果;专业计量技术委员将比对结果及计量标准继续使用、整改或撤消的建议上报主管行政部门。甘肃省计量研究院按要求参加了全国流量技术委员会组织的全国气体流量标准装置的计量比对。

1 测量方法

1.1 传递标准

主导实验室选择的传递标准为DELTA S-FLOW G100 DN50型气体腰轮流量计, 仪表系数为比对参数 (盲样) , 测量范围为 (8～165) m3/h, 准确度等级为0.5级。

1.2 计量标准

甘肃省计量研究院参加比对的计量标准为负压法临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置, 测量范围为 (2～4 000) m3/h, DN50～ DN200, 相对扩展不确定度为0.30%。

1.3 测量方法

将临界流文丘里喷嘴法气体流量标准装置中的组合喷嘴作为标准表, 把气体腰轮流量计串联到检表管线中, 联接相关电信号, 在0.7qmax～ qmax下运行30min以上, 进入比对实验, 按比对实施细则设置流量点, 在工况状态下, 由装置自动记录流过气体腰轮流量计的气体流量、温度、压力和流量计发出的脉冲数, 依据JJG 633-2005 《气体容积式流量计》国家计量检定规程计算规定时间内流过气体腰轮流量计的气体体积和仪表系数。

2 数学模型和方差

根据JJG 633-2005 《气体容积式流量计》公式 (3) , 比对传递标准气体腰轮流量计的仪表系数为:

kv=N/Vs (1)

式中:kv——腰轮流量计的仪表系数, 1/m3;

N——腰轮流量计输出的脉冲数, 1;

Vs——标准装置测得的修正到腰轮流量计处的实际气体体积, m3。

由式 (1) 可得仪表系数的相对方差和灵敏系数为:

ucr2 (kv) =c2 (N) ur2 (N) +c2 (Vs) ur2 (Vs)

其中:相对灵敏系数c (N) =1, c (Vs) =-1。代入上式:

ucr2 (kv) =ur2 (N) +ur2 (Vs) (2)

式中:ur (N) ——气体腰轮流量计输出脉冲数重复测量的相对标准不确定度;

ur (Vs) ——标准装置测得实际气体体积的相对标准不确定度。

3 标准不确定度的评定

3.1 气体腰轮流量计输出脉冲数重复测量的相对标准不确定度ur (N)

比对实验中, 气体腰轮流量计输出脉冲数不重复所引入的相对标准不确定度, 依据JJG 633-2005《气体容积式流量计》, 用极差法计算。每个流量点的实验次数为6次, n=6, 极差系数取C=2.53, 在流量为150 m3/h 点, 仪表系数测量值 (1/m3) 为:20 864.7, 20875.8, 20 864.0, 20 852.4, 20 859.1, 20 853.1, 其平均值为20 861.5 (1/m3) 。则:

ur1 (N) = 0. 04%

在流量为50 m3/h 点, 仪表系数测量值 (1/m3) 为:20 853.1, 20 843.7, 20 845.5, 20 848.0, 20 853.5, 20 846.0, 其平均值为20 848.3 (1/m3) 。则:

ur2 (N) = s (N) =0.02%。

3.2 标准装置测得实际气体体积的相对标准不确定度Ur (Vs)

根据标准装置上级部门出具的检定证书, 其相对扩展不确定度Ur=0.30%, 包含因子k1=2。装置的扩展不确定度已经包含了音速喷嘴喉部的截面积、实际气体的临界流函数、音速流喷嘴的流出系数、喷嘴滞止压力和温度、空气的压缩系数、通用气体常数、气体摩尔质量、流量计处压力和温度以及计时器的不准等影响因素所引入的标准不确定度, 所以音速喷嘴气体流量标准装置测得实际气体体积的相对标准不确定度为:

undefined。

4 相对合成标准不确定度

将ur (N) 和ur (Vs) 代入式 (2) , 计算合成相对标准不确定度, 在流量为150 m3/h 点上:

uundefined (KV) =ur12 (N) +uundefined (VS)

=0.04%2+0.15%2

ucr1= 0.155%

在流量为50 m3/h 点上:

uundefined (KV) =ur22 (N) +uundefined (VS)

=0.02%2+0.15%2

ucr2= 0.151%

5 扩展不确定度

根据JJF1059中的7.2 .a) 条, 取k=2, 则相对扩展不确定度为: