確定氣體測量儀精度的方法
2023-06-02 01:48:56
專利名稱:確定氣體測量儀精度的方法
本發明涉及氣體流量測量，特別涉及對一高壓管道中的氣體測量儀精度的測定。
在同一天提交的共同待批(CO-Pending)備審案目錄號為01AM42187的申請中揭示了一種裝置以用於安置對處於氣體管道中的氣量計進行現場校正而配置的一個音速噴咀。當採用這一裝置時，由於氣體通過音速噴咀的速度是恆定的，在已知噴咀入口區的速度、噴咀喉部面積以及由氣量表測量氣體流量的時間情況下，可將真正的流量同由氣量表測得的流量進行比較，以便確定該氣量表的精度。採用此法的困難在於測定氣體在音速情況下通過噴咀口時的速度。對理想氣體來說，在音速情況下，通過噴咀口時的速度(Vt)為Vt＝K R Tt]]>(1)其中K是比熱率(the ratio of specific heats);
R是氣體成份的相關常數;和Tt是入口溫度(°R)利用這一方程的基本問題在於不能測量入口溫度以及R和K的量又取決於氣體成份。
本發明的前述和其他目的是根據這樣一些原理來獲得的;對高壓氣體提供一條旁通管路，在該旁通管中插入一個儀表和一個小噴咀，該噴咀和儀表在貝爾校準儀(Bell prover)上作過校正。在這根旁通道內進行測量，以確定精度方程內，與氣體成份有關的因數。由於在旁通管道和主管道中所呈現的氣體是相同的，所以利用這些因數以及其他易於測得的量，諸如溫度和壓力等，去測定與一個較大音速噴咀相串聯的管道氣量表的精度。
通過以下結合唯一的一張附圖的說明，我們將對上述發明的概要了解得更清楚，該附圖是以圖解說明在實施本發明時所採用設備的示意圖。
參照附圖，該圖顯示了一個部分閥門位置，管道12輸入的高壓氣體的體積由氣量表14測得，然後通過管道16，其壓力下降至一個連續分布的較低的出口壓力。在正常工作期間，閥門18打開而閥門20被關閉。因此，在管道12中的氣體通過儀表14，經閥門18、壓力調節閥22而進入出口管道16。手動操作的閘閥24和26是常開的，只有在應急或維修時才關閉。
當人們想要校正儀表14時，則關閉閥18並打開閥20，以便在通過儀表14後，氣體流過管道28，通過音速噴咀30(該噴咀按前面引證過的共同待批專利申請而裝備)，通過管道32到管道16，與此同時，閥門34打開，使氣體能流過旁通管道36。管道36上加入了一個壓力容器42，而在該容器內配置了氣量表44。表44的入口46是朝著壓力容器42的內部打開的，而表44的出口48通過管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下的一隻小音速噴咀52通過儀表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。
為完成根據本發明的各項計算而備有一臺計算機60，為此，下面將作詳盡地說明。該臺計算機接收來自儀表14和44的信息作為其輸入流量信息，同時接收由處於氣體流不同點的傳感器所提供的壓力和溫度輸入。計算機60還控制由閥18，20，30和34所控制的電磁閥的動作。
根據本發明，利用下列作為通過音速噴咀30的氣體流量的關係。該關係可在假設通過噴咀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)，並假設等熵過程包含在通過噴咀30的氣流內的情況下從方程(1)導出Qn＝CdAtC＊ZnR Tn]]>…… (2)其中Qn是噴咀30上遊的體積流量率;
Cd是噴咀30的流量輸出係數，它考慮了通常限制在邊界層的由磨擦產生的影響;
At是噴咀30的頸部面積;
C＊R]]>是一個與氣體成份有關的因子;
Zn是氣體流入噴咀30的超壓縮性因子;和Tn是噴咀30上遊氣體的溫度，當所有通過儀表的氣體也通過噴咀30時，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是測試時間;
Vm是儀表14所指示的體積(PmTnZn)/(PnTmZm)是儀表14和噴咀30之間標準氣體定律的修正量。上述方程可化簡為
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的大小可被測得，而Zm，Cd，At和C＊R]]>的大小需被確定。
