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3.1.3 用渦街流量計測量蒸汽質(zhì)量流量
渦街流量計是體積流量計，即流體雷諾數(shù)在一定范圍內(nèi)，其輸出只與體積流量成正比。
渦街流量計的輸出有頻率信號和模擬信號兩種，模擬輸出是在頻率輸出的基礎(chǔ)上經(jīng)f/I轉(zhuǎn)換得到的。這一轉(zhuǎn)換大約要損失0.1％精確度。所以用來測量蒸汽流量時，用戶更愛選用頻率輸出。
頻率輸出渦街流量計更受熱力公司等用戶歡迎的另外幾個原因如下。
a. 頻率輸出渦街流量計價格略低（非智能型）。
b. 頻率輸出渦街流量計滿量程修改更方便，只需對可編程流量演算器面板上的按鍵按規(guī)定的方法進(jìn)行簡單的操作就可實現(xiàn)。
c. 由頻率輸出渦街流量計輸出的頻率信號計算蒸汽質(zhì)量流量，只需知道流體當(dāng)前工況，而模擬輸出渦街流量計的溫壓補償只是對當(dāng)前工況偏離設(shè)計工況而引起的誤差進(jìn)行補償，因此，不僅需知道當(dāng)前工況，還需知道設(shè)計工況。后一種工況數(shù)據(jù)常常因為時間推移或人事變遷導(dǎo)致資料遺失而引起誤差，相比之下，頻率輸出渦街流量計卻不會有此問題。詳見本書第8章8.6節(jié)分析。
頻率輸出渦街流量計測量質(zhì)量流量的表達(dá)式為
qm=3.6  (3.13)
式中 qm――質(zhì)量流量，kg/h；
f――渦街流量計輸出頻率，P/s；
Kt――工作狀態(tài)下的流量系數(shù)，P/L；
ρf――流體密度，kg/m3。
當(dāng)被測流體為過熱蒸汽時，可以
ρf＝f(pf,tf) (3.14)
查表求得工作狀態(tài)下的流體密度。 |
當(dāng)被測流體為飽和蒸汽時，可以
ρf=f(pf) (3.15)
或 ρf=f(tf) (3.16)
查表求得工作狀態(tài)下的流體密度，其原理同前節(jié)所述。
在式（3.13）中，ρf應(yīng)是渦街流量計出口的流體密度，因此，pf的測壓點應(yīng)取在渦街流量計出口的規(guī)定管段上。
有些研究表明，臨界飽和狀態(tài)蒸汽經(jīng)減壓后會發(fā)生相變，即從飽和狀態(tài)為過熱狀態(tài)，這是，將其仍作為飽和蒸汽從式（3.15）或式（3.16）的關(guān)系求取ρf，必將引入較大誤差[2]。如果出現(xiàn)這種情況，應(yīng)進(jìn)行溫度壓力補償。
3.1.4蒸汽密度求取方法比較
從上面的分析可知，工程上普遍使用的推導(dǎo)式蒸汽質(zhì)量流量測量系統(tǒng)，關(guān)鍵是求取蒸汽密度幾十年以來，人們?yōu)榇俗髁舜罅垦芯抗ぷ�。歸納起來主要是采用數(shù)學(xué)模擬法和查表法兩類方法。
⑴ 用數(shù)學(xué)模型求取蒸汽密度 在工程設(shè)計和計算中，工程師們經(jīng)常需要求取蒸汽密度數(shù)據(jù)，采用的傳統(tǒng)方法是由蒸汽的狀態(tài)數(shù)據(jù)查蒸汽密度表。但是未采用微處理器前，這種人工查表的方法還無法移植進(jìn)儀表，而仍采用數(shù)學(xué)模型的方法。人們建立了多種的數(shù)學(xué)模型以滿足不同的需要，下面例舉使用最廣泛的幾種。
① 一次函數(shù)法。這種方法的顯著特點是簡單，適用于飽和蒸汽，其表達(dá)式為
ρ＝Ap+B (3.17)
式中 ρ――蒸汽密度，kg/m3；
p――流體絕對壓力，MPa；
A、 B――系數(shù)和常數(shù)。
式（3.17）不足之處是僅在較小的壓力范圍內(nèi)變化適用，壓力變化范圍較大時，由于誤差太大，就不適用了。因為對于飽和蒸汽來所，ρ＝f（p）是一條曲線，用一條直線擬合它，范圍越大，當(dāng)然誤差越大。
解決這個矛盾的方法是分段擬合，即在不同的壓力段采用不同的系數(shù)和常數(shù)。表3.2所示為不同壓力段對應(yīng)的不同密度計算式。
表3.2 不同壓力段的密度計算式
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壓力范圍/MPa |
密度計算式ρ/（kg/m3） |
壓力范圍/MPa |
密度計算式ρ/（kg/m3） |
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0.1～0.32 |
ρ1＝5.2353＋0.0816 |
1.00～2.00 |
ρ4＝4.9008＋0.2465 |
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0.32～0.70 |
ρ2＝5.0221＋0.1517 |
2.00～2.60 |
ρ5＝4.9262＋0.1992 |
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0.70～1.00 |
ρ3＝4.9283＋0.2173 |
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② 用指數(shù)函數(shù)擬合密度曲線。使用較多的是
ρf＝AP  （3.18）
式（3.18）描述的是一條曲線，用它來擬合飽和蒸汽的ρ＝f（P）曲線能得到更高的精確度，但是在壓力變化范圍較大的情況下，仍有千分之幾的誤差。
③ 狀態(tài)方程法。狀態(tài)方程法用于計算過熱蒸汽密度，其中著名的有烏卡諾維奇狀態(tài)方程：
 （3.19）
式中 p――壓力，Pa；
v――比體積，m3/kg；
R――氣體常數(shù)，R＝461J/（kg.K）；
T――溫度，K；
F1(T)=(b0+b1φ+…+b5φ5)×10-9；
F2(T)=(c0+c1φ+…+c8φ8)×10-16；
F3(T)=(d0+d1φ+…d8φ8)×10-23；
b0＝-5.01140 c0=-29.133164 d0=+34.551360
b1=+19.6657 c1=+129.65709 d1=+230.69622
b2=-20.9137 c2=-181.85576 d2=-657.21885
b3=+2.32488 c3=+0.704026 d3=+1036.1870
b4=+2.67376 c4=+247.96718 d4=-997.45125
b5=-1.62302 c5=-264.05235 d5=+555.88940
c6=+117.60724 d6=-182.09871
c7=-21.276671 d7=+30.554171
c8=+0.5248023 d8=-1.99178134
φ=103/T
⑵ 計算機查表法 上面所說的通過數(shù)學(xué)模型求取蒸汽密度的誤差都是同人工查密度表方法相比較而言�，F(xiàn)在智能化儀表將蒸汽密度表裝入其內(nèi)存中，在CPU的控制下，模仿人工查表的方法，采用計算機查表與線性內(nèi)插相結(jié)合的技術(shù)，能得到與人工查表相同的精確度。 |
