專(zhuān)利名稱:確定氣體測(cè)量?jī)x精度的方法
本發(fā)明涉及氣體流量測(cè)量，特別涉及對(duì)一高壓管道中的氣體測(cè)量?jī)x精度的測(cè)定。
在同一天提交的共同待批(CO-Pending)備審案目錄號(hào)為01AM42187的申請(qǐng)中揭示了一種裝置以用于安置對(duì)處于氣體管道中的氣量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校正而配置的一個(gè)音速噴咀。當(dāng)采用這一裝置時(shí)，由于氣體通過(guò)音速噴咀的速度是恒定的，在已知噴咀入口區(qū)的速度、噴咀喉部面積以及由氣量表測(cè)量氣體流量的時(shí)間情況下，可將真正的流量同由氣量表測(cè)得的流量進(jìn)行比較，以便確定該氣量表的精度。采用此法的困難在于測(cè)定氣體在音速情況下通過(guò)噴咀口時(shí)的速度。對(duì)理想氣體來(lái)說(shuō)，在音速情況下，通過(guò)噴咀口時(shí)的速度(Vt)為Vt＝K R Tt]]>(1)其中K是比熱率(the ratio of specific heats);
R是氣體成份的相關(guān)常數(shù);和Tt是入口溫度(°R)利用這一方程的基本問(wèn)題在于不能測(cè)量入口溫度以及R和K的量又取決于氣體成份。
本發(fā)明的前述和其他目的是根據(jù)這樣一些原理來(lái)獲得的;對(duì)高壓氣體提供一條旁通管路，在該旁通管中插入一個(gè)儀表和一個(gè)小噴咀，該噴咀和儀表在貝爾校準(zhǔn)儀(Bell prover)上作過(guò)校正。在這根旁通道內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，以確定精度方程內(nèi)，與氣體成份有關(guān)的因數(shù)。由于在旁通管道和主管道中所呈現(xiàn)的氣體是相同的，所以利用這些因數(shù)以及其他易于測(cè)得的量，諸如溫度和壓力等，去測(cè)定與一個(gè)較大音速噴咀相串聯(lián)的管道氣量表的精度。
通過(guò)以下結(jié)合唯一的一張附圖的說(shuō)明，我們將對(duì)上述發(fā)明的概要了解得更清楚，該附圖是以圖解說(shuō)明在實(shí)施本發(fā)明時(shí)所采用設(shè)備的示意圖。
參照附圖，該圖顯示了一個(gè)部分閥門(mén)位置，管道12輸入的高壓氣體的體積由氣量表14測(cè)得，然后通過(guò)管道16，其壓力下降至一個(gè)連續(xù)分布的較低的出口壓力。在正常工作期間，閥門(mén)18打開(kāi)而閥門(mén)20被關(guān)閉。因此，在管道12中的氣體通過(guò)儀表14，經(jīng)閥門(mén)18、壓力調(diào)節(jié)閥22而進(jìn)入出口管道16。手動(dòng)操作的閘閥24和26是常開(kāi)的，只有在應(yīng)急或維修時(shí)才關(guān)閉。
當(dāng)人們想要校正儀表14時(shí)，則關(guān)閉閥18并打開(kāi)閥20，以便在通過(guò)儀表14后，氣體流過(guò)管道28，通過(guò)音速噴咀30(該噴咀按前面引證過(guò)的共同待批專(zhuān)利申請(qǐng)而裝備)，通過(guò)管道32到管道16，與此同時(shí)，閥門(mén)34打開(kāi)，使氣體能流過(guò)旁通管道36。管道36上加入了一個(gè)壓力容器42，而在該容器內(nèi)配置了氣量表44。表44的入口46是朝著壓力容器42的內(nèi)部打開(kāi)的，而表44的出口48通過(guò)管50引出。管道50中的氣體仍處在高壓下。工作在極限流量狀態(tài)下的一只小音速噴咀52通過(guò)儀表44控制著體積流量率。為得到極限流量，必須要有足夠的壓力降。
為完成根據(jù)本發(fā)明的各項(xiàng)計(jì)算而備有一臺(tái)計(jì)算機(jī)60，為此，下面將作詳盡地說(shuō)明。該臺(tái)計(jì)算機(jī)接收來(lái)自儀表14和44的信息作為其輸入流量信息，同時(shí)接收由處于氣體流不同點(diǎn)的傳感器所提供的壓力和溫度輸入。計(jì)算機(jī)60還控制由閥18，20，30和34所控制的電磁閥的動(dòng)作。
根據(jù)本發(fā)明，利用下列作為通過(guò)音速噴咀30的氣體流量的關(guān)系。該關(guān)系可在假設(shè)通過(guò)噴咀30的流量是一維的(即在任何橫截面上流體的性能均是一致的)，并假設(shè)等熵過(guò)程包含在通過(guò)噴咀30的氣流內(nèi)的情況下從方程(1)導(dǎo)出Qn＝CdAtC＊ZnR Tn]]>…… (2)其中Qn是噴咀30上游的體積流量率;
Cd是噴咀30的流量輸出系數(shù)，它考慮了通常限制在邊界層的由磨擦產(chǎn)生的影響;
At是噴咀30的頸部面積;
C＊R]]>是一個(gè)與氣體成份有關(guān)的因子;
Zn是氣體流入噴咀30的超壓縮性因子;和Tn是噴咀30上游氣體的溫度，當(dāng)所有通過(guò)儀表的氣體也通過(guò)噴咀30時(shí)，該儀表的精度百分比由下列方程給定精度%＝100× (Qm)/(Qn) ＝Vmt×PmPn×TnTm×ZnZm×1CdAtC＊ZnRTn×100]]>(3)式中t是測(cè)試時(shí)間;
Vm是儀表14所指示的體積(PmTnZn)/(PnTmZm)是儀表14和噴咀30之間標(biāo)準(zhǔn)氣體定律的修正量。上述方程可化簡(jiǎn)為
精度%＝100× (Qm)/(Qn) ＝Vmt×PmPn×TnTm×1Zm×1CdAtC＊RTn×100]]>(4)在方程(4)中，V＊m，t，Pm，Pn，Tn和Tm的大小可被測(cè)得，而Zm，Cd，At和C＊R]]>的大小需被確定。
要確定的第一項(xiàng)是C＊ZnR]]>的值。由于同一氣體流量以實(shí)際上相同的壓力流過(guò)儀表14和噴咀30，則Zm＝Zn。再者，該值與噴咀的大小無(wú)關(guān)。因此可采用一個(gè)小噴咀52來(lái)確定C＊ZnR]]>值。對(duì)小噴咀52來(lái)說(shuō)，方程(2)變?yōu)镼ns＝CdsAtsC＊ZnR Tn s]]>＝ (V1)/(t2) (5)式中Tns是噴咀52上游的溫度;
Cds是噴咀52的排放因子;
Ats是小噴咀52的頸部面積;
V1是由儀表44所測(cè)得的體積和t2是測(cè)試時(shí)間然后要測(cè)量的是V1，t2和Tns。因此C1＊ZnR=V1Cd sAt st2Tn s]]>(6)
上述方程(6)中，只有排放因子與頸部面積相乘所表示出的因子CdsAts是未知的。該因子可將一種已知?dú)怏w(最好是氮)，以不同的高壓通入一貝爾校準(zhǔn)儀來(lái)預(yù)先測(cè)定。
由氣體定律已經(jīng)知道(PbVb)/(TbZb) = (PnsVns)/(TnsZns) (7)其中下標(biāo)“b”系指貝爾，下標(biāo)“ns”系指小噴咀52，以及P，V，T和Z分別指壓力，體積，溫度和超壓縮性。通過(guò)噴咀的體積Vns等于體積流率(Qns)乘以時(shí)間(t)。這樣，該方程可表示為Vns＝Qnsxt＝CdsAtsC＊ZnsR Tn s]]>xt. (8)又得PbVbTbZb=Pn sCd sAs tTn sZn sC＊Zn sR Tn s.]]>(9)由于在貝爾(校準(zhǔn)儀)中的氣體是與流過(guò)噴咀的氣體相同，而且他們?cè)谙嗤膲毫ο?，Zb＝Zns則從方程(9)可導(dǎo)出Cd sAt s=VbtPbPn sTn sTb1ZbC＊R Tn s]]>(10)由于氮的全部性能是眾所周知的，并已有文獻(xiàn)記載;ZbC＊R]]>是已知值。這樣，由于方程(10)的右邊的其它量是很容易測(cè)得的，所以即可測(cè)定排放系數(shù)。頸部面積因子CdsAts。
