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燃气表生产企业大多会遇到这样的情况:出厂检验合格的膜式燃气表(以下简称燃气表)批量送检时,经技术机构检定,部分燃气表因示值超差不合格。我们遇到最高不合格率大于40%。燃气表生产企业将这种情况解释为“台位差”。“台位差”产生的原因和解决办法,一直是燃气表生产、检验/检定领域急需解决的问题。
1 “台位差”产生的原因
为确定“台位差”产生的原因,我做了以下实验:选一块出厂检验与首次检定结论不同的燃气表,将其出厂检验与首次检定当做一次比对,按归一公式判断比对结果为合格。可以确认单次检验/检定的结果是正确的。多次实验,结论相同。因此怀疑“台位差”产生的原因是:一燃气表的误差特性;二检验/检定条件的变化。
1.1燃气表的结构及误差特性曲线是“台位差”产生的根本原因
燃气表由外壳、滑阀、燃气分配室、隔膜计量室、连杆传动(包括齿轮)转换机构、计数器等构成,在进出气口压差作用下,隔膜计量室内的隔膜往复运动,带动连杆传动转换机构,由计数器实现气体流量累计计算。隔膜计量室是燃气表的基本计量器,决定燃气表的计量特性。燃气表的流量与误差关系是一条草帽型曲线,一般20%qmax点是误差值曲线的顶点,qmin点是误差值曲线的低点。燃气表的示值误差是通过改变连杆传动(包括齿轮)转换机构齿轮的齿数比得到的。连杆传动(包括齿轮)转换机构齿轮的齿数比的变化,燃气表误差值曲线平移,同一燃气表在相应流量点的顶点和低点间距离的绝对值不变,而且保证顶点和低点的值小于燃气表的误差限。出厂调试时,燃气表示值误差(qmax至qt)的最大值控制在±1%,其中包含检验/检定装置的示值误差(≤±0.5%),检验/检定装置的示值误差与燃气表的示值误差相反。如果出厂检验时,检验/检定装置的示值误差为-0.5%,燃气表示值误差(qmax至qt)为+1%,检定时检验/检定装置的示值误差为0,燃气表示值误差(qmax至qt)为+1.5%;检定时检验/检定装置的示值误差>0,则燃气表示值误差(qmax至qt)>+1.5%,燃气表示值超差。因此,燃气表的结构及误差特性是“台位差”产生的根本原因。
1.2实验室环境条件和检验/检定装置的变化是引发“台位差”出现的原因
燃气表的出厂检验和检定对实验室环境条件和检验/检定装置的要求是相同的。在相同要求允许条件范围内实验室环境条件和检验/检定装置的变化,也会出现“台位差”。
(1)出厂检验和检定的温度差引发“台位差”
燃气表检验/检定的环境温度要求是:(20±2)℃。在不同环境温度中检验/检定燃气表,燃气表示值误差不同。实验证明:同一燃气表,在同一实验室,相同检定装置,分别在环境温度20℃和21℃中检定,示值误差相差0.2%。为进一步确认温度影响,使用同一检定设备,分别在环境温度为21℃和18℃时,依据规程,对同一批燃气表检定,18℃时有25%的燃气表示值超差;21℃时都合格。因此,出厂检验和检定的温度差,会造成“台位差”。
(2)检验/检定装置的示值误差引发“台位差
国标和检定规程中,对燃气表的检验/检定装置要求相同:装置的不确定度应等于或优于燃气表最大允许误差的1/3。通常检验/检定用的标准装置最大允许误差为±0.5%。若检验/检定装置示值误差分别为+0.5%、-0.5%,两台标准装置的示值相差1%。燃气表出厂检验时,示值误差(qmax至qt)的最大值控制在±1%,连同室环境条件变化影响,检定燃气表时,部分燃气表因示值超差不合格。因此,燃气表的检验/检定装置变化,会出现“台位差”。
2 “台位差”的解决方法
经过试验分析,以下几种方法可减少“台位差”:
(1)检验时,带入标准装置的修正值,示值误差(qmax至qt)的最大值控制在±0.8%。
(2)标准装置的精度。标准装置的最大允许误差为±0.2%。
(3)燃气表合格的判定方式。燃气表生产企业给出出厂检验时的不确定度,将其出厂检验与首次检定视为对比,按归一公式判定结果。
