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天然氣流量積算儀的軟件設(shè)計(jì)

摘要天然氣的計(jì)量都以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量和質(zhì)量流量計(jì)算，各測量工況下的流量必須折算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的體積或質(zhì)量流量，其折算系數(shù)和諸多因素有關(guān)，因此必須根據(jù)測量條件下的溫度、壓力進(jìn)行補(bǔ)償，本文介紹了天然氣流量測量修正系數(shù)三維數(shù)據(jù)表的建立，數(shù)據(jù)插入方法和查表程序的軟件設(shè)計(jì)，該軟件在天然氣流量積算儀中得到有效的應(yīng)用，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞 天然氣流量計(jì) 測量數(shù)據(jù) 程序設(shè)計(jì)

1天然氣流量測定和補(bǔ)償

用于天然氣計(jì)量的天然氣流量計(jì)，只能測量工作狀態(tài)下的體積流量，而工作狀態(tài)下的體積流量不能切實(shí)的表示實(shí)際流量，工程上一般都以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量或質(zhì)量流量表示，所謂標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積或質(zhì)量是0度（或20度）一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的氣體體積或質(zhì)量。所以要將全工況（溫度,-40~115度，壓力0.1~14.1mpa）下測得的天然氣體積流量折算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的質(zhì)量流量.其折算系數(shù)和氣體密度、氣體介質(zhì)的組成、含量和溫度的變化等諸多因素有關(guān)，智能儀表在進(jìn)行流量積算時，需要對一次儀表測得的流量進(jìn)行溫度、壓力以及氣體超壓縮系數(shù)比補(bǔ)償。

1.1流量的溫度及壓力補(bǔ)償

對天然氣流量進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償方式是乘以項(xiàng)系數(shù)（溫度補(bǔ)償系數(shù)和壓力補(bǔ)償系數(shù)），將測量狀態(tài)的流量Qr轉(zhuǎn)化為用戶預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)流量Qn.

根據(jù)理想氣體方程式(P·V)/T-C(常數(shù))以及Q-dV/dt可以推導(dǎo)得到:

(Pn·Qn)/Tn-(Pr·Qr)/Tr

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體體積流量Qn為Qn-Qr·(Pr/Pn)·(Tn/Tr)

式中r表示實(shí)際值,n表示標(biāo)準(zhǔn)值. (Pr/Pn)和(Tn/Tr)分別是壓力補(bǔ)償系數(shù)和溫度補(bǔ)償系數(shù),它們是無量綱的,用于對測定的體積流量值進(jìn)行補(bǔ)償修正計(jì)算

1.2體積流量的超壓縮系數(shù)比補(bǔ)償(Fpvf/Fpvn)

氣體介質(zhì)在溫度、壓力變化較大的工況下，F值偏差會引入測量誤差，最大有可能達(dá)到±5%左右，這樣的誤差在計(jì)量中是不允許，必須考慮F的補(bǔ)償。F的補(bǔ)償采用修正系數(shù)比(Fpvf/Fpvn)的形式，將(Fpvf/Fpvn)和P、T補(bǔ)償綜合.

2天然氣超壓縮系數(shù)表的建立

2.1建表前的準(zhǔn)備工作

由于天然氣超壓縮系數(shù)與其溫度、壓力的關(guān)系相對復(fù)雜，至今還沒有能建立有效的數(shù)學(xué)模型，一般只能在全工況條件下某些特殊溫度、壓力點(diǎn)通過實(shí)驗(yàn)的方法測定，制作成一張溫度、壓力及其超壓縮系數(shù)的三維數(shù)據(jù)表，在進(jìn)行運(yùn)算補(bǔ)償時通過查表確定。由于數(shù)據(jù)分布離散，有可能在表上沒有對應(yīng)的有效數(shù)據(jù)，將通過查找出前后兩個數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行線性插值運(yùn)算

2.2匯編方式在存儲區(qū)中開辟數(shù)據(jù)表

表格建立的基本思想是以天然氣壓力為基本索引，每個壓力點(diǎn)0,40,80,120…2000PSIG都作為一個頭指針,分別由GP1，GP2，GP3…GP51來表示，緊接著在內(nèi)存中連續(xù)分配此壓力點(diǎn)下的起始溫度以及9個連續(xù)溫度點(diǎn)下的超壓縮系數(shù)比.

