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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(cè)量系統(tǒng)，關(guān)鍵是求取蒸汽密度，歸納起來(lái)主要是采用數(shù)字模擬法和查表法兩類(lèi)辦法。

（1）用數(shù)學(xué)模型求取蒸汽密度

在工程設(shè)計(jì)和計(jì)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(wú)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，下面列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(diǎn)是簡(jiǎn)單，適用于飽和蒸汽，其表達(dá)式為： 

式（3.18）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(shí)，由于誤差太大，就不適用了。因?yàn)閷?duì)于飽和蒸汽來(lái)說(shuō)，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(gè)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(duì)應(yīng)的不同密度計(jì)算式。

式（3.19）描述的是一條曲線，用它來(lái)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(jì)算過(guò)熱蒸汽密度，其中著名的有烏卡諾維奇狀態(tài)方程：

  (2)計(jì)算機(jī)查表法

上面所說(shuō)的通過(guò)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。現(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(jì)算機(jī)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。

現(xiàn)在國(guó)際上通用的蒸汽密度表是根據(jù)“工業(yè)用1967年IFC公式”計(jì)算出來(lái)的。1963年于紐約舉行的第八屆國(guó)際水蒸氣性質(zhì)會(huì)議上，成立了國(guó)際公式委員會(huì)(IFC)。若干年后，該委員會(huì)提出了國(guó)際公認(rèn)的“工業(yè)用1967年IFC公式”及“通用和科研用1968年IFC公式”。21年后在1984年于莫斯科舉行的第十屆國(guó)際蒸汽性質(zhì)會(huì)議上，又廢除了“通用和科研用1968年IFC公式”。因此，“工業(yè)用1967年 IFC公式”仍是當(dāng)前廣泛使用的權(quán)威公式。

  由于這個(gè)原因，在蒸汽流量測(cè)量方面，人們?nèi)匀黄毡槭褂么蠹冶容^熟悉的已使用多年的根據(jù)IFC67公式編制的蒸汽密度表(比容表)。

下面以典型智能流量演算器為例說(shuō)明自動(dòng)查表的實(shí)施方法。

在智能流量演算器的EPROM中寫(xiě)入3個(gè)蒸汽密度表，1號(hào)表是過(guò)熱蒸汽密度表，另外兩個(gè)是飽和蒸汽密度表，采用的都是國(guó)際蒸汽密度表1967IFC公式計(jì)算出來(lái)的。其中，過(guò)熱蒸汽密度表有蒸汽溫度和蒸汽壓力兩個(gè)自變量。2號(hào)表是蒸汽壓力為自變量。3號(hào)表是蒸汽溫度為自變量。這樣，測(cè)得蒸汽溫度或測(cè)得蒸汽壓力都能通過(guò)查表求得蒸汽密度。究竟是選查ρ=f(p)表格還是p=f(t)表格，則在填寫(xiě)組態(tài)菜單時(shí)由用戶自己選定。

①查表的優(yōu)先權(quán)問(wèn)題

過(guò)熱蒸汽的密度隨蒸汽溫度、壓力變化的關(guān)系是三維空間中的一個(gè)曲面，有兩個(gè)自變量，因此在查密度表時(shí)就存在一個(gè)優(yōu)先權(quán)的問(wèn)題。若先從壓力查起，就稱壓力優(yōu)先；若先從溫度查起，就稱溫度優(yōu)先。

而對(duì)于飽和蒸汽，若選壓力補(bǔ)償，則為壓力優(yōu)先；若選溫度補(bǔ)償，則為溫度優(yōu)先。

上述三種情況優(yōu)先關(guān)系由用戶在填寫(xiě)菜單時(shí)指定，如表3.4所列。

②蒸汽狀態(tài)判別問(wèn)題

典型流量演算器具有蒸汽狀態(tài)判別功能。根據(jù)判別結(jié)果，查不同的密度表。以過(guò)熱蒸汽為例，在圖3.9所示的查表示意圖中，從壓力測(cè)定值p₀出發(fā)去查溫度，如果溫度測(cè)定值大于飽和溫度t₁，則判別蒸汽為“過(guò)熱蒸汽”，查1號(hào)密度表，例如，t=t₂，則ρ=ρ_f2。如果溫度測(cè)定值小于t₁，則判別蒸汽狀態(tài)為“過(guò)飽和蒸汽”，查2號(hào)密度表，ρ=ρ_f1，此時(shí)，溫度信號(hào)與壓力信號(hào)不平衡，所以，儀表自診斷顯示“000800”代碼，表示蒸汽狀態(tài)已進(jìn)入飽和區(qū)。

③飽和蒸汽密度求取方法

如果優(yōu)先指定欄內(nèi)填入2(壓力優(yōu)先)，則手動(dòng)設(shè)定溫度置100℃，從壓力測(cè)定值出發(fā)查出飽和溫度。因?yàn)榇藭r(shí)溫度信號(hào)取手動(dòng)設(shè)定值，所以判別蒸汽狀態(tài)為“過(guò)飽和蒸汽”(如圖3.10所示)，查2號(hào)表。

如果優(yōu)先指定欄內(nèi)填入1(溫度優(yōu)先)，則手動(dòng)設(shè)定壓力一般置22MPa(密度表中壓力上限)，從溫度測(cè)定值出發(fā)查飽和壓力。因?yàn)榇藭r(shí)壓力信號(hào)取手動(dòng)設(shè)定值，所以判別蒸汽狀態(tài)為“過(guò)飽和蒸汽”(如圖3.11所示)，查3號(hào)表。

上面所談的蒸汽密度求取方法，用戶不一定都要搞清楚，其原因在于用戶只須根據(jù)自己所用的流體參數(shù)選擇合適的補(bǔ)償方法，并在菜單中填入有關(guān)數(shù)據(jù)即可。但是對(duì)于飽和蒸汽究竟是采用壓力補(bǔ)償還是溫度補(bǔ)償?shù)故呛苤匾摹?/span>

④直接查表法

有的儀表制造商采用的是直接查表法，即儀表內(nèi)存放的三張蒸汽密度表由編碼開(kāi)關(guān)指定其選用：采用壓力補(bǔ)償?shù)娘柡驼羝?，?jīng)編碼開(kāi)關(guān)選擇直接查以壓力為自變量的飽和蒸汽密度表；采用溫度補(bǔ)償?shù)娘柡驼羝?，?jīng)編碼開(kāi)關(guān)選擇直接查以溫度為自變量的飽和蒸汽密度表；對(duì)于過(guò)熱蒸汽，經(jīng)編碼開(kāi)關(guān)選擇直接查以溫度和壓力為自變量的過(guò)熱蒸汽密度表。編碼開(kāi)關(guān)設(shè)置完畢，長(zhǎng)期使用。