工商用單聲道超聲波燃氣表計量特性測試研究

摘 要 本文通過對G10、G25等型號的單聲道超聲波燃氣表開展計量性能測試，概述性能測試的主要標準依據(jù)。圍繞實驗設備及步驟、實驗結(jié)果對工商用單聲道超聲波燃氣表計量特性進行測試，經(jīng)過分析得出利用該技術(shù)可以對燃氣實現(xiàn)精準計量，不過氣流通道數(shù)量和計量誤差成正比，容易降低誤差曲線的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞 單聲道超聲波燃氣表;計量特性;示值誤差

前言

燃氣計量工作是燃氣結(jié)算的關(guān)鍵，常見的儀表包含羅茨式、渦輪式、孔板式流量計設備，工商領(lǐng)域燃氣計量主要利用膜式、羅茨式、渦輪式流量計。當前超聲波流量計適用于高壓大流量燃氣計量工作中，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)機械燃氣表開展計量工作，具有降低計量誤差、耐久性良好、便于維護、完成精準計量的優(yōu)勢。

1 實驗過程分析

1.1 實驗標準

我國早在2011年便針對大口徑的氣體超聲波流量計制定了《氣體超聲流量計測量天然氣流量》標準，并于2014年頒發(fā)GB/T18604-2014，代替了2011年版本[1]。該文件中針對單聲道超聲波流量計的內(nèi)容為：單聲道測試性能相較于多聲道要求低，實際指標數(shù)值由對應制造廠提供。近年來國家又陸續(xù)出臺了《超聲波燃氣表》、《家用超聲波燃氣表》等文件，不過對于工商超聲波燃氣表的內(nèi)容涉及較少[2]。因此，為了測試工商用超聲波燃氣表計量性質(zhì)是否滿足要求，本課題依據(jù)2018年《超聲波燃氣表》開展測試工作。

1.2 實驗設備

本項目中涉及的單聲道超聲波燃氣表型號為G6、G10、G16、G25，而G6與G10、G16與G25的結(jié)構(gòu)和計量模塊相同，因此可以從四類超聲波流量計中分別選擇G10、G25燃氣表開展測試工作。兩種型號的燃氣表隨機各選擇3臺，同時將其標記為1#、2#、3#計量表。

1.3 實驗過程

首先，結(jié)合《超聲波燃氣表》標準，對型號是G10、G25的單聲道超聲波燃氣表開展檢測工作，檢測要素分別為：過載流量、計量過程重復性、始動流量、示值誤差。注意在選擇市值誤差時需設置7個測點，分別為qmin、3qmin、qt、0.2qmax、0.4qmax、0.7qmax、qmax，分別對其開展測量工作，同時對每一個流量點重復測試6次，結(jié)合平均示值誤差繪制曲線圖。

其次，當單聲道超聲波燃氣表完成初始檢測工作后，可以將其放置在燃氣跑馬臺開展耐久性測試，流量為qmax并持續(xù)運行1000小時。運行完畢后將燃氣表放置在鹽霧箱內(nèi)，進行耐鹽霧操作，經(jīng)過250小時后拿出風干，并分析其表面外殼腐蝕情況。設置和初始測試相同的環(huán)境與設備，對經(jīng)歷過鹽霧測試的燃氣表開展示值誤差、計量重復、過載流量實驗。

最后，應將完成耐久中期實驗的單聲道超聲波燃氣表放置在燃氣跑馬臺上開展耐久性終極實驗。將流量設置為qmax持續(xù)運行1000小時，當所有的耐久測試均結(jié)束后，將該設備放置在鹽霧試驗箱內(nèi)，時間設置為250小時，在測試后觀察其表面外殼的腐蝕情況。當完成鹽霧實驗、耐久性實驗后，應對超聲波燃氣表的計量重復性、示值誤差、過載流量進行分析。