現(xiàn)在再返回來(lái)談方程(3)，我們可假設(shè)儀表14處氣體的超壓縮性是同噴咀30處的相同，則Zm＝Zn，而且精度百分比方程變?yōu)榫?＝100× (Qm)/(Qn) =Vmt×PmPn×TnTm×1CdAtC＊ZnRTn×100]]>(11)將方程(6)代入上式，則精度百分比方程變?yōu)榫?＝100× (Qm)/(Qn) ＝Vmt×PmPn×TnTm×Cd sAt st2Tn sCdAtTnV1×100 .]]>(12)方程(12)中可能未知或測(cè)不到的僅僅是作為音速噴咀30的排放因子和頸部面積相乘表示出的系數(shù)項(xiàng)。然而對(duì)較小的噴咀來(lái)說(shuō)，這些項(xiàng)易于通過(guò)上述采用的貝爾校準(zhǔn)儀法或其它用于較大尺寸噴咀的測(cè)量和數(shù)學(xué)方法來(lái)預(yù)定，因此儀表14的精度是可以確定的。
這樣，這里揭示了一種用于確定一個(gè)氣體測(cè)量?jī)x精度的改進(jìn)方法。人們知道，上述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明原理的應(yīng)用說(shuō)明，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍情況下，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可能設(shè)想出大量的其它裝置和方法，本發(fā)明的精神和范圍由所附權(quán)利要求
限定。
權(quán)利要求
1.用于確定高壓管道中的氣體測(cè)量?jī)x精度的方法，特征在于包括以下步驟(a)提供一個(gè)第一極限流量裝置同上述儀器相串接；(b)采用一種已知?dú)怏w和一臺(tái)貝爾校準(zhǔn)儀，確定作為一個(gè)第二個(gè)較小的極限流量裝置的排放因子。頸部面積系數(shù)(CdsAts)，其中Cd sAt s=VbtPbPn sTn sTb1ZbC＊R Tn s]]>而ZbC＊R]]>對(duì)所述已知?dú)怏w是一個(gè)已知量；(c)通過(guò)以下步驟(C1-C5)確定所述管道中氣體的系數(shù)C1＊Z1R1]]>；(c1)在所述管道上提供一條旁通管；(c2)在所述旁通管中提供一個(gè)儀表；(c3)在所述旁通管中將所述第二極限流量裝置安裝在緊靠所述儀表的下游側(cè)；(c4)在給定時(shí)間(t2)內(nèi)，測(cè)量通過(guò)所述儀表的氣體體積(V1)；(c5)計(jì)算C1＊Z1R1=V1Cd sAt st2Ts 2;]]>(d)在預(yù)定時(shí)間(t)期間，測(cè)量通過(guò)所述儀器的體積(Vm)及儀表壓力(Pm)和溫度(Tm)和第一裝置壓力(Pn)和溫度Tn)；[e]用下式計(jì)算所述儀器的精度百分比精度％＝VmtPmPnTnTmCd sAt st2Tn sCdAtTnV1×100 .]]>
專(zhuān)利摘要
為對(duì)處于高壓氣體管道中的儀表進(jìn)行校正而采用與該儀表串聯(lián)的音速噴嘴。布置一條旁通管道，并在其內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，以確定為規(guī)定通過(guò)噴嘴流量之用的氣體成分相關(guān)的系數(shù)。
文檔編號(hào)G01F25/00GK86100663SQ86100663
公開(kāi)日1986年11月12日 申請(qǐng)日期1986年1月30日
發(fā)明者歐文·A·?？怂? 羅伯特·S·雅各布森, 戴維·F·基, 小喬治·W·施奈德 申請(qǐng)人:美國(guó)儀表公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan