CN110553692A - 科里奥利质量流量计及使用其测量气体压力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用科里奥利质量流量计对气体压力进行测量的方法和科里奥利质量流量计，该方法包括：将各种气体的类型及其相应的固有常数存储在存储部中；输入流经科里奥利质量流量计的气体的类型，并且根据输入的气体类型确定流经科里奥利质量流量计的气体的固有常数(N)；对气体的密度(ρ)和温度(T)进行测量；基于气体的固有常数(N)、密度(ρ)和温度(T)，按照气体状态方程P＝f(T,N,ρ)来计算流经科里奥利质量流量计的气体的压力；以及输出或显示气体压力。根据本发明的使用科里奥利质量流量计对气体压力进行测量的方法和科里奥利质量流量计，可以兼容并扩展现有的科里奥利质量流量计的应用，从而降低气体测量的成本。

Description

科里奥利质量流量计及使用其测量气体压力的方法

技术领域

本发明涉及一种科里奥利质量流量计及使用该科里奥利质量流量计对气体压力进行测量的方法。

背景技术

科里奥利质量流量计是运用流体质量流量对振动管振荡的调制作用(即，科里奥利力现象)为基础测量管道内质量流量的流量测量装置。随着自动化水平的提高，许多生产过程都对流量测量提出了新的要求，科里奥利质量流量计由于其能够直接测量质量流量，提供很高的测量精确度而广泛用于流体、特别是气体的质量流量测量。

对于气体物料而言，压力是其重要的测量参数，需要对压力进行监测以将其控制在一定的范围内，从而避免例如产生过压而危及安全等问题。在使用科里奥利质量流量计测量气体流量时，过大的压力会对测试结果产生负面影响，导致误差增大。因此，目前在使用科里奥利质量流量计对气体质量流量进行测量时，通常需要单独设置例如测压仪、压力变送器等专用的测压装置。然而，这种方式使得气体测量装置的成本高昂，并且安装及维护过程复杂。

因此，需要一种能够克服上述缺点的用于气体测量的装置和方法。

这里，应当指出的是，本部分中所提供的技术内容旨在有助于本领域技术人员对本发明的理解，而不一定构成现有技术。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种使用科里奥利质量流量计对气体压力进行测量的方法以及一种具有压力测量功能的科里奥利质量流量计。

根据本发明的一个方面，提供了一种测量气体压力的方法，该方法使用科里奥利质量流量计对气体压力进行测量，其特征在于，该方法包括下述步骤：

a).将各种气体的类型及其相应的固有常数存储在存储部中；

b).输入流经科里奥利质量流量计的气体的类型，并且根据输入的气体的类型确定流经科里奥利质量流量计的气体的固有常数(N)；

c).对流经科里奥利质量流量计的气体的密度(ρ)和温度(T)进行测量；

d).基于流经科里奥利质量流量计的气体的固有常数(N)、密度(ρ)和温度(T)，按照气体状态方程P＝f(T,N,ρ)来计算流经科里奥利质量流量计的气体的压力；以及

e).输出或显示流经科里奥利质量流量计的气体的压力。

优选地，气体状态方程包括理想气体方程、范德华方程、S-R-K方程、P-R方程和R-K方程中的一者。

优选地，气体的固有常数N至少包括气体的摩尔质量M。

优选地，测量气体压力的方法以预定周期执行步骤c)和步骤d)，从而获得气体的实时压力。

优选地，测量气体压力的方法还包括步骤f)：将获得的气体压力发送至科里奥利质量流量计以用于调节对质量流量的测量。

根据本发明的另一个方面，提供了一种科里奥利质量流量计，其特征在于，包括：存储部，该存储部存储各种气体的类型及其相应的固有常数；输入部，该输入部接收流经科里奥利质量流量计的气体的类型；测量部，该测量部对流经科里奥利质量流量计气体的密度(ρ)和温度(T)进行测量；计算部，该计算部与存储部、输入部和测量部相连接，计算部基于流经科里奥利质量流量计的气体的类型确定其固有常数N并且按照气体状态方程P＝f(T,N,ρ)来计算流经科里奥利质量流量计的气体的压力；以及输出部，该输出部与计算部相连接以输出或显示压力。