要確定的第一項是C＊ZnR]]>的值。由於同一氣體流量以實際上相同的壓力流過儀表14和噴咀30，則Zm＝Zn。再者，該值與噴咀的大小無關。因此可採用一個小噴咀52來確定C＊ZnR]]>值。對小噴咀52來說，方程(2)變為Qns＝CdsAtsC＊ZnR Tn s]]>＝ (V1)/(t2) (5)式中Tns是噴咀52上遊的溫度;
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所測得的體積和t2是測試時間然後要測量的是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氣體(最好是氮)，以不同的高壓通入一貝爾校準儀來預先測定。
由氣體定律已經知道(PbVb)/(TbZb) = (PnsVns)/(TnsZns) (7)其中下標「b」係指貝爾，下標「ns」係指小噴咀52，以及P，V，T和Z分別指壓力，體積，溫度和超壓縮性。通過噴咀的體積Vns等於體積流率(Qns)乘以時間(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)由於在貝爾(校準儀)中的氣體是與流過噴咀的氣體相同，而且他們在相同的壓力下，Zb＝Zns則從方程(9)可導出Cd sAt s=VbtPbPn sTn sTb1ZbC＊R Tn s]]>(10)由於氮的全部性能是眾所周知的，並已有文獻記載;ZbC＊R]]>是已知值。這樣，由於方程(10)的右邊的其它量是很容易測得的，所以即可測定排放係數。頸部面積因子CdsAts。
現在再返回來談方程(3)，我們可假設儀表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為精度%＝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為精度%＝100× (Qm)/(Qn) ＝Vmt×PmPn×TnTm×Cd sAt st2Tn sCdAtTnV1×100 .]]>(12)方程(12)中可能未知或測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係數項。然而對較小的噴咀來說，這些項易於通過上述採用的貝爾校準儀法或其它用於較大尺寸噴咀的測量和數學方法來預定，因此儀表14的精度是可以確定的。
這樣，這裡揭示了一種用於確定一個氣體測量儀精度的改進方法。人們知道，上述的實施例僅僅是本發明原理的應用說明，在不脫離本發明的精神和範圍情況下，本領域內的技術人員可能設想出大量的其它裝置和方法，本發明的精神和範圍由所附權利要求
限定。
權利要求
1.用於確定高壓管道中的氣體測量儀精度的方法，特徵在於包括以下步驟(a)提供一個第一極限流量裝置同上述儀器相串接；(b)採用一種已知氣體和一臺貝爾校準儀，確定作為一個第二個較小的極限流量裝置的排放因子。頸部面積係數(CdsAts)，其中Cd sAt s=VbtPbPn sTn sTb1ZbC＊R Tn s]]>而ZbC＊R]]>對所述已知氣體是一個已知量；(c)通過以下步驟(C1-C5)確定所述管道中氣體的係數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遊側；(c4)在給定時間(t2)內，測量通過所述儀表的氣體體積(V1)；(c5)計算C1＊Z1R1=V1Cd sAt st2Ts 2;]]>(d)在預定時間(t)期間，測量通過所述儀器的體積(Vm)及儀表壓力(Pm)和溫度(Tm)和第一裝置壓力(Pn)和溫度Tn)；[e]用下式計算所述儀器的精度百分比精度％＝VmtPmPnTnTmCd sAt st2Tn sCdAtTnV1×100 .]]>
專利摘要
為對處於高壓氣體管道中的儀表進行校正而採用與該儀表串聯的音速噴嘴。布置一條旁通管道，並在其內進行測量，以確定為規定通過噴嘴流量之用的氣體成分相關的係數。
文檔編號G01F25/00GK86100663SQ86100663
公開日1986年11月12日 申請日期1986年1月30日
發明者歐文·A·希克斯, 羅伯特·S·雅各布森, 戴維·F·基, 小喬治·W·施奈德 申請人:美國儀表公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan