0 引言
   針對瓦斯抽放管道中流量計量裝置不同的安裝環境，目前煤礦使用的流量計主要有差壓式V錐流量計和威力巴流量計、熱線式流量計。差壓式V錐流量計和威力巴流量計需要配置信號處理儀表

，但市場上配置的信號處理儀表隻能采集1gechayaxinhaoyongyujisuanwasichoufangguandaoliuliang，qiemeiyoukaolvhuanjingtiaojianbianhuaduiliuliangdeyingxiang，bunengjinxingshishibuchang，zaochengliuliangceliangjieguowuchajiaoda。jianci，yizhongjuyoudongtaibuchangde差壓式瓦斯抽放流量儀表，可同時測試管道差壓、管道負壓


、環境絕壓、管道溫度、管道瓦斯濃度5個環境參數，並對管道瓦斯流量測量進行實時補償
，提高了流量測量的準確性。
1 測量原理及補償方法
1.1 傳感器測量原理
   差壓式V錐zhui流liu量liang計ji和he威wei力li巴ba流liu量liang計ji是shi由you傳chuan感gan器qi和he信xin號hao處chu理li儀yi表biao組zu成cheng的de測ce量liang裝zhuang置zhi。傳chuan感gan器qi產chan生sheng一yi個ge依yi據ju流liu量liang大da小xiao而er變bian化hua的de差cha壓ya。具ju有you動dong態tai補bu償chang的de差cha壓ya式shi瓦wa斯si抽chou放fang流liu量liang儀yi表biao采cai集ji相xiang應ying管guan道dao差cha壓ya
、管道負壓、環境絕壓
、管道溫度和管道瓦斯濃度5個環境參數，用於計算流量。常用的差壓式流量計體積流量計算公式為

式中：QV為體積流量
；k為傳感器的結構係數；Δp為傳感器檢測的差壓；ρ為被測介質的密度。
   在實際生產和測試中，k，Δp和ρ都可能造成不同程度的測量誤差。其中k取決於結構加工精密度，出廠前通過水流量計量裝置實流標定確定；Δp取決於差壓傳感器精度，出廠前精度通過壓力計量標校裝置標校；ρ取決於現場測試介質狀態
，需要根據介質狀態的變化進行實時動態補償。
   瓦斯抽放管道內氣體壓力變化範圍一般為-80～20kPa，溫度變化範圍為0～40℃。管道內氣體一般由空氣、CH4及其他烷類氣體組成，空氣和CH4比例占99%以上，因此瓦斯抽放管道內其他氣體組分幾乎可以忽略不計，但空氣和CH4的組分比例在不停變化。由此可見
，介質密度動態補償需要從氣體壓力、溫度和濃度3方麵來考慮。
1.2 儀表補償方法
理想氣體狀態方程：

式中：P為絕壓
；V為體積；n為物質的量
；R為比例常數；T為溫度。
摩爾質量計算公式：
M＝m/n （3）
式中：M為摩爾質量；m為質量。
密度計算公式：
ρ＝m/V （4）
由式（2）—式（4）可得
ρ＝PM/RT （5）
由式（1）和式（5）可得

由於管道內氣體主要由CH4和空氣組成
，所以混合氣體的摩爾質量為
M＝MK（1－C）＋MJC    （7）
式中：MK為空氣的摩爾質量
；MJ為CH4的摩爾質量；C為管道氣體中CH4比例。
由式（6）和式（7）可得

式（8）為管道內氣體體積流量實時動態補償模型，包含了氣體溫度

、壓力和濃度補償，可以完全兼容應用在瓦斯抽放係統中，使整個流量計量裝置準確度達到1級。針對現場不能采集管道氣體濃度信號的特殊情況，如果濃度變化範圍不大
，可在儀表參數中設置管道濃度定值來進行補償。
2 硬件和軟件設計
2.1 硬件設計
2.1.1 硬件結構
   具有動態補償的差壓式瓦斯抽放流量儀表的硬件結構如圖1所示。該儀表具有4個傳感器模塊
，分別為差壓
、絕壓、表壓和溫度檢測模塊，其中差壓和絕壓檢測模塊輸出信號經外部16位A/D模塊AD7705轉換後通過SPI總線由MCU采集處理計算
，溫度和表壓檢測模塊輸出信號由MCU內部10位A/D轉換器采集轉換後參與計算。CH4信號來自瓦斯抽放裝置內的CH4傳感器
，MCU通過頻率信號采集電路采集其輸入的頻率進行計算，最終計算的流量結果通過LCD顯示。在實際使用中通信方式和管徑等參數可通過紅外遙控器直接設置。另外，電源處理模塊增加了限流和軟啟動處理
；信號傳輸分為總線和頻率2種數據傳輸方式，並增加光耦隔離處理，提高抗幹擾性。

