電子溫壓修正膜式燃?xì)獗砑夹g(shù)分析

梁永增

(成都秦川物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司， 四川 成都 610100)

1 概述

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19205—2008《天然氣標(biāo)準(zhǔn)參比條件》規(guī)定了在對天然氣進(jìn)行計(jì)量時(shí)，溫度、壓力的標(biāo)準(zhǔn)參比條件是101 325 Pa，20 ℃(293.15 K)。

在家用燃?xì)庥?jì)量領(lǐng)域，家用燃?xì)獗盹@示的體積多為實(shí)時(shí)工作狀態(tài)下的計(jì)量體積(以下簡稱工況體積)，而燃?xì)夤九c上游天然氣企業(yè)交易時(shí)采用的計(jì)量體積為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(101 325 Pa，293.15 K)下的體積(以下簡稱標(biāo)況體積)。對于某一數(shù)量確定的天然氣，由于氣體壓力和溫度不同，工況體積和標(biāo)況體積之間必然存在差異，是供銷差率的影響因素之一。因此，在一定條件范圍內(nèi)，對天然氣溫度壓力進(jìn)行修正是有必要的。

目前市場上存在的帶有溫壓修正功能的燃?xì)獗碇饕捎脙煞N技術(shù)方式實(shí)現(xiàn)：機(jī)械式溫度體積修正和電子式溫壓體積修正。當(dāng)前，市場上暫未見采用機(jī)械式壓力體積修正技術(shù)的燃?xì)獗懋a(chǎn)品。

2 機(jī)械式溫度體積修正[1]

膜式燃?xì)獗頇C(jī)械式溫度體積修正的實(shí)現(xiàn)有兩種途徑，一種是保持燃?xì)獗韨鲃?dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比不變，通過改變動(dòng)力系統(tǒng)回轉(zhuǎn)體積來實(shí)現(xiàn)燃?xì)獗頊囟润w積修正；另一種途徑是保持燃?xì)獗韯?dòng)力系統(tǒng)回轉(zhuǎn)體積不變，通過改變?nèi)細(xì)獗韨鲃?dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比來實(shí)現(xiàn)溫度體積修正。機(jī)械式溫度體積修正具有性能穩(wěn)定、性價(jià)比高、故障少等特點(diǎn)。

① 改變膜式燃?xì)獗韯?dòng)力系統(tǒng)[2]回轉(zhuǎn)體積

改變動(dòng)力系統(tǒng)回轉(zhuǎn)體積實(shí)現(xiàn)溫度體積修正的基本原理為：利用安裝于膜式燃?xì)獗韯?dòng)力系統(tǒng)的熱敏金屬的熱脹冷縮特性來自動(dòng)調(diào)節(jié)燃?xì)獗韯?dòng)力系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對回轉(zhuǎn)體積的控制和調(diào)整，修正氣體隨溫度變化的體積變化量，從而實(shí)現(xiàn)體積修正的目的。通過改變膜式燃?xì)獗韯?dòng)力系統(tǒng)回轉(zhuǎn)體積實(shí)現(xiàn)體積修正是膜式燃?xì)獗韺?shí)現(xiàn)溫度體積修正的常用方式。

② 改變膜式燃?xì)獗韨鲃?dòng)系統(tǒng)[3]的傳動(dòng)比

此技術(shù)同樣需要利用熱敏金屬的熱脹冷縮特性，但不同之處在于熱敏金屬片安裝于膜式燃?xì)獗韨鲃?dòng)系統(tǒng)中，通過改變膜式燃?xì)獗韨鲃?dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比來實(shí)現(xiàn)溫度體積的修正。

膜式燃?xì)獗頇C(jī)械式溫度體積修正的兩種技術(shù)的詳細(xì)描述見文獻(xiàn)[1]。

3 電子式溫壓體積修正

我國居民用氣常采用低壓入戶，管道內(nèi)天然氣壓力約2 000 Pa，可將管道內(nèi)天然氣當(dāng)作理想氣體看待[4]，溫度、壓力、體積之間的關(guān)系滿足理想氣體狀態(tài)方程。膜式燃?xì)獗黼娮邮綔貕后w積修正的實(shí)現(xiàn)需要在膜式燃?xì)獗碇袃?nèi)置溫度傳感器和壓力傳感器，用于溫度和壓力的測量。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可得標(biāo)況體積和工況體積之間的關(guān)系，見式(1)。