优选地，气体状态方程包括理想气体方程、范德华方程、S-R-K方程、P-R方程和R-K方程中的一者。

优选地，气体的固有常数N至少包括气体的摩尔质量M。

优选地，计算部设定预定的周期，测量部基于该预定的周期对气体的温度和密度进行测量，并且计算部依据测得的数值基于预定的周期进行计算，从而获得气体的实时压力。

优选地，科里奥利质量流量计还包括反馈部，计算部将气体压力发送至反馈部以用于使科里奥利质量流量计对质量流量的测量进行调节。

根据本发明的实施方式的使用科里奥利质量流量计测量气体压力的方法及科里奥利质量流量计能够兼容并扩展现有的科里奥利质量流量计的应用，从而降低气体测量的成本。

根据本发明的实施方式的使用科里奥利质量流量计测量气体压力的方法及科里奥利质量流量计具有优异的可操作性，用户仅需要输入流经科里奥利质量流量计的气体类型，即可同时输出气体的质量流量、压力、密度等参数。

根据本发明的实施方式的使用科里奥利质量流量计测量气体压力的方法及科里奥利质量流量计具有计算简便、过程清晰、精确度高等优点。

根据本发明的实施方式的使用科里奥利质量流量计测量气体压力的方法及科里奥利质量流量计能够将获得的压力值发送至科里奥利质量流量计以对质量流量的测量进行调节控制。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施方式的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。在附图中：

图1为示出根据本发明的科里奥利质量流量计的示例性结构的框图；

图2示出根据本发明的实施方式的使用科里奥利质量流量计对气体压力进行测量的方法的示例性过程的流程图；

图3为示出使用根据本发明的实施方式获得的氢气压力与实际的氢气压力随密度和温度变化的曲线图；

图4示出根据本发明的实施方式的科里奥利质量流量计的变送器的示意图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施方式。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元件和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

图1是根据本发明的科里奥利质量流量计10的示例性结构的框图，该科里奥利质量流量计10能够计量流体介质，例如燃气或天然气等气体。科里奥利质量流量计10的主体部分包括以实线框指示的存储部100、输入部200、测量部300、计算部400和输出部500。计算部400与存储部100、输入部200和测量部300相连接以接收来自各部件的关于气体的数据和/或信息，并且，计算部400还连接至输出部500以将获得的气体压力发送至输出部500。可选地，根据本发明实施方式的科里奥利质量流量计10还可以包括与输出部500相连的反馈部600，其在图1中以虚线框指示。

特别地，存储部100中存储有各种气体的类型及其对应的气体的固有常数。优选地，在科里奥利质量流量计10出厂前预先将气体的类型及其相应的固有常数存储在存储部100中。固有常数N包括气体常数R、气体的摩尔质量M、气体的临界点温度Tc、气体的临界点压力Pc、以及其他气体常数中的一者或者更多者。在下面的表1中示例性地示出了常见气体及其相对应的固有常数，应当理解的是，这里列举的气体类型及固有常数仅为示例性的，也可以包括任何其他的气体类型和其他合适的气体固有常数。应当指出的是，根据测量的实际需求可以选择表1中所列举的参数中的一者或更多者来进行计算，例如在压力测量精度要求不高的情况下，可以仅选取气体常数R和摩尔质量M作为固有常数N来进行计算。此外，由于气体常数R与气体类型无关，任意类型气体的气体常数R均为8.3144,在存储时仅需写入一次即可。存储部100可以为任意适合的存储部，例如RAM类型或ROM类型的存储器。输入部200可以为按钮、键盘或其他类型的输入机构。

表1

根据本发明实施方式的测量部300包括用于测量流经科里奥利质量流量计10的气体的温度的RTD测温装置。此外，测量部300还包括用于测量气体密度的装置，流经科里奥利质量流量计的物料的密度是利用测得的振动管道的运动频率来确定的，测定科里奥利质量流量计中流动物料的密度的方法在现有技术中已经知道，在此不再赘述。计算部400可以为集成在科里奥利质量流量计10中的中央处理单元CPU或其他类型的微处理器。计算部400读取存储部100中存储的信息，基于用户输入的流经科里奥利质量流量计的气体类型确定该气体对应的固有常数N。并且，计算部400从测量部300获得关于气体温度T和密度ρ的测量值，基于气体的固有常数N以及温度T和密度ρ的测量值，根据气体状态方程计算流经科里奥利质量流量计的气体的压力。输出部500可以为科里奥利质量流量计的变送器20的输出显示屏500’，如图3所示并且将在下文中详细描述的，当然，输出部500也可以为其他类型的输出机构。

