CN203616228U - 一种气体密度在线测量装置 - Google Patents

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齐增海
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Abstract

一种气体密度在线测量装置，它包括恒流器、节流器、差压传感器和计算机，所述恒流器的入口端接被测气体，出口端经节流器与大气连接，所述差压传感器的两个气压输入接口分别与节流器的节流孔两侧的取压管连接，其信号输出端接计算机的输入端口。本实用新型让被测气体连续通过恒流器和节流器，并利用差压传感器实时测量节流器两侧的差压，由计算机根据该差压信号计算被测气体的密度，从而实现气体密度的在线测量。该装置结构简单、成本低廉，测量结构准确可靠，为混合气体流量的精确计量以及气体密度的精确控制创造了条件。

Description

一种气体密度在线测量装置
技术领域
本实用新型涉及一种用于在线精确测量混合气体密度的装置，属测量技术领域。
背景技术
气体密度是混合气体（如煤气、天然气等）流量计量中所需的重要参数之一，只有获得了准确的气体密度，才能得到准确的气体流量。由于气体密度的测量难度较大，现有的流量计量方法一般采用间断式采样分析或估计的办法来确定气体密度，大大降低了计量精度，影响了计费的公平性。如各天然气加气站对天然气流量进行计量时，密度参数采用手工输入，常造成很大的贸易争端。城市煤气计量以及工业生产中对气体密度的计量和控制也存在同样的问题。
基于震荡原理的气体密度测量方法可以实现气体密度的精确在线测量，该方法是让被测气体进入一个震荡筒体，然后根据气体密度与震筒谐振频率的函数关系求得气体的密度值。但由于这种方法对震筒加工精度和频率测量装置分辨率的要求都很高，因而计量装置的制造成本和维护费用居高不下，极大地限制了计量装置的推广和应用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种制造成本低、测量精度高的气体密度在线测量装置。
本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：
一种气体密度在线测量装置， 构成中包括恒流器、节流器、差压传感器和计算机，所述恒流器的入口端接被测气体，出口端经节流器与大气相通，所述差压传感器的两个气压输入接口分别与节流器的节流孔两侧的取压管连接，其信号输出端接计算机的输入端口。
上述气体密度在线测量装置，构成中还包括温度传感器，所述温度传感器安装在节流阀的出口侧，其信号输出端接计算机的输入端口。
上述气体密度在线测量装置，所述恒流器的入口端设置有减压阀，在减压阀与恒流器之间的管路上设置有气体压力传感器，所述气体压力传感器的信号输出端接计算机的输入端口。
本实用新型让被测气体连续通过恒流器和节流器，并利用差压传感器实时测量节流器两侧的差压，由计算机根据该差压信号计算被测气体的密度，从而实现气体密度的在线测量。该装置结构简单、成本低廉，测量结构准确可靠，为混合气体流量的精确计量以及气体密度的精确控制创造了条件。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是节流器的结构示意图。
图中各标号清单为：1、减压阀；2、恒流器；3、节流器；4、温度传感器；5、差压传感器；6、压力传感器；7、计算机；8、节流孔；9、取压管。
具体实施方式
     参看图1，本实用新型包括减压阀1、恒流器2、节流器3、温度传感器4、差压传感器5、压力传感器6和计算机7。
测量原理：
充满管道的流体经过管道内的节流装置，流束将在节流件处形成局部收缩，于是在节流件前后产生了差压（压力差）△P，根据流动连续性原理和伯努利方程可推导出流体密度ρ与差压△P和体积流量qV的函数关系：
qV=C/(1-β4)0.5×ε×π/4×d2×(2×△P/ρ)0.5    ，
ρ=2×△P/(qV/C/(1-β4)0.5×ε×π/4×d2)2  ，
其中， C：流出系数；d：节流孔直径；β：节流器的节流孔直径d与两端管路内径的比值；ε：可膨胀系数。
    可见密度ρ与差压△P和差压qV有直接关系；其它相对参数稳定，即使有变化也很小，可以通过校准的方法解决。在密度ρ、差压△P、流量qV中，如果把流量qV固定则密度ρ和 差压△P呈如下关系：
ρ=K△P，
K =2/(qV/C/(1-β4)0.5×ε×π/4×d2)2 ，
其中各参数通常作为常数使用：qV：恒流器体积流量，可达0.2%稳定度；C：对于确定的节流孔，气体流量在设定值的300%范围内变化时可视为常数；β：常数；ε：与静压、差压、等熵指数有关，由于流体直接排入大气，差压值本身很小，所以视为常数；d：节流孔直径，常数。当环境参数（如大气压力、环境温度等）发生变化时，上述参数会受到影响，这时可利用标准样气校准的方法来进行修正。
本装置工作时，被测气体经减压阀1减压，恒流器2恒流，再经节流器3排入大气，差压传感器5连续测量节流器3的节流孔两侧差压，计算机7实时采集节流孔两侧差压信号、气体温度信号，采用伯努利方程计算得到实际工况下（测量温度、差压值下的）气体的密度ρ，再通过理想气态方程（PTV方程）计算出标况（20℃，一个大气压下）下的密度ρ0 ：
理想气态方程：ρ0=ρ×（P0×T）/（P×T0），
其中：ρ0、P0、T0 为标准状况下被测气体的密度、绝对压力、绝对温度；ρ、T、 P为实际工况下被测气体的密度、绝对压力、绝对温度。工作过程中计算机7通过压力传感器6监测恒流器2入口端的压力，当该压力超出设定范围时停止测量并发出报警信号。
由于节流器3的出口端直接通大气，所以理想气态方程中所用到的压力值取自差压值。

Claims (3)

1.一种气体密度在线测量装置，其特征是，它包括恒流器（2）、节流器（3）、差压传感器（5）和计算机（7），所述恒流器（2）的入口端接被测气体，出口端经节流器（3）与大气相通，所述差压传感器（5）的两个气压输入接口分别与节流器（3）的节流孔（8）两侧的取压管（9）连接，其信号输出端接计算机（7）的输入端口。
2.根据权利要求1所述气体密度在线测量装置，其特征是，构成中还包括温度传感器（4），所述温度传感器（4）安装在节流阀（3）的出口侧，其信号输出端接计算机（7）的输入端口。
3.根据权利要求1或2所述气体密度在线测量装置，其特征是，所述恒流器（2）的入口端设置有减压阀（1），在减压阀（1）与恒流器（2）之间的管路上设置有气体压力传感器（6），所述气体压力传感器（6）的信号输出端接计算机（7）的输入端口。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105715252A (zh) * 2014-12-03 2016-06-29 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院 一种地层压力计算方法

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