煤矿管道气体流量传感器温度压力补偿方法

高文平

摘要：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。

关键词：瓦斯抽放；温度补偿；压力补偿

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）12-0244-02

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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。

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【通联编辑：朱宝贵】