CN110455363A - 气体质量流量计以及气体质量流量测量方法 - Google Patents

气体质量流量计以及气体质量流量测量方法 Download PDF

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梁智彪
陈志勋
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Abstract

本发明提供了一种气体质量流量计以及气体质量流量测量方法。气体质量流量计包括气体工况体积流量计、气体温度传感器、气体压力传感器和二次流量计算仪表，气体工况体积流量计、气体温度传感器、气体压力传感器分别设置在气体流经的管道上，二次流量计算仪表分别与气体工况体积流量计、气体温度传感器、气体压力传感器电性连接。二次流量计算仪表根据测量的差压值、温度值和压力值，按照计算式就可以计算出质量流量。

Description

气体质量流量计以及气体质量流量测量方法
技术领域
本发明涉及流量测量技术领域，具体涉及气体质量流量计和气体质量流量测量方法。
背景技术
化工反应器(反应炉)在化工生产中起着关键作用。加入到化工反应器中的各种参加反应的物料，均需要按化学反应的原理精确计量和控制，才能满足化工产品生成和质量稳定的要求。当前气体流量计的研制得到飞速发展，各种气体质量流量计已经能够满足大多数化工反应物料精确计量的要求。但是，精确度高的气体质量流量计的高昂价格却往往让用户采取牺牲仪表准确度，而用频繁的产品化验和人工操作来调整和控制产品质量。然而，根据产品化验检测数据和人工操作来调整和控制产品质量，将造成产品质量信息反馈滞后，这种产品质量信息反馈的滞后使得重新调整延迟所产生的低品质产品，日积月累所产生经济损失是巨大的。
而且，由于管径越大越难保证测量精度，现有技术中没有DN300以上的常规的质量流量计。
发明内容
针对背景技术中提到的问题，本发明提供一种气体质量流量计以及气体质量流量测量方法。
本发明提供的一种气体质量流量计，用于测量气体流经的管道中气体的质量流量，包括气体工况体积流量计、气体温度传感器、气体压力传感器和二次流量计算仪表，气体工况体积流量计、气体温度传感器、气体压力传感器分别设置在气体流经的管道上，二次流量计算仪表分别与气体工况体积流量计、气体温度传感器、气体压力传感器电性连接。
进一步地，所述气体工况体积流量计为节流式流量计或涡街流量计。
进一步地，所述气体温度传感器为热电偶或热电阻。
进一步地，所述气体工况体积流量计位于所述气体温度传感器的上游，所述气体温度传感器位于所述气体压力传感器的上游。
本发明提供的一种气体质量流量测量方法，包括以下步骤：
通过气体工况体积流量计测量气体流经的管道中两个位置的气体差压值ΔP(第一位置的气压值减去第二位置的气压值得到的差压值)；
通过气体温度传感器测量所述气体流经的管道中的气体温度t；
通过气体压力传感器测量所述气体流经的管道中的气体压力P；
通过二次流量计算仪表，按照下式计算气体质量流量：
式中，ρ工况＝ρ20×[(101+P)×(273.15+20)]/[101×(273.15+t)]
其中，Fc表示流量系数；ΔP表示气体差压值，单位为Pa；d20表示气体流经的管道直径，单位为m；t表示气体温度，单位为℃；P表示气体压力，单位为KPa；ρ工况表示气体密度，单位为kg/m3；ρ20表示气体在20℃标准状态下的密度，单位为kg/m3；G质量表示气体质量流量，单位为t/h。
进一步地，当被测气体为空气时，所述流量系数Fc等于3.366870。
本发明的有益效果：(1)在精度要求为1.5％以内，本发明的气体质量流量计的性价比较高，口径越大性价比越显著；如DN300的常规气体质量流量计价格在50万元以上，而本发明的气体质量流量计全套装置价格不超过15万元。(2)适用管径可以在DN300以上的更大管径，精度控制在3％以内。
附图说明
图1为本发明的气体质量流量计的原理示意图。
图2为本发明的气体质量流量计的结构示意图。
图3为本发明的二次流量计算仪表的电路原理示意图。
附图标记解释：100.气体工况体积流量计，101.节流装置，102.差压变送器，103.第一取压管，104.第二取压管，105.针型阀，106.冷凝罐，107.三阀组，200.气体温度传感器，300.气体压力传感器。400.二次流量计算仪表，500.信号线，600.排污管，700.排污阀，900.气体流经的管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1～3所示，本发明提供的一种气体质量流量计，包括气体工况体积流量计100、气体温度传感器200、气体压力传感器300和二次流量计算仪表400。
其中，气体工况体积流量计100包括节流装置101、第一取压管103、第二取压管104、两个针型阀105、两个冷凝罐106、三组阀107和差压变送器102，节流装置101安装在气体流经的管道900上，差压变送器102通过第一取压管103、第二取压管104与节流装置101连接，第一取压管103、第二取压管104上均设置针型阀105和冷凝罐106。第一取压管103、第二取压管104上均连接有排污管600，排污管600上均设有排污阀700。差压变送器102与二次流量计算仪表400通过信号线500连接，以DC 4～20mA电流信号传输测量到的气体差压信息。
气体温度传感器200采用热电阻Pt100，并安装在气体流经的管道900上。气体温度传感器200通过信号线500连接到二次流量计算仪表400，用于传输测量到的气体温度信息。
气体压力传感器300安装在气体流经的管道900上，其通过信号线500连接到二次流量计算仪表400，用于传输测量到的气体压力信息。
二次流量计算仪表400包括单片微型计算机，以及与单片微型计算机连接的体积流量信号AD转换电路、温度信号调理及AD转换电路、压力信号AD转换电路、设置按键输入电路、LCD显示驱动电路、质量流量DA转换电路。体积流量信号AD转换电路与差压变送器102连接，温度信号调理及AD转换电路与气体温度传感器200连接，压力信号AD转换电路与气体压力传感器300连接，分别将测量到的气体差压、温度、压力信息转换为数字信号。其中，单片微型计算机的型号可以为STM32F103VCT6。单片微型计算机中固化了计算程序通过固化的计算程序算出气体的实时密度，再根据实时密度和实时的气体差压值计算出质量流量。计算程序按照以下公式计算气体质量流量：
式中，ρ工况＝ρ20×[(101+P)×(273.15+20)]/[101×(273.15+t)]
其中，Fc表示流量系数；ΔP表示气体差压值，单位为Pa；d20表示气体流经的管道直径，单位为m；t表示气体温度，单位为℃；P表示气体压力，单位为KPa；ρ工况表示气体密度，单位为kg/m3；ρ20表示气体在20℃标准状态下的密度，单位为kg/m3；G质量表示气体质量流量，单位为t/h。流量系数Fc可以根据国标GB/T2624-93(流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量)确定，在国标GB/T2624-93中流量系数用符号α表示。
质量流量DA转换电路可以与DCS控制系统连接，计算结果可以以DC4～20mA标准仪表电流信号输出送到DCS控制系统中。
实施例1
流经管道900内的被测量介质为空气。有关参数：工作压力P为340KPa；工况温度T为36.3℃；最大流量Q为10000Nm3/h；密度ρ20为1.205kg/m3；工艺管道直径D为φ377*8.5。
气体工况体积流量计100的节流装置101的规格为φ377*8.5，其几何尺寸是：外径D＝377mm(与工艺管道直径D相一致)，内径d＝360mm，Fc＝3.366870；其产生的差压值由差压变送器102测得。差压变送器102的量程范围为0～500Pa；实测差压ΔP＝197Pa。
气体压力传感器300的量程范围为0～100KPa；实测压力P＝340KPa。
气体温度传感器200的量程范围为0～100℃；实测温度t＝36.3℃。
实际测量的差压、温度、压力等参数信号直接接入二次流量计算仪表400进行流量计算：
(1)工作状态下介质密度：
ρ工况＝1.205×[(101+340)×(273.15+20)]/[101×(273.15+36.3)]
ρ工况＝4.9842kg/m3
(2)气体质量流量：