(1)

式中V1——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積，m3

p2——工作狀態(tài)下天然氣的絕對壓力，Pa

T1——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣的熱力學(xué)溫度，K，取293.15 K

p1——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣的絕對壓力，Pa,取101 325 Pa

T2——工作狀態(tài)下天然氣熱力學(xué)溫度，K

V2——工作狀態(tài)下天然氣體積，m3

按式(1)進(jìn)行軟件算法設(shè)計(jì)，在獲得燃?xì)獗碛?jì)量的標(biāo)況體積后，利用燃?xì)獗碇悄苓\(yùn)算單元將工況體積轉(zhuǎn)換為標(biāo)況體積，實(shí)現(xiàn)對天然氣的溫壓體積修正，并以標(biāo)況體積為基礎(chǔ)進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算，保障燃?xì)夤?yīng)商和燃?xì)庥脩綦p方利益。

電子式溫壓修正膜式燃?xì)獗砀鶕?jù)所采用的電子溫壓體積修正技術(shù)路線不同分為兩種，一種為機(jī)械計(jì)量-電子間接計(jì)量溫壓體積修正，另一種為電子間接計(jì)量溫壓體積修正。

3.1 機(jī)械計(jì)量-電子間接計(jì)量溫壓體積修正

膜式燃?xì)獗聿捎脵C(jī)械計(jì)量-電子間接計(jì)量溫壓體積修正技術(shù)時(shí)，其既具有機(jī)械計(jì)量部件(動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、計(jì)數(shù)顯示系統(tǒng))，也具有電子計(jì)量部件；既有機(jī)械顯示，也有電子顯示，機(jī)械顯示內(nèi)容為工況體積，電子顯示內(nèi)容至少有標(biāo)況體積和工況體積，還包括具體的測量工況條件和標(biāo)況條件參數(shù)等內(nèi)容。機(jī)械計(jì)數(shù)器字輪顯示的工況體積需要符合GB/T 6968—2011《膜式燃?xì)獗怼?以下簡稱GB/T 6968—2011)第7.2節(jié)的機(jī)械計(jì)數(shù)器字輪顯示要求，并且機(jī)械計(jì)數(shù)器字輪顯示的工況體積可作為GB/T 28885—2012《燃?xì)夥?wù)導(dǎo)則》(以下簡稱GB/T 28885—2012)第6.2.4條的第c款的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的支撐。

機(jī)械計(jì)量-電子間接計(jì)量是在獲得機(jī)械計(jì)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置獲得電子計(jì)量信號。計(jì)量信息顯示為機(jī)電雙顯：機(jī)械計(jì)數(shù)器字輪顯示和電子顯示。機(jī)械計(jì)量-電子間接計(jì)量溫壓體積修正流程見圖1。

圖1 機(jī)械計(jì)量-電子間接計(jì)量溫壓體積修正流程

機(jī)械計(jì)量：利用容積式計(jì)量技術(shù)，通過動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)獲得機(jī)械計(jì)量數(shù)據(jù)。

機(jī)械計(jì)數(shù)器字輪顯示：根據(jù)機(jī)械計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)燃?xì)饫鄯e體積的顯示。

電子計(jì)量：在獲得機(jī)械計(jì)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置將機(jī)械計(jì)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電子脈沖，得到電子計(jì)量數(shù)據(jù)。

溫度壓力修正：獲得電子計(jì)量數(shù)據(jù)后，即獲得了工況條件下的燃?xì)怏w積，在測得燃?xì)鉁囟群腿細(xì)鈮毫Φ幕A(chǔ)上，利用公式(1)將燃?xì)獾墓r體積轉(zhuǎn)換為標(biāo)況體積，實(shí)現(xiàn)燃?xì)鉁貕后w積的修正。

電子顯示：工況體積數(shù)據(jù)和標(biāo)況體積數(shù)據(jù)等內(nèi)容在顯示屏上顯示。

機(jī)械計(jì)量-電子間接計(jì)量溫壓體積修正能夠客觀反映燃?xì)獾墓r體積和標(biāo)況體積，在標(biāo)況計(jì)量還沒有廣泛普及和得到廣大消費(fèi)者接納時(shí)，機(jī)械顯示的工況體積和電子顯示的標(biāo)況體積不一致的問題，確實(shí)給燃?xì)庥脩艉腿細(xì)夤?yīng)方帶來對計(jì)量結(jié)果理解的不一致，而產(chǎn)生計(jì)量糾紛。

要解決此類問題，各級燃?xì)獗O(jiān)管政府部門和燃?xì)夤居胸?zé)任在燃?xì)夤接?jì)量方面做大量的宣傳和引導(dǎo)工作，讓公平計(jì)量深入人心。另外，燃?xì)獗碇圃焐虘?yīng)正確標(biāo)示測量條件和計(jì)量交易條件，使用戶明明白白消費(fèi)。采用機(jī)械計(jì)量-電子間接計(jì)量溫壓體積修正的燃?xì)獗?，?yīng)標(biāo)明機(jī)械計(jì)數(shù)器字輪顯示的是工況體積，電子顯示器顯示的是標(biāo)況體積，有條件的在電子顯示器上可以輔助顯示工況體積，電子顯示的工況體積是機(jī)械字輪顯示的輔助顯示(即機(jī)械顯示是工況體積的主顯示)。電子顯示的標(biāo)況體積是經(jīng)修正的主顯示值，可以作為計(jì)量交易的依據(jù)。燃?xì)獗肀韮?nèi)存儲(chǔ)器應(yīng)能對溫壓修正記錄進(jìn)行有效、長期保存，并做到掉電不擦除，記錄可查。燃?xì)獗沓鰪S前，燃?xì)獗碇圃焐虘?yīng)在燃?xì)獗磴懪坪驼f明書中注明電子溫壓體積修正的原理，明確說明標(biāo)況體積和工況體積的關(guān)系。

3.2 電子間接計(jì)量溫壓體積修正

根據(jù)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路徑不同，電子間接計(jì)量溫壓體積修正膜式燃?xì)獗矸譃閮煞N：一是純電子式電子間接計(jì)量，除保留部分動(dòng)力系統(tǒng)部件外，膜式燃?xì)獗淼臋C(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)均不存在；二是燃?xì)獗硐冗M(jìn)行電子計(jì)量，然后將電子計(jì)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機(jī)械計(jì)量數(shù)據(jù)，再在機(jī)械計(jì)數(shù)器上顯示。

① 純電子間接計(jì)量溫壓體積修正

純電子間接計(jì)量的膜式燃?xì)獗頍o完整的機(jī)械計(jì)量部件(只含有動(dòng)力系統(tǒng)，作為機(jī)械計(jì)量傳感器存在)，電子計(jì)量部件并不能直接獲得燃?xì)庥?jì)量數(shù)據(jù)，需要通過膜式燃?xì)獗淼臋C(jī)械計(jì)量傳感器間接獲得，屬于間接計(jì)量。電子計(jì)量部件獲得的燃?xì)庥?jì)量數(shù)據(jù)是工況體積，是電子溫壓轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

純電子間接計(jì)量溫壓修正膜式燃?xì)獗砜梢酝ㄟ^溫壓傳感器獲得溫度和壓力參數(shù)，利用式(1)的軟件算法將工況體積轉(zhuǎn)換為標(biāo)況體積，并將該標(biāo)況體積儲(chǔ)存和顯示，作為燃?xì)夤┬桦p方供氣合同載明的貿(mào)易結(jié)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

純電子間接計(jì)量只有電子顯示，顯示內(nèi)容至少包括工況體積和標(biāo)況體積，還包括具體的測量工況條件和標(biāo)況條件參數(shù)等內(nèi)容。其工況體積可以作為GB/T 28885—2012第6.2.4條的第c款的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。純電子間接計(jì)量溫壓體積修正流程見圖2。

