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在測定天然氣密度中國際標(biāo)準(zhǔn)草案推薦使用密度天平和振動(dòng)式密度計(jì)兩種，但是前者主要用于非在線測定，后者則主要用于在線或離線測定。本文主要介紹振動(dòng)式密度計(jì)的測定原理。

振動(dòng)式密度計(jì)的核心元件是傳感器—振動(dòng)器，它能保持自然頻率振動(dòng), 而此頻率值則與其所處的氣體介質(zhì)密度有關(guān) 。在工況條件下進(jìn)行測定時(shí), 振動(dòng)頻率與氣體密度之間的關(guān)系式見式(1)。

式中 :ρ r 為粗密度 ,即未經(jīng)溫度、壓力和氣體組成校正前的密度, kg/m 3 ;f 為振動(dòng)頻率,Hz;K 0 , K 1 ,K 2 為密度計(jì)的振動(dòng)器常數(shù)。

在測定天然氣密度之前, 先用某種已知密度的參比氣體進(jìn)行校準(zhǔn)(calibration),從而確定式(1)中的3個(gè)常數(shù)。此時(shí)使用的公式見式(2)。除溫度 、壓力 、氣體組成等影響因素外 ,如果在被測定樣品天然氣中的聲速(VOS)不同于校準(zhǔn)用的參比氣體, 則也要用式(2)加以校正 。原則上制作振動(dòng)元件的材料性質(zhì)與所處介質(zhì)的壓力有關(guān) ,但在大多數(shù)情況下壓力的影響甚小 ,可以忽略不計(jì)。因此, 式(2)是一個(gè)溫度校正式 。

式中:ρ t 溫度校正后的密度,kg/m 3 ;t c 為校準(zhǔn)時(shí)的溫度, ℃;t d 為測定時(shí)的溫度 , ℃;K 3 , K 4 為密度計(jì)的振動(dòng)器常數(shù)。

式(1)中的 3 個(gè)常數(shù)與振動(dòng)器所接觸的氣體組成有關(guān)。由于在操作條件下氣體中的聲速(VOS)與氣體其它氣質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系已被詳細(xì)測定 ,故可以利用VOS 來校準(zhǔn)儀器從而確定這 3 個(gè)常數(shù)。如果在校準(zhǔn)用參比氣體中的 VOS 不同于被測定天然氣，則經(jīng)過組成校正后的密度(ρ c )與式(2)中的 ρ t存在如式(3)所示的關(guān)系 。

式中 :c c 為在測定操作條件下校準(zhǔn)用參比氣體中的聲速 , m/s;c g 為在被測定天然氣中的聲速 ,m/s;K 5 為常數(shù) 。

式(3)中的 c g 與被測定天然氣的組成有關(guān)。它可以直接測定(如通過超聲流量計(jì)的信號(hào)), 也可以通過 ρ c 、t d 和氣質(zhì)參數(shù)計(jì)算而得。一般 c g 變化達(dá)到10 m/s 時(shí)式(1)中的校正項(xiàng)上變化約 0.05 %。若要求的測定準(zhǔn)確度不是非常高 ,且 c g 與 c c 之間的差值不大, 也可以直接用 ρ t , 不再進(jìn)行有關(guān)氣體組成的校正 。