论文部分内容阅读
摘要：膜式燃气表只能准确的计量标准状态下气体的体积，但在自然环境下使用的膜式燃气表由于受温度的波动影响，会对计量结果的准确性造成巨大的不确定性，而温度补偿型燃气表则能够很好的解决这个问题。那么，如何建立一套高效的检定装置对具有温度补偿功能的燃气表进行检定呢？
本文作者根据自己的工作实践，理论联系实际详尽阐述了如何建立温度补偿型燃气表的检定装置，对各实验室建立相似系统有借鉴意义。
关键词： 温度补偿型燃气表 温度试验场 标准体积计量器
中图分类号：TK174 文献标识码：A 文章编号：
引言
温度的变化对于气体体积计量有非常显著的影响。膜式燃气表由于在自然状态下安装使用，随着温度的变化，对其计量结果的准确性造成巨大的偏差。所以温度补偿型燃气表的出现，也是自然而生的产品。对于检定机构，建立这类燃气表的检定装置就显得尤为迫切。温度补偿型燃气表的检定装置其特征在于：将流量检定与温度调整结合到一起，使在一定流量范围内的检定介质，流经换热装置后，使流体介质及被检设备迅速达到设定温度范围内的任意温度，并通过冷热对抗使温度场内温度均匀度、波动度均满足检定要求。
一、检定装置的研制原理
该装置是一种检定具有温度补偿功能的燃气表，在设计温度范围内任意温度点的温度补偿功能和示值误差的检定装置。因为具有温度补偿功能的膜式燃气表工作在不同的温度点（工况）时，可通过内部装置自行将温度变化产生的体积胀、缩量转换至国标温度下的体积量（标况）并进行计量。目前，国内对于具有温度补偿功能的膜式燃气表的性能和误差检定，大多采用比对法。其基本原理：采用建立场内场的办法进行对比分析被测计量器具的误差大小和温度补偿性能。即在标准温度和压力场内建立可任意调节其设计范围内参数温度场的办法，利用标准场内的高精度标准计量装置计量示值和可调参数场内的被测计量器的计量示值进行对比，再利用过程中得到的温、压等参数，将标准器与被检表推算到统一状态下，然后分析得出被测计量器具的误差和温度补偿性能。
二、检定装置的建立步骤
1）根据相关技术标准先行建立一个稳定的标准温度和压力场（标准计量器具设计标准状况下的使用场），并准备好达到设计需要的检定介质。
在标准场内安装高精度标准计量器。
在标准场内建立不影响标准场况的能够在设计范围内任意调节参数的场内场，并合理安排被测计量器具在其内部的被检协调性。
连接各部分使之成为一个整体，做好各部分的协调测试机制，并保证各部分互不影响且单机测试性能良好。
检定整机性能，并保证达到设计目标性能。
三、 检定装置的各工作单元
温度补偿式燃气表性能检定装置关键要解决两个问题：如何使空气干燥和建立稳定的温度场。我公司温度补偿式燃气表性能检定装置是参照欧洲标准EN1359：1998《膜式煤气表》、国家标准GB/T6968-2011《膜式燃气表》所设计的专门用来检定带有温度补偿装置燃气表的检定装置。该装置结构简单、性能优良，完全能够满足实验室对于温度补偿型燃气表的检定工作要求。该装置主要有以下几个工作单元组成：
1）气体干燥单元：压缩空气，经过调压、油水过滤，进入干燥机，将空气中的水蒸气吸附掉，形成干燥空气，再经过二级调压进入气体计量标准器。
2）气体计量标准器：采用钟罩式体积计量器计量。干燥过的空气注入钟罩体内，由其提供标准体积和压力稳定的气源，出气端连接至温度试验场单元进气端。
3）温度试验场单元：试验装置的核心部分，由定制的温度试验箱、热交换器、表具连接器等组成。温度试验箱调至所需的温度点。工作时，试验介质从进气端流入，经换热器迅速升（降）温至试验温度点。
4）参数计量单元：由压力传感器、温度传感器及显示部分等组成。干气介质通过传感器接头组件进入被测表内，从表出口经过传感器接头组件后，流经试验箱外的流量设定器排出。标准器、被测表进、出气端的压力、温度参数按设定方式分别由传感器采集，参与到后期计算。
