一種氣體密度在線測量方法
【專利摘要】一種氣體密度在線測量方法，它利用一個測量裝置完成參數(shù)測量，所述測量裝置由恒流器、節(jié)流器、差壓傳感器和計算機組成，所述恒流器的入口端接被測氣體，出口端經(jīng)節(jié)流器與大氣相通，所述差壓傳感器的兩個氣壓輸入接口分別與節(jié)流器的節(jié)流孔兩側(cè)的取壓管連接，其信號輸出端接計算機的輸入端口；測試時，使被測氣體不間斷地依次流經(jīng)恒流器和節(jié)流器，同時測量節(jié)流器兩端的壓力差△?P，然后利用下式計算被測氣體的密度ρ：ρ=2×△P/(qV/C/(1-β4)0.5×ε×π/4×d2)2。本發(fā)明不僅實現(xiàn)了氣體密度的在線測量，而且測量裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，測量結(jié)構(gòu)準確可靠，為混合氣體流量的精確計量以及氣體密度的精確控制創(chuàng)造了條件。
【專利說明】一種氣體密度在線測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠在線精確測量混合氣體密度的方法，屬測量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體密度是混合氣體(如煤氣、天然氣等)流量計量中所需的重要參數(shù)之一，只有獲得了準確的氣體密度，才能得到準確的氣體流量。由于氣體密度的測量難度較大，現(xiàn)有的流量計量方法一般采用間斷式采樣分析或估計的辦法來確定氣體密度，大大降低了計量精度，影響了計費的公平性。如各天然氣加氣站對天然氣流量進行計量時，密度參數(shù)采用手工輸入，常造成很大的貿(mào)易爭端。城市煤氣計量以及工業(yè)生產(chǎn)中對氣體密度的計量和控制也存在同樣的問題。
[0003]基于震蕩原理的氣體密度測量方法可以實現(xiàn)氣體密度的精確在線測量，所述方法是讓被測氣體進入一個震蕩筒體，然后根據(jù)氣體密度與震筒諧振頻率的函數(shù)關(guān)系求得氣體的密度值。但由于這種方法對震筒加工精度和頻率測量裝置分辨率的要求都很高，因而計量裝置的制造成本和維護費用居高不下，極大地限制了計量裝置的推廣和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種新的氣體密度在線測量方法，在保證測量精度的同時，降低測量成本。
[0005]本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種氣體密度在線測量方法，它利用一個測量裝置完成參數(shù)測量，所述測量裝置由恒流器、節(jié)流器、差壓傳感器和計算機組`成，所述恒流器的入口端接被測氣體，出口端經(jīng)節(jié)流器與大氣相通，所述差壓傳感器的兩個氣壓輸入接口分別與節(jié)流器的節(jié)流孔兩側(cè)的取壓管連接，其信號輸出端接計算機的輸入端口 ；
測試時，使被測氣體不間斷地依次流經(jīng)恒流器和節(jié)流器，同時測量節(jié)流器兩端的壓力差Λ P，然后利用下式計算被測氣體的密度P:
P =2X Δ P/(qv/C/(l-^4)°-5X ε X ji /4Xd2)2 ，
其中，％為恒流器設(shè)定的體積流量；C為流出系數(shù)；d為節(jié)流器中部的節(jié)流孔直徑；β為節(jié)流器的節(jié)流孔直徑d與兩端管路內(nèi)徑D的比值；ε為可膨脹系數(shù)。
[0006]上述氣體密度在線測量方法，在完成被測氣體密度P的計算后，根據(jù)理想氣態(tài)方程以及被測氣體的溫度T和壓力P，計算出被測氣體在標準狀況(20°C，一個大氣壓)下的密度值Ptl:
P0=P X (P0XT) / (PXT0)
其中，Ptl >T0分別為標準狀況下的絕對壓力和絕對溫度。
[0007]上述氣體密度在線測量方法，為防止恒流器入口端的壓力波動給測量結(jié)果造成不良影響，應(yīng)在恒流器入口端設(shè)置減壓閥并利用壓力傳感器對恒流器入口端的氣體壓力進行監(jiān)測。[0008]本發(fā)明根據(jù)流動連續(xù)性原理和伯努利方程計算被測氣體的密度，不僅實現(xiàn)了氣體密度的在線測量，而且測量裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，測量結(jié)構(gòu)準確可靠，為混合氣體流量的精確計量以及氣體密度的精確控制創(chuàng)造了條件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。
[0010]圖1是本發(fā)明所用測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是節(jié)流器的 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中各標號清單為:1、減壓閥；2、恒流器；3、節(jié)流器；4、溫度傳感器；5、差壓傳感器；6、壓力傳感器；7、計算機；8、節(jié)流孔；9、取壓管。
[0012]文中所用符號為:Λ P、差壓；P、密度；qv、體積流量；C、流出系數(shù)；d、節(jié)流孔直徑；β:節(jié)流器的節(jié)流孔直徑d與兩端管路內(nèi)徑的比值；ε:可膨脹系數(shù)；P ^、標準狀況下被測氣體的密度；Ρο、標準狀況絕對壓力Jtl、為標準狀況絕對溫度；P、實際工況下被測氣體的密度；Τ、實際工況下被測氣體的絕對壓力；P、實際工況下被測氣體的絕對溫度。