2 實驗結(jié)果研究

2.1 始動流量環(huán)境

在測試工作中需要確保實驗室處于恒溫狀態(tài)，起始實驗的溫度是18.86℃、濕度為64.96%;中期耐久性實驗的溫度是21.44℃，濕度為67.23%;最后耐久性實驗測試溫度是20.78℃，濕度是42.74%。通過對燃氣計量表的始動流量進行測試后發(fā)現(xiàn)，當型號是G10、G25的超聲波燃氣表處于始動流量條件下，仍可以精準計量微小氣體，相關(guān)測試項滿足標準。因此可以將誤差示值通過表格進行統(tǒng)計，并繪制曲線圖。

2.2 G10超聲波燃氣表示值誤差

分析耐久性測試前后，單通道超聲波燃氣表的7個測點示值誤差后得出，在單點重復性測試時，G10超聲波燃氣表不存在漂移情況，示值誤差處于小流狀態(tài)下，因此會出現(xiàn)一定程度的波動情況。但此形式在大流范圍中十分穩(wěn)定，其過載流量點性質(zhì)良好。同時，其燃氣表示值誤差的平滑度較高，且線性狀況良好。在耐久性測試的前后階段，燃氣表中示值誤差的曲線線性相同，因此穩(wěn)定性較高。此外，在耐久性實驗后，燃氣表示值的誤差稍大，七個測點的示值誤差小于標準允許值的限度，尚未發(fā)生計量發(fā)散問題。

2.3 G25超聲波燃氣表示值誤差

在對3個G25超聲波燃氣表展開測試工作后得出以下結(jié)論：每個測點的示值誤差滿足標準，其初始狀態(tài)下燃氣表的示值誤差較低。當耐久性實驗開始后，燃氣表示值誤差緩慢增加，尚未超過標準值的上限和下限。同時，在分析G25超聲波燃氣表誤差曲線后發(fā)現(xiàn)，測點一致性相較于G10超聲波燃氣表較差，穩(wěn)定性不足，在小流范圍內(nèi)其燃氣表示值誤差波動十分顯著，不過在過載流量點和大流范圍內(nèi)計量十分穩(wěn)定。

2.4 燃氣表試驗結(jié)果綜合分析

通過對G10、G25超聲波燃氣表開展示值誤差、始動流量、鹽霧測試、耐久性實驗可以得出，二者的測試數(shù)值均滿足國家相關(guān)標準和規(guī)定。不過在對比G25與G10燃氣表時發(fā)現(xiàn)，G10超聲波燃氣表的準確性、計量穩(wěn)定性均優(yōu)于G25燃氣表，主要原因如下：管道中流體流速屬于拋物線形狀分布，因此其在管道內(nèi)的截面中心速度最快，在靠近管壁的區(qū)域速度較小。單聲道超聲波流量計中只有一對換能器，會隨著時間的流逝影響測量精確性，不過優(yōu)勢是提升燃氣表的抗干擾能力，充分發(fā)揮小口徑流體特點。

3 結(jié)束語

綜上所述，本文圍繞耐鹽霧試驗、耐久性試驗對工商用單聲道超聲波燃氣表進行計量特性測試。三臺燃氣表均在示值誤差、起始流量、計量重復性等方面參數(shù)良好，其中型號是G10的燃氣表相較于G25燃氣表在穩(wěn)定性方面較強，因此利用超聲波單聲道計量技術(shù)可以充分發(fā)揮小口徑流體優(yōu)勢，減少示值誤差。

參考文獻

[1] 丁水龍，李樂，李帆，等.工商用單聲道超聲波燃氣表計量特性測試[J].城市燃氣，2019（12）：13-18.

[2] 李萌，李躍忠，曾令源，等.低功耗超聲波燃氣表設計[J].電子測試，2020（7）：39-42.

作者簡介

嚴偉（1983-），江蘇靖江人;學歷：本科，職稱：中級;現(xiàn)就職單位：靖江市產(chǎn)品質(zhì)量綜合檢驗檢測中心，研究方向：力學類如試驗機、硬度計、加油機、壓力表、燃氣表等。