上面对根据本发明的示例性实施方式的科里奥利质量流量计进行了说明。下面结合附图详细说明根据本发明的一个实施方式的使用科里奥利质量流量计对气体压力进行测量的方法。

图2示出了根据本发明的一个实施方式的使用科里奥利质量流量计对气体压力进行测量的方法200的示例性过程的流程图。

首先在步骤202中，将各种气体的类型及其对应的气体固有常数N存入存储部100中。

接着，在步骤204中，将流经科里奥利质量流量计10的气体的类型输入输入部200中。此时，计算部400基于所输入的气体类型和存储部100中存储的气体信息，确定流经科里奥利质量流量计10的气体的固有常数N。

在步骤206中，测量部300对流经科里奥利质量流量计10的气体的温度T和密度ρ进行测量，并将测得的信息/数据发送至计算部400。

此后，在步骤208中，计算部400基于气体的固有参数N、密度ρ、温度T，通过气体状态方程计算得到气体的压力。

计算部400设定预定的时间周期，测量部300基于该预定的周期对气体的实时温度T和密度ρ进行测量，并且计算部基于测得的数值按照预定的周期计算气体的实时压力。也就是说，测量部300和计算部400以预定的周期重复执行上述步骤206和208。

最后，在步骤210中，输出部500输出或显示获得的气体压力。

可选地，方法200还包括步骤212，其中，输出部500将获得的气体压力发送至科里奥利质量流量计的反馈部，以用于对质量流量的测量进行调节。特别地，在获得的气体压力较大时，将压力值发送至反馈部以用于使科里奥利质量流量计对质量流量的测量进行校正，从而提高质量流量的测量精确度。

优选地，在步骤208中，采用Redlich-Kwong气体状态方程(简称R-K方程)对气体压力进行计算，Redlich-Kwong气体状态方程如以下等式(1)所示：

其中，使用代入等式(1)得出等式(2)：

Redlich-Kwong气体状态方程中的参数的含义分别如下：

P：气体压力，

R：气体常数，

T：气体温度，

Vm：气体摩尔体积，

a：用于校正分子吸引势的常数，

b：用于校正体积的常数，

M：气体摩尔质量，以及

ρ：气体密度

其中，常数a，b与气体的临界点温度Tc和临界点压力Pc具有以下等式(3)所示的关系：

下面以氢气为例具体说明采用Redlich-Kwong气体状态方程对气体压力进行计算的过程。氢气的固有常数N如下所示：

M＝2.016g/mol

R＝8.3144J/(mol.K)

T_c＝-240.005℃(33.145K)

P_c＝1.2964MPa(1296400Pa)

将气体常数R以及氢气的临界点温度Tc和临界点压力Pc代入上述等式(3)，可得：

a＝0.144173

b＝1.84E^-5，

将氢气的常数a、b和摩尔质量M以及气体常数代入上述等式(2)，可以得到氢气的压力与温度和密度之间满足如下等式(4)：

图3为示出使用根据本发明的一个实施方式计算获得的氢气压力与实际的氢气压力随密度和温度变化的曲线图，其中，在该实施方式中采用等式(4)作为气体状态方程进行计算。在图3中，虚线A1表示温度为60°时氢气的计算压力随密度的变化曲线，实线A2表示温度为60°时氢气的实际压力随密度的变化曲线，虚线B1表示温度为20°时氢气的计算压力随密度的变化曲线，实线B2表示温度为20°时氢气的实际压力随密度的变化曲线，虚线C1表示温度为-40°时氢气的计算压力随密度的变化曲线，实线C2表示温度为-40°时氢气的实际压力随密度的变化曲线。由图3中可以看出，根据本发明的实施方式计算得到的氢气压力与实际的氢气压力基本完全吻合。

