渦街流量計帶溫壓補償的核心目的是消除流體溫度、壓力變化對測量精度的影響,確保最終測量結果(尤其是氣體、蒸汽等可壓縮流體的體積流量或質量流量)能真實反映實際工況下的流體輸送量。要理解這一設計的必要性,需從渦街流量計的測量原理、流體特性(尤其是可壓縮性)以及工業測量需求三個維度展開分析:
渦街流量計基于卡門渦街原理工作:流體流經管道內的漩渦發生體(如柱狀、三角柱)時,會在發生體兩側交替產生漩渦,漩渦的產生頻率(f)與流體的實際流速(v) 呈嚴格線性關系,公式為:
f = St × v / d
其中:
通過傳感器檢測漩渦頻率 f,即可反算出流體的工況體積流量(Qv 工況)(Qv 工況 = 流速 v × 管道截面積 A)。
但問題在于:工況體積流量(Qv 工況)受溫度、壓力影響極大—— 尤其是氣體、蒸汽等可壓縮流體,溫度升高或壓力降低時,流體體積會膨脹(密度減小),此時即使 “工況體積流量" 不變,實際輸送的 “流體質量" 也會減少;反之則質量增加。而工業場景中,用戶最終需要的往往是標準狀態下的體積流量(Qv 標準,如 0℃/101.325kPa)或質量流量(Qm),而非受工況波動影響的 “瞬時體積"。
溫壓補償的本質是通過實時檢測流體的工況溫度(T 工況) 和工況壓力(P 工況),結合流體的物理特性(如氣體常數、壓縮因子),將 “工況體積流量" 修正為 “標準體積流量" 或 “質量流量",確保測量結果與實際輸送量一致。
不同流體的補償邏輯略有差異,但核心都是基于 “密度修正"—— 因為流量的本質是 “單位時間內輸送的流體質量",而質量 = 體積 × 密度(Qm = Qv 工況 × ρ 工況),且流體密度(ρ)與溫度、壓力直接相關。
氣體的密度嚴格遵循理想氣體狀態方程(實際氣體需引入壓縮因子 Z 修正):
ρ 工況 = (P 工況 × M) / (Z × R × T 工況)
其中:
可見:氣體密度 ρ 工況與壓力 P 工況成正比,與溫度 T 工況成反比 —— 溫度升高 10℃或壓力降低 0.1MPa,都會導致密度顯著變化,進而使 “工況體積流量" 與 “實際質量" 脫節。
舉例:假設管道內輸送空氣,標準狀態(0℃/101.325kPa)下密度 ρ 標準≈1.293kg/m3;若工況變為 25℃/0.8MPa(絕對壓力),則 ρ 工況≈(0.8×10? Pa × 29g/mol) / (1×8.314 J/(mol?K) × 298K) ≈ 9.2kg/m3。此時,若渦街流量計測得 “工況體積流量 10m3/h",實際質量流量為 92kg/h;若不補償直接按 “標準體積" 計算(10m3/h ×1.293kg/m3=12.93kg/h),誤差會高達6 倍以上,無法滿足工業計量需求。
因此,對于天然氣、蒸汽、壓縮空氣等可壓縮流體,溫壓補償是渦街流量計實現 “準確計量" 的必要條件。
液體的可壓縮性極低(如水的體積膨脹系數約 0.0002/℃),溫度、壓力變化對其密度的影響遠小于氣體,因此多數情況下(如常溫常壓的水、油輸送),渦街流量計可不帶溫壓補償,直接用工況體積流量近似替代實際流量。
但特殊工況下(如高溫高壓的導熱油、液態烴),溫度升高會導致液體密度明顯下降,壓力升高也可能產生微小壓縮效應 —— 此時若對測量精度要求高(如貿易結算、精密化工配料),仍需通過溫壓補償修正密度偏差,進一步降低測量誤差(通常可將誤差從 ±1% 縮小到 ±0.5% 以內)。
渦街流量計的溫壓補償并非單純 “加傳感器",而是通過 “硬件采集 + 軟件計算" 的閉環實現:
硬件采集:在流量計本體或管道上集成溫度傳感器(如 PT100 鉑電阻,測量范圍 - 200~600℃)和壓力傳感器(如擴散硅壓力變送器,測量范圍 0~10MPa),實時采集工況下的 T 工況和 P 工況;
軟件計算:流量計內部的微處理器根據預設的流體類型(如空氣、蒸汽、水),調用對應的密度修正公式(如理想氣體方程、液體密度溫度修正公式),將 “原始工況體積流量(Qv 工況)" 修正為:
輸出結果:最終將修正后的 “標準體積流量" 或 “質量流量" 通過 4-20mA、RS485 等信號輸出給控制系統,滿足計量、控制需求。
簡言之:溫壓補償是渦街流量計從 “測量流速" 到 “準確計量實際輸送量" 的關鍵橋梁,尤其對可壓縮流體,沒有補償的渦街流量計,其測量結果幾乎不具備工業參考價值