圖2 純電子間接計(jì)量溫壓體積修正流程

機(jī)械計(jì)量傳感器：利用膜式計(jì)量技術(shù)，對經(jīng)過的燃?xì)怏w積信息進(jìn)行采集，其上安裝有電子計(jì)量裝置能夠識(shí)別的部件，例如光電采集所需的反射光標(biāo)等。

電子計(jì)量：電子計(jì)量信號采集裝置通過機(jī)械計(jì)量傳感器獲得電子計(jì)量脈沖，將燃?xì)怏w積信息轉(zhuǎn)換為電子計(jì)量信號并儲(chǔ)存。

溫度壓力修正：獲得電子計(jì)量信號后，即獲得了工況條件下的燃?xì)怏w積，在測得燃?xì)鉁囟群腿細(xì)鈮毫Φ幕A(chǔ)上，利用公式(1)的軟件算法將燃?xì)獾墓r體積轉(zhuǎn)換為標(biāo)況體積，實(shí)現(xiàn)燃?xì)鉁貕后w積的修正。

電子顯示：工況體積數(shù)據(jù)和標(biāo)況體積數(shù)據(jù)在顯示屏上顯示，還包括具體的測量工況條件和標(biāo)況條件參數(shù)等內(nèi)容。

采用純電子間接計(jì)量的膜式燃?xì)獗聿淮嬖跈C(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和計(jì)量顯示系統(tǒng)，其誤差曲線修正將不再通過換齒來實(shí)現(xiàn)，可由軟件自行修正，一定程度上提高了計(jì)量的準(zhǔn)確性。純電子顯示作為主顯示，其數(shù)據(jù)可以作為燃?xì)獗砘鶞?zhǔn)數(shù)據(jù)使用。

② 帶機(jī)械二次間接計(jì)量的溫壓體積修正

帶機(jī)械二次間接計(jì)量的電子間接計(jì)量的膜式燃?xì)獗頍o完整機(jī)械計(jì)量部件(只含有動(dòng)力系統(tǒng)，作為機(jī)械計(jì)量傳感器存在)，電子計(jì)量屬于間接計(jì)量，其電子顯示部分與純電子間接計(jì)量溫壓體積修正的燃?xì)獗淼碾娮语@示部分基本相同。此外，在電子計(jì)量顯示外附加了機(jī)械輔助顯示裝置，這種方式的顯著特點(diǎn)在于機(jī)械輔助顯示裝置顯示的燃?xì)庥?jì)量體積是由電子計(jì)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過來的，屬于二次間接計(jì)量。

帶機(jī)械二次間接計(jì)量的電子間接計(jì)量的膜式燃?xì)獗黼娮语@示內(nèi)容至少包括工況體積和標(biāo)況體積，還包括具體的測量工況條件和標(biāo)況條件參數(shù)等內(nèi)容。電子顯示的工況體積可以作為燃?xì)夥?wù)導(dǎo)則GB/T 28885—2012第6.2.4條第c款的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的支撐。該方式的機(jī)械計(jì)數(shù)器是電子顯示器的附庸，不屬于機(jī)械計(jì)量結(jié)果，不具備法制計(jì)量控制特性，不能作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)使用。

帶機(jī)械二次間接計(jì)量的電子間接計(jì)量膜式燃?xì)獗硎菫榱私鉀Q機(jī)械計(jì)量-電子間接計(jì)量溫壓體積修正存在的計(jì)數(shù)器字輪顯示和電子顯示不一致的問題而出現(xiàn)的，帶機(jī)械二次間接計(jì)量的電子間接計(jì)量溫壓體積修正流程見圖3。

圖3 帶機(jī)械二次間接計(jì)量的電子間接計(jì)量溫壓體積修正流程

帶機(jī)械二次間接計(jì)量的電子間接計(jì)量膜式燃?xì)獗頊囟葔毫w積修正后的標(biāo)況體積以電子顯示的方式顯示出來；同時(shí)，為了使電子顯示與機(jī)械計(jì)數(shù)器字輪顯示(機(jī)械顯示)同步，修正后的電子計(jì)量信號需再轉(zhuǎn)換為機(jī)械計(jì)量信號，利用額外的動(dòng)力裝置推動(dòng)計(jì)數(shù)器字輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使計(jì)數(shù)器字輪顯示與電子顯示(標(biāo)況體積)吻合。