【具體實施方式】
[0013]一.測量裝置
參看圖1，本發(fā)明所用的測量裝置主要包括恒流器2、節(jié)流器3、差壓傳感器5和計算機7，所述恒流器2的入口端接被測氣體，出口端經(jīng)節(jié)流器3與大氣相通，所述差壓傳感器5的兩個氣壓輸入接口分別與節(jié)流器3的節(jié)流孔8兩側(cè)的取壓管9連接，其信號輸出端接計算機7的輸入端口。
[0014]在節(jié)流閥3的出口側(cè)安裝有溫度傳感器4，其信號輸出端接計算機7的輸入端口。在恒流器2的入口端設(shè)置有減壓閥1，在減壓閥I與恒流器2之間的管路上設(shè)置有氣體壓力傳感器6,氣體壓力傳感器6的信號輸出端接計算機7的輸入端口。
[0015]二.理論依據(jù)
充滿管道的流體經(jīng)過管道內(nèi)的節(jié)流裝置，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，于是在節(jié)流件前后產(chǎn)生了差壓(壓力差)Δ P，根據(jù)流動連續(xù)性原理和伯努利方程可推導(dǎo)出流體密度P與差壓Λ P和體積流量qv的函數(shù)關(guān)系:
qv=C/(l-^4)°.5Χ ε X ji /4Xd2X (2X Δ P/ P )α5 ，
P =2X AP/(qv/C/(l-^4)°.5Χ ε X ji /4Xd2)2 ，
其中，C:流出系數(shù)；d:節(jié)流孔直徑；β:節(jié)流器的節(jié)流孔直徑d與兩端管路內(nèi)徑的比值；ε:可膨脹系數(shù)。
[0016]可見密度P與差壓Λ P和差壓qv有直接關(guān)系；其它相對參數(shù)穩(wěn)定，即使有變化也很小，可以通過校準的方法解決。在密度P、差壓Λ P、流量qv中，如果把流量qv固定則密度P和差壓Λ P呈如下關(guān)系:
P =K Δ P,
K =2/(qv/C/(l-^4)°.5Χ ε X ji /4Xd2)2，
其中各參數(shù)通常作為常數(shù)使用:恒流器體積流量，可達0.2%穩(wěn)定度；C:對于確定的節(jié)流孔，氣體流量在設(shè)定值的300%范圍內(nèi)變化時可視為常數(shù)；β:常數(shù)；ε:與靜壓、差壓、等熵指數(shù)有關(guān)，由于流體直接排入大氣，差壓值本身很小，所以視為常數(shù)；d:節(jié)流孔直徑，常數(shù)。當環(huán)境參數(shù)(如大氣壓力、環(huán)境溫度等)發(fā)生變化時，上述參數(shù)會受到影響，這時可利用標準樣氣校準的方法來進行修正。
[0017]三.本方法的原理
1、使氣體減壓、恒流，再使恒流氣體連續(xù)通過節(jié)流孔，通過連續(xù)測量節(jié)流針孔兩側(cè)的差壓，采用伯努利方程，計算得到實際工況下(測量溫度、差壓值下的)氣體的密度P，再通過理想氣態(tài)方程(PTV方程)計算出標況(20°C，一個大氣壓下)下的密度P0:
P0=P X (P0XT)/ (PXT0),
其中:P 0、P0、 T0為標準狀況下被測氣體的密度、絕對壓力、絕對溫度；P、T、P為實際工況下被測氣體的密度、絕對壓力、絕對溫度。
[0018]由于節(jié)流器后直接通大氣，所以理想氣態(tài)方程中所用到的壓力值取自差壓值。
[0019]2、采用恒流器使被測氣體的體積流量qv保持恒定。
[0020]另外，圖1中壓力傳感器的作用是監(jiān)測被測氣體經(jīng)減壓閥減壓后的壓力，該壓力必須保持在一個較小的范圍內(nèi)。采用溫度傳感器測量氣體的溫度是為了將實際工況密度折算到標況密度。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體密度在線測量方法，其特征是，它利用一個測量裝置完成參數(shù)測量，所述測量裝置由恒流器(2)、節(jié)流器(3)、差壓傳感器(5)和計算機(7)組成，所述恒流器(2)的入口端接被測氣體，出口端經(jīng)節(jié)流器(3)與大氣相通，所述差壓傳感器(5)的兩個氣壓輸入接口分別與節(jié)流器(3)的節(jié)流孔(8)兩側(cè)的取壓管(9)連接，其信號輸出端接計算機(7)的輸入端口 ； 測量時，使被測氣體不間斷地依次流經(jīng)恒流器和節(jié)流器，同時測量節(jié)流器兩端的壓力差Λ P，然后利用下式計算被測氣體的密度P:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣體密度在線測量方法，其特征是，在完成被測氣體密度P的計算后，還應(yīng)利用理想氣態(tài)方程以及被測氣體的溫度T和壓力P，計算出被測氣體在標準狀況(20°C，一個大氣壓)下的密度值Ptl:
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述氣體密度在線測量方法，其特征是，在恒流器入口端設(shè)置減壓閥并利用壓力傳感器對恒流器入口端的氣體壓力進行監(jiān)測。
【文檔編號】G01N7/10GK103616313SQ201310624179
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】齊增海 申請人:齊增海