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在測定天然氣密度中國際標準草案推薦使用密度天平和振動式密度計兩種，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。本文主要介紹振動式密度計的測定原理。

振動式密度計的核心元件是傳感器—振動器，它能保持自然頻率振動, 而此頻率值則與其所處的氣體介質(zhì)密度有關(guān) 。在工況條件下進行測定時, 振動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 為振動頻率,Hz;K 0 , K 1 ,K 2 為密度計的振動器常數(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行校準(calibration),從而確定式(1)中的3個常數(shù)。此時使用的公式見式(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)不同于校準用的參比氣體, 則也要用式(2)加以校正 。原則上制作振動元件的材料性質(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。因此, 式(2)是一個溫度校正式 。

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

式(1)中的 3 個常數(shù)與振動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)系已被詳細測定 ,故可以利用VOS 來校準儀器從而確定這 3 個常數(shù)。如果在校準用參比氣體中的 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(如通過超聲流量計的信號), 也可以通過 ρ c 、t d 和氣質(zhì)參數(shù)計算而得。一般 c g 變化達到10 m/s 時式(1)中的校正項上變化約 0.05 %。若要求的測定準確度不是非常高 ,且 c g 與 c c 之間的差值不大, 也可以直接用 ρ t , 不再進行有關(guān)氣體組成的校正 。