Claims (5)

1.一种气体质量流量计，用于测量气体流经的管道中气体的质量流量，其特征在于：包括气体工况体积流量计、气体温度传感器、气体压力传感器和二次流量计算仪表，气体工况体积流量计、气体温度传感器、气体压力传感器分别设置在气体流经的管道上，二次流量计算仪表分别与气体工况体积流量计、气体温度传感器、气体压力传感器电性连接。
2.根据权利要求1所述的气体质量流量计，其特征在于：所述气体工况体积流量计为节流式流量计或涡街流量计。
3.根据权利要求1所述的气体质量流量计，其特征在于：所述气体温度传感器为热电偶或热电阻。
4.根据权利要求1所述的气体质量流量计，其特征在于：所述气体工况体积流量计位于所述气体温度传感器的上游，所述气体温度传感器位于所述气体压力传感器的上游。
5.一种气体质量流量测量方法，包括以下步骤：
通过气体工况体积流量计测量气体流经的管道中两个位置的气体差压值ΔP；
通过气体温度传感器测量所述气体流经的管道中的气体温度t；
通过气体压力传感器测量所述气体流经的管道中的气体压力P；
通过二次流量计算仪表，按照下式计算气体质量流量：
式中，ρ工况＝ρ20×[(101+P)×(273.15+20)]/[101×(273.15+t)]
其中，Fc表示流量系数；ΔP表示气体差压值，单位为Pa；d20表示气体流经的管道直径，单位为m；t表示气体温度，单位为℃；P表示气体压力，单位为KPa；ρ工况表示气体密度，单位为kg/m3；ρ20表示气体在20℃标准状态下的密度，单位为kg/m3；G质量表示气体质量流量，单位为t/h。
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