相鄰2個超壓縮系數(shù)比對應(yīng)的溫度相差20F 每個數(shù)據(jù)在內(nèi)存中占據(jù)兩個字節(jié)長度.用FDB偽指令在內(nèi)存中開辟空間并分配2字節(jié)長度數(shù)值.在表格的開頭建立了一個以AGA為起始標(biāo)號的壓力點(diǎn)索引,先連續(xù)存放51個2字節(jié)常數(shù)的壓力點(diǎn)，再連續(xù)存放GP1，GP2，GP3…GP51這51個標(biāo)號.于是這51個數(shù)據(jù)就與51個標(biāo)號建立起一一對應(yīng)的關(guān)系

3超壓縮系數(shù)表查表程序的設(shè)計(jì)開發(fā)

3.1查表程序的基本設(shè)計(jì)思想

從一次儀表上得到天然氣當(dāng)時所處的溫度和壓力值后,先根據(jù)實(shí)際的氣體壓力在開頭索引部分進(jìn)行初次查找,確定氣體壓力處于哪個壓力點(diǎn)上或處于哪段壓力區(qū)域之內(nèi),即確定了下一步按照溫度查表程序的入口地址!如果在數(shù)據(jù)表中沒有對應(yīng)的壓力點(diǎn),但是它處在表上80PSIG和120PSIG兩個有效壓力點(diǎn)之間，那么就要把入口地址對應(yīng)的兩個標(biāo)號GP3和GP4一起取出待用.再按照天然氣的溫度進(jìn)行二次查表.知道了入口地址,就可以到內(nèi)存中的指定區(qū)域進(jìn)行溫度查找.基本方法和壓力查找相同,當(dāng)溫度或者壓力處在表上兩個數(shù)據(jù)點(diǎn)之間,或兩個都處在中間的位置,就要把前后的數(shù)據(jù)都取出來進(jìn)行線性插入.

3.2壓縮系數(shù)的線性插值運(yùn)算公式

根據(jù)前面介紹的情況,這張數(shù)據(jù)表是一張三維表.X和Y軸方向分別是天然氣的壓力和溫度, 而Z軸方向的高度則代表了超壓縮系數(shù)的大小.

(1)處在同一壓力線上的兩個溫度點(diǎn)之間(實(shí)際溫度Tx)假定對應(yīng)于(P1,T1)和(P1,T2)點(diǎn)的超壓縮系數(shù)分別是F1和F2,如果T2>T1,那么從表上可以看到F1>F2很容易得到Fx的計(jì)算公式:

Fx-F2+(F1-F2) ·(T2-Tx)/( T2-T1)

(2)處于同一溫度線上兩個壓力點(diǎn)之間(實(shí)際壓力Px)跟上述情況相似,假定對應(yīng)于(P1,T1)和(P2,T1)點(diǎn)的超壓縮系數(shù)分別是F1和F2,如果P2>P1,那么從表上可以看到F1＜F2,推導(dǎo)出插值公式為: Fx-F1+(F2-F1) ·(Px-P1)/( P2-P1)

(3)處于不同壓力點(diǎn)和溫度點(diǎn)之間(實(shí)際壓力Px,實(shí)際溫度Tx)

這種情況計(jì)算值是上述兩種情況的組合,要先進(jìn)行兩次壓力線上的插值運(yùn)算,再進(jìn)行一次溫度線上的插值運(yùn)算.假設(shè)周圍四點(diǎn)的超壓縮系數(shù)分別表示為F(P1,T1),F(P1,T2), F(P2,T1),和F(P2,T2),壓力線上插值運(yùn)算的結(jié)果分別是F(P1,Tx),和F(P2,Tx).

3.3查表程序設(shè)計(jì)

整個查表程序可以分成一個主調(diào)用程序和幾個子程序,查表過程是通過主程序?qū)ψ映绦虻恼{(diào)用以及子程序之間的相互調(diào)用來實(shí)現(xiàn)的.

3.4查表程序的調(diào)試

程序調(diào)試階段選取了5組不同情況的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)試,這5種情況基本上覆蓋了現(xiàn)實(shí)工況中的各種數(shù)據(jù).經(jīng)過驗(yàn)證5組數(shù)據(jù)都是滿足設(shè)計(jì)要求的,也說明程序設(shè)計(jì)是成功的.