四、检定装置的工作流程
温度补偿型膜式燃气表性能检定装置采用先进的自动温度控制调节技术、流量测量技术，并且根据实际应用中的特殊情况设计而成。
图一
通过图一可以了解工作流程。检定时首先通过功能调整区（7）设定试验温度场，流量阀门（11）设定被检表的检定流量点；压缩空气通过经过油水分离器（1），脱油和初步脱水；后通过空气干燥机（2），流出的干燥气体经过（3）调压至2500Pa，流入标准体积计量器（4），通过体积积算仪（6）得到标准体积，再进入恒温箱（10），在恒温箱内通过热交换器，使气体介质迅速达到恒温箱（10）内设定的检定温度。进而通过被检的膜式燃气表、流量阀门（11）排出。当达到标准体积计量器（4）设定的体积时，关闭阀门（5），通过被检表显示装置（9）读取被检表的示值。在标准器和被检表部分均有温度、压力采集系统，将其参与该被检表的示值误差计算，分析被检表的温度补偿性能后完成试验。
五、检定装置的工作介质
由于空气中总含有水蒸气，水蒸气含量会随着温度和压力的变化而变化。如果测试时试验箱的温度低于试验室温度，即在露点以下时空气中的水蒸汽结露，从而对试验的计量准确性产生不确定的影响，因此必须以对空气进行高度除湿处理后才能使用。所以，此系统的主要问题就在于干燥气体介质如何获取。通常采用的方法有：
1、低温除湿。即先将空气通过低温场，使空气中水蒸汽结露并过滤除去，产生干气在进入裝置系统进行检定；
2、采用高纯氮气。该介质本身已无水蒸气，故不存在脱水问题；
3、空气干燥机脱水。利用变压吸附原理，通过填充有高吸水性的氧化铝或分子筛，对压缩空气进行干燥的一种装置。通常能够使压缩空气干燥至露点-40摄氏到-70摄氏，完全能够满足检定需要。
以上三种方法都产生能够满意的干燥气体，但是方法1，成本较高，费电，体积大；方法2，长期使用成本更高；方法3，成本低，体积小，就地取用空气是一种效益最佳的方法。我实验室采用方法3进行干燥除湿，已运行近一年时间，效果良好。
标准体积计量器可采用钟罩式气体计量器、音速喷嘴检定装置、标准表等。温度试验装置则必须是专门设计的系统。
六、检定装置的理论推论计算
测试时，分别读取相应单元的以下各示值，按如下公式进行计算，求得被测表的示值误差。
Ｅ ：示值误差（%）
：被测表记录的体积量（）
：标准体积计量器记录的体积量（）
：标准体积计量器记录的温度（Ｋ）
：被测表设计的基准温度（Ｋ）
：被测表入口绝对压力（Pa）
：标准体积计量器的绝对压力（Pa）
其算法公式理论推导如下：
首先，将标准体积计量器的体积折算为温度补偿表在设计基准温度、测试时被测表入口绝对压力下的理想体积值，由理想气态方程导出下式：
（式1）
由、通过测试误差公式得出测试误差E如下：
（式2）
将公式1中代入公式2中，求得结果如下：
（式3）
特殊情况，当设计基准温度与标准体积计量器记录的温度相等时，公式3简化为下式：
（式4）
又因为标准体积计量器的绝对压力与被测表入口绝对压力的差值为流体沿程、局部压力损失总和△P。
将其代入公式4得到：
（式5）
其中为测试中的压力损失修正值。在本试验中，取为1.01×Pa，在流量为时，流体从标准体积计量器至第一块被测表的压力损失为150Pa，第一块表至第二块表的压力损失为200Pa，分别算得 =0.9985、=0.9965。测试时，如无特殊情况，可以将此经验值、直接代入求得被测表的示值误差。在流量为0.2时，第一块表与第二块表的压力损失分别为100Pa、100Pa，据此算得 =0.999、=0.998；在流量为时，可以近似认为压力损失为0，则也为0。将值分别代入，求得各流量点的示值误差。
结束语