采用帶機(jī)械二次間接計(jì)量的電子間接計(jì)量溫壓體積修正的膜式燃?xì)獗泶嬖谝韵聠栴}：

a. 加裝的機(jī)械計(jì)數(shù)器相關(guān)部件并不屬于機(jī)械計(jì)量部件，未參與對燃?xì)怏w積的計(jì)量，其機(jī)械顯示數(shù)據(jù)是由電子計(jì)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化而來，屬于二次間接計(jì)量，并不是真實(shí)的機(jī)械計(jì)量的體積數(shù)據(jù)。

b. 計(jì)數(shù)器字輪顯示和電子顯示的一致性是人為干預(yù)的結(jié)果，其作用是為了讓燃?xì)獗碛?jì)數(shù)器字輪顯示與電子顯示同步，在電子顯示失效時(shí)，保留機(jī)械顯示作為結(jié)算依據(jù)。按照此思路，超聲波燃?xì)獗砗蜔崾劫|(zhì)量燃?xì)獗淼入娮邮饺細(xì)獗硪矐?yīng)當(dāng)安裝機(jī)械計(jì)數(shù)顯示器，顯然此行為對于電子式燃?xì)獗砗翢o意義，存在對電子式燃?xì)獗淼挠?jì)量性能產(chǎn)生不利影響的隱患。

c. 機(jī)械計(jì)數(shù)器顯示裝置是作為燃?xì)獗淼妮o助裝置而存在的，其顯示的示值是電子溫壓補(bǔ)償后的標(biāo)況數(shù)據(jù)，不會(huì)顯示燃?xì)獗淼墓r數(shù)據(jù)，不能作為燃?xì)獗淼幕鶞?zhǔn)數(shù)據(jù)。當(dāng)電子計(jì)量部件出現(xiàn)問題，產(chǎn)生計(jì)量糾紛時(shí)，其機(jī)械計(jì)數(shù)器作為輔助裝置，其顯示的數(shù)據(jù)并不能作為GB/T 28885—2012第6.2.4條第c款規(guī)定的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)被認(rèn)可，無法保障供需雙方利益。

4 結(jié)語

膜式燃?xì)獗碓谙蛑悄芑较虬l(fā)展，通過電子溫壓體積修正技術(shù)能夠?qū)⑷細(xì)獗碛?jì)量的工況體積轉(zhuǎn)換為標(biāo)況體積，保障了燃?xì)夤?yīng)商和燃?xì)庥脩綦p方的利益。

采用帶機(jī)械二次間接計(jì)量的電子間接計(jì)量的電子溫壓修正膜式燃?xì)獗淼臋C(jī)械計(jì)數(shù)器處于輔助顯示地位，其所顯示的示值是機(jī)械二次間接計(jì)量的結(jié)果，并不能作為GB/T 28885—2012第6.2.4條第c款的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐，無任何實(shí)質(zhì)意義，存在影響燃?xì)獗碛?jì)量準(zhǔn)確度的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，以此技術(shù)解決電子溫壓修正膜式燃?xì)獗頇C(jī)電雙顯存在的體積不一致問題，忽視了各級燃?xì)獗O(jiān)管政府部門和燃?xì)夤驹谌細(xì)夤接?jì)量方面宣傳和引導(dǎo)消費(fèi)者的作用，無法推動(dòng)公平計(jì)量得到廣泛認(rèn)可，僅由燃?xì)獗碇圃焐淘黾右粋€(gè)輔助顯示計(jì)數(shù)器，達(dá)不到使用戶明明白白消費(fèi)的目的，并且可能增加產(chǎn)品的故障風(fēng)險(xiǎn)。

基于上述分析，膜式燃?xì)獗黼娮訙貕后w積修正技術(shù)應(yīng)采用機(jī)械計(jì)量-電子間接計(jì)量溫壓體積修正技術(shù)或純電子間接計(jì)量溫壓體積修正技術(shù)，二者獲得的燃?xì)怏w積數(shù)據(jù)均可以作為貿(mào)易結(jié)算的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。