实验结果说明:在燃气表的检验/检定的工作中,存在“台位差”的情况,但不是示值超差的燃气表,都是因为存在“台位差”。查找“台位差”的原因并避免其发生,将是燃气表生产企业和计量技术机构的共同工作。
1 “台位差”产生的原因
为确定“台位差”产生的原因,我做了以下实验:选一块出厂检验与首次检定结论不同的燃气表,将其出厂检验与首次检定当做一次比对,按归一公式判断比对结果为合格。可以确认单次检验/检定的结果是正确的。多次实验,结论相同。因此怀疑“台位差”产生的原因是:一燃气表的误差特性;二检验/检定条件的变化。
1.1燃气表的结构及误差特性曲线是“台位差”产生的根本原因
燃气表由外壳、滑阀、燃气分配室、隔膜计量室、连杆传动(包括齿轮)转换机构、计数器等构成,在进出气口压差作用下,隔膜计量室内的隔膜往复运动,带动连杆传动转换机构,由计数器实现气体流量累计计算。隔膜计量室是燃气表的基本计量器,决定燃气表的计量特性。燃气表的流量与误差关系是一条草帽型曲线,一般20%qmax点是误差值曲线的顶点,qmin点是误差值曲线的低点。燃气表的示值误差是通过改变连杆传动(包括齿轮)转换机构齿轮的齿数比得到的。连杆传动(包括齿轮)转换机构齿轮的齿数比的变化,燃气表误差值曲线平移,同一燃气表在相应流量点的顶点和低点间距离的绝对值不变,而且保证顶点和低点的值小于燃气表的误差限。出厂调试时,燃气表示值误差(qmax至qt)的最大值控制在±1%,其中包含检验/检定装置的示值误差(≤±0.5%),检验/检定装置的示值误差与燃气表的示值误差相反。如果出厂检验时,检验/检定装置的示值误差为-0.5%,燃气表示值误差(qmax至qt)为+1%,检定时检验/检定装置的示值误差为0,燃气表示值误差(qmax至qt)为+1.5%;检定时检验/检定装置的示值误差>0,则燃气表示值误差(qmax至qt)>+1.5%,燃气表示值超差。因此,燃气表的结构及误差特性是“台位差”产生的根本原因。
1.2实验室环境条件和检验/检定装置的变化是引发“台位差”出现的原因
燃气表的出厂检验和检定对实验室环境条件和检验/检定装置的要求是相同的。在相同要求允许条件范围内实验室环境条件和检验/检定装置的变化,也会出现“台位差”。
(1)出厂检验和检定的温度差引发“台位差”
燃气表检验/检定的环境温度要求是:(20±2)℃。在不同环境温度中检验/检定燃气表,燃气表示值误差不同。实验证明:同一燃气表,在同一实验室,相同检定装置,分别在环境温度20℃和21℃中检定,示值误差相差0.2%。为进一步确认温度影响,使用同一检定设备,分别在环境温度为21℃和18℃时,依据规程,对同一批燃气表检定,18℃时有25%的燃气表示值超差;21℃时都合格。因此,出厂检验和检定的温度差,会造成“台位差”。
(2)检验/检定装置的示值误差引发“台位差
国标和检定规程中,对燃气表的检验/检定装置要求相同:装置的不确定度应等于或优于燃气表最大允许误差的1/3。通常检验/检定用的标准装置最大允许误差为±0.5%。若检验/检定装置示值误差分别为+0.5%、-0.5%,两台标准装置的示值相差1%。燃气表出厂检验时,示值误差(qmax至qt)的最大值控制在±1%,连同室环境条件变化影响,检定燃气表时,部分燃气表因示值超差不合格。因此,燃气表的检验/检定装置变化,会出现“台位差”。
2 “台位差”的解决方法
经过试验分析,以下几种方法可减少“台位差”:
(1)检验时,带入标准装置的修正值,示值误差(qmax至qt)的最大值控制在±0.8%。
(2)标准装置的精度。标准装置的最大允许误差为±0.2%。
(3)燃气表合格的判定方式。燃气表生产企业给出出厂检验时的不确定度,将其出厂检验与首次检定视为对比,按归一公式判定结果。
实验结果说明:在燃气表的检验/检定的工作中,存在“台位差”的情况,但不是示值超差的燃气表,都是因为存在“台位差”。查找“台位差”的原因并避免其发生,将是燃气表生产企业和计量技术机构的共同工作。