随着的城市燃气行业的不断发展，温度补偿的膜式燃气表以其计量精度高、计量方法科学而被越来越广泛的使用。作为的气体流量检定技术机构，对于新产品我们只有建立最优的计量检定装置才能保证计量结果的公平、准确。
本文作者根据自己的工作实践，理论联系实际详尽阐述了如何建立温度补偿型燃气表的检定装置，对各实验室建立相似系统有借鉴意义。
关键词： 温度补偿型燃气表 温度试验场 标准体积计量器
中图分类号：TK174 文献标识码：A 文章编号：
引言
温度的变化对于气体体积计量有非常显著的影响。膜式燃气表由于在自然状态下安装使用，随着温度的变化，对其计量结果的准确性造成巨大的偏差。所以温度补偿型燃气表的出现，也是自然而生的产品。对于检定机构，建立这类燃气表的检定装置就显得尤为迫切。温度补偿型燃气表的检定装置其特征在于：将流量检定与温度调整结合到一起，使在一定流量范围内的检定介质，流经换热装置后，使流体介质及被检设备迅速达到设定温度范围内的任意温度，并通过冷热对抗使温度场内温度均匀度、波动度均满足检定要求。
一、检定装置的研制原理
该装置是一种检定具有温度补偿功能的燃气表，在设计温度范围内任意温度点的温度补偿功能和示值误差的检定装置。因为具有温度补偿功能的膜式燃气表工作在不同的温度点（工况）时，可通过内部装置自行将温度变化产生的体积胀、缩量转换至国标温度下的体积量（标况）并进行计量。目前，国内对于具有温度补偿功能的膜式燃气表的性能和误差检定，大多采用比对法。其基本原理：采用建立场内场的办法进行对比分析被测计量器具的误差大小和温度补偿性能。即在标准温度和压力场内建立可任意调节其设计范围内参数温度场的办法，利用标准场内的高精度标准计量装置计量示值和可调参数场内的被测计量器的计量示值进行对比，再利用过程中得到的温、压等参数，将标准器与被检表推算到统一状态下，然后分析得出被测计量器具的误差和温度补偿性能。
二、检定装置的建立步骤
1）根据相关技术标准先行建立一个稳定的标准温度和压力场（标准计量器具设计标准状况下的使用场），并准备好达到设计需要的检定介质。
在标准场内安装高精度标准计量器。
在标准场内建立不影响标准场况的能够在设计范围内任意调节参数的场内场，并合理安排被测计量器具在其内部的被检协调性。
连接各部分使之成为一个整体，做好各部分的协调测试机制，并保证各部分互不影响且单机测试性能良好。
检定整机性能，并保证达到设计目标性能。
三、 检定装置的各工作单元
温度补偿式燃气表性能检定装置关键要解决两个问题：如何使空气干燥和建立稳定的温度场。我公司温度补偿式燃气表性能检定装置是参照欧洲标准EN1359：1998《膜式煤气表》、国家标准GB/T6968-2011《膜式燃气表》所设计的专门用来检定带有温度补偿装置燃气表的检定装置。该装置结构简单、性能优良，完全能够满足实验室对于温度补偿型燃气表的检定工作要求。该装置主要有以下几个工作单元组成：
1）气体干燥单元：压缩空气，经过调压、油水过滤，进入干燥机，将空气中的水蒸气吸附掉，形成干燥空气，再经过二级调压进入气体计量标准器。
2）气体计量标准器：采用钟罩式体积计量器计量。干燥过的空气注入钟罩体内，由其提供标准体积和压力稳定的气源，出气端连接至温度试验场单元进气端。
3）温度试验场单元：试验装置的核心部分，由定制的温度试验箱、热交换器、表具连接器等组成。温度试验箱调至所需的温度点。工作时，试验介质从进气端流入，经换热器迅速升（降）温至试验温度点。
4）参数计量单元：由压力传感器、温度传感器及显示部分等组成。干气介质通过传感器接头组件进入被测表内，从表出口经过传感器接头组件后，流经试验箱外的流量设定器排出。标准器、被测表进、出气端的压力、温度参数按设定方式分别由传感器采集，参与到后期计算。
四、检定装置的工作流程