2.1.2 壓力信號處理
   差壓、表壓和絕壓3路信號處理模塊基本一致
，選用1210A係列電流型壓力傳感器模塊。壓力測量範圍內1.25mA電流輸入

，0～40mV電壓信號輸出。輸出信號經過運算放大器AD8572及外圍電路器件進行放大處理
，最終差壓（量程0～10kPa）和絕壓（量程0～200kPa）信號通過外部16位A/D處理，表壓（量程－100～0kPa）信號通過MCU內部10位A/D轉換。A/D轉換精度滿足差壓準確度等級0.5和分辨率0.02kPa、絕壓和表壓準確度等級1和分辨率0.3kPa的要求。
2.1.3 頻率信號采集
   CH4頻率信號采集電路如圖2所示。IN＿CH4＋和IN＿CH4－分別為CH4頻率信號正負輸入端，經過光耦TLP521隔離，輸出信號PWM＿IN直接接入MCU進行采集處理。

2.2 軟件設計
   瓦斯抽放管道內氣體介質比較特殊

，體現在以下方麵：①氣體介質由多種氣體混合而成；②氣體介質受抽放管道前端鑽孔影響
，水汽成分會瞬間增大；③xianchangguandaobuzhibuhelihuidaozhiguandaoneidaiceqiliubuwending。zhexieqingkuangdouhuiyingxiangchuanganqishujucaijidewendingxing
，zaochengceliangjieguopiaodonghuoshunshishizhen。yingjianshangwufajiejuegaiwenti
，yincizairuanjianshangcaiyongzhongweizhipingjunlvbosuanfa，gaisuanfaronghelezhongweizhilvbosuanfahesuanshupingjunlvbosuanfadeyoudian
，keduiouranchuxiandemaichongganraoqidaohenhaodeyizhizuoyong，tongshiyeketigaoxinhaodepinghuadu。
   軟件在實用性方麵增加了以下設計：①考慮到現場防爆要求，儀表不能開蓋
，采用紅外遙控按鍵方式設置儀表參數；②根據現場不同分站通信格式的要求
，設計基於標準Modbus RTU協議的RS485和200～1000kHz頻率輸出的2種通信方式；③根據現場管道內氣流複雜度，增加濾波次數設置功能；④根據客戶使用習慣，增加工況流量和標況流量換算以及顯示功能
；⑤根據現場特殊情況
，增加單參數和多參數補償設置功能。
具有動態補償的差壓式瓦斯抽放流量儀表的主程序流程如圖3所示。

3 性能測試
   為驗證具有動態補償的差壓式瓦斯抽放流量儀表在水汽較大、直管段短、有振動環境下的補償性能，將該流量儀表配合V錐流量計安裝於2套不同的瓦斯抽放管道。第1套為貴州小牛煤礦地麵抽放泵站附近DN700抽放管道，該管道距離抽放泵較近，伴有一定振動

，且直管段不足
，流量範圍為0～300m3/min；第2套為貴州米籮煤礦井下回風巷DN300抽放管道，該管道經常伴有突然的水流流過
，流量範圍為0～80m3/min。每套瓦斯抽放管道前端50cm處焊接測試孔用於安裝標準流量計測試，標準流量計采用認可度較高的熱式質量流量計。儀表在2套管道上的實測數據分別見表1和表2。

   從表1和表2可看出
，若不采用溫度、壓力和瓦斯濃度補償，小牛煤礦的流量測試實時相對誤差為29.6%
，米籮煤礦的流量測試實時相對誤差為21.7%
，補償後的數據和標準流量偏差在準確度1級以內。目前為止，具有動態補償的差壓式瓦斯抽放流量儀表已穩定運行2個月，沒有出現由幹擾引起的數據波動。
4 結語
   jieshaoleyizhongchayashiliuliangyibiaoceliangwasichoufangguandaoqitiliuliangdebuchanggongshijifangfa
，geichulegaiyibiaoderuanyingjiansheji。xianchangceshijieguobiaoming，gaiyibiaokecongqitiwendu、壓力和濃度3方麵對瓦斯抽放管道氣體流量進行實時補償
，減小了管道流量測量誤差

，能較好地抑製現場幹擾對數據采集造成的波動。

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