基于IAPWS-IF97的高精度蒸汽流量?jì)x表的研制

       引 言 
       當前多數智能儀表都采取了一定的流量補償技術(shù)，但補償的數學(xué)模型建立過(guò)程考慮并不十分周全，計量的準確性仍然不高。

       本文針對這一情況，在蒸汽流量的測量中，以傳統的流量計量補償思想為基礎，利用MSP430單片機開(kāi)發(fā)了以水和蒸汽熱力學(xué)工業(yè)公式IAPWS-IF97為核心的計算軟件包，使得在工況大范圍變化時(shí)，流量計的補償精度仍具有較大的提高。同時(shí)由于該型號單片機具有豐富的低功耗模式和強大的運算能力，不僅提高了補償的精度，而且降低了成本。

       1 蒸汽流量測量及密度補償方法分析

       差壓式流量計是目前計量蒸汽流量的主要儀表，其流量是依據《GB／T 2624-93流量測量節流裝置，用孔板、噴嘴和文丘里管測充滿(mǎn)圓管的流體流量》中的數學(xué)模型進(jìn)行計算。當蒸汽工況發(fā)生改變時(shí)，我們應根據蒸汽密度進(jìn)行流量補償，進(jìn)行蒸汽流量的密度補償必須實(shí)時(shí)檢測出蒸汽的密度。

       工程上應用的水蒸汽大多處于剛剛脫離液態(tài)或離液態(tài)較近，它的性質(zhì)與理想氣體大不相同，應視為實(shí)際氣體。水蒸汽的物理性質(zhì)較理想氣體要復雜的多，故不能用簡(jiǎn)單的數學(xué)式加以描述。目前，智能儀表中常用的水蒸汽密度的確定方法主要有如下幾種。

       1.1 查表法

       把水蒸汽密度表置入儀表中，根據工況的溫度、壓力從表中查出相應的密度值。此種方法能夠得到很高的補償精度，但是數據量巨大，需要占用大量的存儲空間，應用數據表首先要判斷是飽和蒸汽還是過(guò)熱蒸汽，再查不同的數據表；另外數據表的變量是有一定步長(cháng)的非連續量，對于兩點(diǎn)之間的數據，需經(jīng)過(guò)數學(xué)內插處理獲得，而二元函數的插值公式也不簡(jiǎn)單。

       1.2 公式計算法

       飽和水蒸汽密度是溫度或壓力的一元函數，即ρ=f(T)或ρ=f(P)，在目前的智能儀表中通常根據量程和精度的需要，借助飽和水蒸汽密度表進(jìn)行函數擬合，得到符合精度要求的解析式來(lái)計算飽和水蒸汽的密度。

       過(guò)熱水蒸汽情況比較復雜，其密度為溫度、壓力的二元函數，即ρ=f(P，T)，經(jīng)過(guò)人們長(cháng)期的探索，其解析式函數已有不少的研究成果，當前工程上常用的過(guò)熱蒸汽密度計算公式主要如下：

       (1) 實(shí)驗擬合公式

       計算過(guò)熱水蒸汽的經(jīng)驗公式有很多，式(1)是文獻[1]中給出的擬合公式： 

 

       式(1)在溫度為200～570℃，壓力為0.5～11.5 MPa范圍內誤差為