蒸汽密度求取方法比较

从上面的分析可知，工程上普遍使用的推导式蒸汽质量流量测量系统，关键是求取蒸汽密度，归纳起来主要是采用数字模拟法和查表法两类办法。

（1）用数学模型求取蒸汽密度

在工程设计和计算中，工程师们经常需要求取蒸汽密度数据，采用的传统方法是由蒸汽的状态数据查蒸汽密度表。但是未采用微处理器前，这种人工查表的方法还无法移植进仪表，而仍采用数学模型的方法。人们建立了多种的数学模型以满足不同的需要，下面列举使用最广泛的几种。

①一次函数法

这种方法的显著特点是简单，适用于饱和蒸汽，其表达式为： 

式（3.18）不足之处是仅在较小的压力范围内变化适用，压力变化范围较大时，由于误差太大，就不适用了。因为对于饱和蒸汽来说，ρ=f（p）是一条曲线，用一条直线拟合它，范围越大，当然误差越大。

解决这个矛盾的方法是分段拟合，即在不同的压力段采用不同的系数和常数。表3.2所示为不同压力段对应的不同密度计算式。

式（3.19）描述的是一条曲线，用它来拟合饱和蒸汽的ρ=f（p）曲线能得到更高的精确度，但是在压力变化范围较大的情况下，仍有千分之几的误差。

③状态方程法

状态方程法用于计算过热蒸汽密度，其中著名的有乌卡诺维奇状态方程：

  (2)计算机查表法

上面所说的通过数学模型求取蒸汽密度的误差都是同人工查密度表方法相比较而言。现在智能化仪表将蒸汽密度表装入其内存中，在CPU的控制下，模仿人工查表的方法，采用计算机查表与线性内插相结合的技术，能得到与人工查表相同的精确度。

现在国际上通用的蒸汽密度表是根据“工业用1967年IFC公式”计算出来的。1963年于纽约举行的第八届国际水蒸气性质会议上，成立了国际公式委员会(IFC)。若干年后，该委员会提出了国际公认的“工业用1967年IFC公式”及“通用和科研用1968年IFC公式”。21年后在1984年于莫斯科举行的第十届国际蒸汽性质会议上，又废除了“通用和科研用1968年IFC公式”。因此，“工业用1967年 IFC公式”仍是当前广泛使用的权威公式。

  由于这个原因，在蒸汽流量测量方面，人们仍然普遍使用大家比较熟悉的已使用多年的根据IFC67公式编制的蒸汽密度表(比容表)。

下面以典型智能流量演算器为例说明自动查表的实施方法。

在智能流量演算器的EPROM中写入3个蒸汽密度表，1号表是过热蒸汽密度表，另外两个是饱和蒸汽密度表，采用的都是国际蒸汽密度表1967IFC公式计算出来的。其中，过热蒸汽密度表有蒸汽温度和蒸汽压力两个自变量。2号表是蒸汽压力为自变量。3号表是蒸汽温度为自变量。这样，测得蒸汽温度或测得蒸汽压力都能通过查表求得蒸汽密度。究竟是选查ρ=f(p)表格还是p=f(t)表格，则在填写组态菜单时由用户自己选定。

①查表的优先权问题

过热蒸汽的密度随蒸汽温度、压力变化的关系是三维空间中的一个曲面，有两个自变量，因此在查密度表时就存在一个优先权的问题。若先从压力查起，就称压力优先；若先从温度查起，就称温度优先。

而对于饱和蒸汽，若选压力补偿，则为压力优先；若选温度补偿，则为温度优先。

上述三种情况优先关系由用户在填写菜单时指定，如表3.4所列。

②蒸汽状态判别问题

典型流量演算器具有蒸汽状态判别功能。根据判别结果，查不同的密度表。以过热蒸汽为例，在图3.9所示的查表示意图中，从压力测定值p₀出发去查温度，如果温度测定值大于饱和温度t₁，则判别蒸汽为“过热蒸汽”，查1号密度表，例如，t=t₂，则ρ=ρ_f2。如果温度测定值小于t₁，则判别蒸汽状态为“过饱和蒸汽”，查2号密度表，ρ=ρ_f1，此时，温度信号与压力信号不平衡，所以，仪表自诊断显示“000800”代码，表示蒸汽状态已进入饱和区。

③饱和蒸汽密度求取方法

如果优先指定栏内填入2(压力优先)，则手动设定温度置100℃，从压力测定值出发查出饱和温度。因为此时温度信号取手动设定值，所以判别蒸汽状态为“过饱和蒸汽”(如图3.10所示)，查2号表。

如果优先指定栏内填入1(温度优先)，则手动设定压力一般置22MPa(密度表中压力上限)，从温度测定值出发查饱和压力。因为此时压力信号取手动设定值，所以判别蒸汽状态为“过饱和蒸汽”(如图3.11所示)，查3号表。

上面所谈的蒸汽密度求取方法，用户不一定都要搞清楚，其原因在于用户只须根据自己所用的流体参数选择合适的补偿方法，并在菜单中填入有关数据即可。但是对于饱和蒸汽究竟是采用压力补偿还是温度补偿倒是很重要的。

④直接查表法

有的仪表制造商采用的是直接查表法，即仪表内存放的三张蒸汽密度表由编码开关指定其选用：采用压力补偿的饱和蒸汽，经编码开关选择直接查以压力为自变量的饱和蒸汽密度表；采用温度补偿的饱和蒸汽，经编码开关选择直接查以温度为自变量的饱和蒸汽密度表；对于过热蒸汽，经编码开关选择直接查以温度和压力为自变量的过热蒸汽密度表。编码开关设置完毕，长期使用。