随着能源短缺的不断加剧和科技水平的逐步提高，工业生产中对流量测量，特别是气体和蒸汽测量精度要求也越来越高。气体和蒸汽具有可压缩性，其流量与测量温度和压力均相关。

 

       若标定时气体（或蒸汽）的温度为 T0，压力为 P0，标定流量为 Q0；当前测量条件：温度为 T1，压力为 P1。由理想气体状态方程得到，此时的工况流量 Q1： 

       Q1=P1T0/P0T1Q0            （2-1） 

       其中 Q0为标定流量，P

       1为当前压力，P0为标定压力，T1为当前温度，T0为标定温度。 

 

       若 T1= T0，P1= 1.03P0，则当前工况流量 Q1比 Q0大 3%，即测量误差为 3%（一般仪表的精度都优于 3%）。所以，当测量介质为气体或蒸汽时，若测量条件（主要指温度压力条件）改变，就无法保证该仪表的测量精度，因此对高精度气体和蒸汽流量的计量需要添加在线温压补偿环节。

 

       目前能够实现对气体和蒸汽计量的流量计很多，主要有涡街流量计，金属管浮子流量计，涡轮流量计，孔板流量计等，然而在这些流量检测仪表中，除了涡街流量计以外，其余基本不具有在线温压补偿功能。 金属管浮子流量计因其结构简单、成本低、稳定性高、对仪表前后直管段要求不高、维护方便等优点，使其成为工业自动化过程控制中非常常用的流量测量仪表之一。然而受多方面因素的影响，目前在线温压补偿功能金属管浮子流量计的研究仍处于初始阶段。 

 

       本章主要介绍金属管浮子流量计在线温压补偿模块的研究与设计。首先，分析金属管浮子流量计的刻度换算方法；然后分析金属管浮子流量计的在线温压补偿功能的设计要领。 

 

2.2 金属管浮子流量计的刻度换算 

       金属管浮子流量计的刻度换算问题，实际上就是要确定浮子处于同一高度 h 时不同流体介质所反映的流量。 

 

（1）蒸汽流量的刻度换算 

       流量计用于测量蒸汽时，制造厂是用标准状态（温度 T0=20 ℃，压力P0=101325Pa）下清洁的水作为标定介质来进行标定的。通过测量蒸汽的温度和压力，来确定其是饱和蒸汽还是过热蒸汽，然后通过查过热蒸汽表或饱和蒸汽表，

确定当前状态下，测量介质的密度。然后通过下面的论述实现蒸汽流量刻度的变

换。 

 

       设ρ0 、0q 和0α 分别表示金属管浮子流量计标定介质的密度、体积流量及流量系数；

       而 ρ 、vq 和α 分别表示使用时蒸汽的密度、体积流量及流量系数，则根据式（1-2）可得

式中：Df  是浮子非常大直径，m；A

       f  是浮子迎流面积，m2；V

       f  是浮子体积，m3；

       ϕ 为孔板的锥角，°；fρ 是浮子密度，m3，h 为浮子的高度位置，m。 

 

比较上述两式，可得出vq 与q0之间关系为

 

       流量系数α 是一个与雷诺数 Re 和流量计结构相关的系数。当蒸汽的粘度与标定介质的粘度相差不大时，可以不考虑α 的影响，认为α =α 0，所以式（2-3）可以改写为

       上述公式也适合液体介质。若被测介质的粘度变化太大，流量系数随雷诺数的变化也较大时，则应考虑对粘度的修正或进行实流标定。 

（2）气体流量的刻度换算 

        流量计用于测量气体时，制造厂是用标准状态（温度 T0=20 ℃，压力P0=101325Pa）下空气作为标定介质来进行标定的。如果被测气体的密度与空气的密度不同时，应对其进行刻度换算。 对于气体来说，由于浮子的密度一般要比流体介质的密度大得多，因此可以认为fρ −ρ =fρ0 −ρ ，根据式（2-4），测量气体时流量换算公式可以写为 

式中ρ0 为标定介质标定时的密度，kg/m3；ρ 为被测介质在使用状态（P，T）下的密度，kg/m3；vq 为使用状态的流量，m3/h； 

 

用金属管浮子流量计测量干燥空气流量时，由于介质没有变化，只考虑状态的修正。

 

使用压力不太高时，认为空气的压缩系数为 1，根据 ρ =P/RT 的气体的刻度换算公式为

用金属管浮子流量计测量非空气介质时，可直接使用时（2-5）计算，要注意 ρ 为被测介质在使用状态下的密度。也可以将被测介质密度和所处状态分开修正，在被测介质压力不大高时，认为被测介质的压缩系数为 1，根据 ρ =P/RT 的气体的刻度换算公式为 

 

式中ρ01 为使用气体在刻度状态下而非使用状态下的密度，kg/m3；ρ 为被测介质在使用状态（P，T）下的密度，kg/m3；T 和 T0为热力学温度，K； p 为绝对压力。