温度补偿型膜式燃气表性能检定装置采用先进的自动温度控制调节技术、流量测量技术，并且根据实际应用中的特殊情况设计而成。
图一
通过图一可以了解工作流程。检定时首先通过功能调整区（7）设定试验温度场，流量阀门（11）设定被检表的检定流量点；压缩空气通过经过油水分离器（1），脱油和初步脱水；后通过空气干燥机（2），流出的干燥气体经过（3）调压至2500Pa，流入标准体积计量器（4），通过体积积算仪（6）得到标准体积，再进入恒温箱（10），在恒温箱内通过热交换器，使气体介质迅速达到恒温箱（10）内设定的检定温度。进而通过被检的膜式燃气表、流量阀门（11）排出。当达到标准体积计量器（4）设定的体积时，关闭阀门（5），通过被检表显示装置（9）读取被检表的示值。在标准器和被检表部分均有温度、压力采集系统，将其参与该被检表的示值误差计算，分析被检表的温度补偿性能后完成试验。
五、检定装置的工作介质
由于空气中总含有水蒸气，水蒸气含量会随着温度和压力的变化而变化。如果测试时试验箱的温度低于试验室温度，即在露点以下时空气中的水蒸汽结露，从而对试验的计量准确性产生不确定的影响，因此必须以对空气进行高度除湿处理后才能使用。所以，此系统的主要问题就在于干燥气体介质如何获取。通常采用的方法有：
1、低温除湿。即先将空气通过低温场，使空气中水蒸汽结露并过滤除去，产生干气在进入裝置系统进行检定；
2、采用高纯氮气。该介质本身已无水蒸气，故不存在脱水问题；
3、空气干燥机脱水。利用变压吸附原理，通过填充有高吸水性的氧化铝或分子筛，对压缩空气进行干燥的一种装置。通常能够使压缩空气干燥至露点-40摄氏到-70摄氏，完全能够满足检定需要。
以上三种方法都产生能够满意的干燥气体，但是方法1，成本较高，费电，体积大；方法2，长期使用成本更高；方法3，成本低，体积小，就地取用空气是一种效益最佳的方法。我实验室采用方法3进行干燥除湿，已运行近一年时间，效果良好。
标准体积计量器可采用钟罩式气体计量器、音速喷嘴检定装置、标准表等。温度试验装置则必须是专门设计的系统。
六、检定装置的理论推论计算
测试时，分别读取相应单元的以下各示值，按如下公式进行计算，求得被测表的示值误差。
Ｅ ：示值误差（%）
：被测表记录的体积量（）
：标准体积计量器记录的体积量（）
：标准体积计量器记录的温度（Ｋ）
：被测表设计的基准温度（Ｋ）
：被测表入口绝对压力（Pa）
：标准体积计量器的绝对压力（Pa）
其算法公式理论推导如下：
首先，将标准体积计量器的体积折算为温度补偿表在设计基准温度、测试时被测表入口绝对压力下的理想体积值，由理想气态方程导出下式：
（式1）
由、通过测试误差公式得出测试误差E如下：
（式2）
将公式1中代入公式2中，求得结果如下：
（式3）
特殊情况，当设计基准温度与标准体积计量器记录的温度相等时，公式3简化为下式：
（式4）
又因为标准体积计量器的绝对压力与被测表入口绝对压力的差值为流体沿程、局部压力损失总和△P。
将其代入公式4得到：
（式5）
其中为测试中的压力损失修正值。在本试验中，取为1.01×Pa，在流量为时，流体从标准体积计量器至第一块被测表的压力损失为150Pa，第一块表至第二块表的压力损失为200Pa，分别算得 =0.9985、=0.9965。测试时，如无特殊情况，可以将此经验值、直接代入求得被测表的示值误差。在流量为0.2时，第一块表与第二块表的压力损失分别为100Pa、100Pa，据此算得 =0.999、=0.998；在流量为时，可以近似认为压力损失为0，则也为0。将值分别代入，求得各流量点的示值误差。
结束语
随着的城市燃气行业的不断发展，温度补偿的膜式燃气表以其计量精度高、计量方法科学而被越来越广泛的使用。作为的气体流量检定技术机构，对于新产品我们只有建立最优的计量检定装置才能保证计量结果的公平、准确。