本领域技术人员应认识到，尽管这里描述了采用Redlich-Kwong气体状态方程计算气体压力的一个具体实施方式，但是本公开不限于此。在本文给出的教导的基础上，本领域技术人员可以设想采用替选的其他气体状态方程，包括但不限于理想气体方程、范德华方程(简称范氏方程)、由Soave修正的R-K方程(简称S-R-K方程)、Peng–Robinson状态方程(简称P-R方程)等，所有这些替选实现方案同样涵盖于本公开的保护范围内。根据所选取的气体状态方程，将相应类型的气体的固有常数N存储在存储部中。例如，在使用R-K方程的情况下，将气体常数R、气体摩尔质量M、气体临界点温度Tc和气体临界点温度Pc存储在存储部中，而在使用理想气体方程的情况下，将气体常数R和气体摩尔质量M存储在存储部中。此外，尽管在本发明的实施方式中示例性地说明了对氢气的气体压力进行计算的过程，但是本领域技术人员可以理解的是根据本发明的科里奥利质量流量计及其测量气体压力的方法也可以应用于测量其他气体。

图4示出根据本发明的实施方式的科里奥利质量流量计的变送器20的示意图。如图4所示，变送器20包括显示屏500’，该显示屏500’输出获得的气体压力。显示屏下侧设置有输入部100’，输入部100’包括输入按钮101、102以及103。在输入流经科里奥利质量流量计的气体类型时，用户通过使用输入按钮101和102上下翻动所显示的气体类型名称，并且在所显示的气体类型与流经科里奥利质量流量计的气体类型相符时，使用按钮103确认以输入流经科里奥利质量流量计的气体类型。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的科里奥利质量流量计的输入部不限于图4示出的输入按钮，也可以使用其他输入机构。

应该指出的是，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、元件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、元件、步骤或组件的存在或附加。此外，本发明的方法不限于按照说明书中描述的时间顺序来执行，也可以按照其他的时间顺序地、并行地或独立地执行。因此，本说明书中描述的方法的执行顺序不对本发明的技术范围构成限制。

尽管上面已经通过对具体实施方式的描述对本发明及其优点进行了说明，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施方式。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此的相应实施方式基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (10)

1.一种测量气体压力的方法，所述方法使用科里奥利质量流量计对气体压力进行测量，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

a).将各种气体的类型及其相应的固有常数存储在存储部中；

b).输入流经科里奥利质量流量计的气体的类型，并且根据输入的气体的类型确定所述流经科里奥利质量流量计的气体的固有常数N；

c).对所述流经科里奥利质量流量计的气体的密度ρ和温度T进行测量；

d).基于所述流经科里奥利质量流量计的气体的固有常数N、密度ρ和温度T，按照气体状态方程P＝f(T,N,ρ)来计算所述流经科里奥利质量流量计的气体的压力；以及

e).输出或显示所述流经科里奥利质量流量计的气体的压力。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气体状态方程包括理想气体方程、范德华方程、S-R-K方程、P-R方程和R-K方程中的一者。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气体的固有常数N至少包括气体的摩尔质量M。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，以预定周期执行所述步骤c)和所述步骤d)，从而获得所述流经科里奥利质量流量计的气体的实时压力。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括步骤f)：将所述压力发送至所述科里奥利质量流量计以用于对质量流量的测量进行调节。

6.一种科里奥利质量流量计，其特征在于，包括：

存储部，所述存储部存储各种气体的类型及其相应的固有常数；

输入部，所述输入部接收流经所述科里奥利质量流量计的气体的类型；

测量部，所述测量部对所述流经科里奥利质量流量计气体的密度ρ和温度T进行测量；

计算部，所述计算部与所述存储部、所述输入部和所述测量部相连接，所述计算部基于所述流经科里奥利质量流量计的气体的类型确定其固有常数N并且按照气体状态方程P＝f(T,N,ρ)来计算所述流经科里奥利质量流量计的气体的压力；以及

输出部，所述输出部与所述计算部相连接以输出或显示所述压力。

7.根据权利要求6所述的科里奥利质量流量计，其中，所述气体状态方程包括理想气体方程、范德华方程、S-R-K方程、P-R方程和R-K方程中的一者。

8.根据权利要求6所述的科里奥利质量流量计，其中，所述气体的固有常数N至少包括气体的摩尔质量M。

9.根据权利要求6所述的科里奥利质量流量计，其中，所述计算部设定预定的周期，所述测量部基于所述预定的周期对所述流经科里奥利质量流量计的气体的密度ρ和温度T进行测量，并且所述计算部依据测得的密度ρ和温度T基于所述预定的周期进行计算。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的科里奥利质量流量计，还包括反馈部，所述计算部将所述压力发送至所述反馈部以用于使所述科里奥利质量流量计对质量流量的测量进行调节。