基于IAPWS-IF97的高精度蒸汽流量儀表的研制

　　引 言

　　當前多數智能儀表都采取了一定的流量補償技術，但補償的數學模型建立過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單片機開發了以水和蒸汽熱力學工業公式IAPWS-IF97為核心的計算軟件包，使得在工況大范圍變化時，流量計的補償精度仍具有較大的提高。同時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圓管的流體流量》中的數學模型進行計算。當蒸汽工況發生改變時，我們應根據蒸汽密度進行流量補償，進行蒸汽流量的密度補償必須實時檢測出蒸汽的密度。

　　工程上應用的水蒸汽大多處于剛剛脫離液態或離液態較近，它的性質與理想氣體大不相同，應視為實際氣體。水蒸汽的物理性質較理想氣體要復雜的多，故不能用簡單的數學式加以描述。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的非連續量，對于兩點之間的數據，需經過數學內插處理獲得，而二元函數的插值公式也不簡單。

　　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行函數擬合，得到符合精度要求的解析式來計算飽和水蒸汽的密度。

　　過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)，經過人們長期的探索，其解析式函數已有不少的研究成果，當前工程上常用的過熱蒸汽密度計算公式主要如下：

　　(1) 實驗擬合公式

　　計算過熱水蒸汽的經驗公式有很多，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