謝皓東　張　濤　唐艷宏　王　煜，2

(1.西藏自治區(qū)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局計量測試所，拉薩 850000；2.中國計量科學研究院光學所，北京 100013)

0　引言

燃氣已經(jīng)成為我國大部分居民的主要能源之一，燃氣表作為國家規(guī)定的強制檢定計量器具，其計量準確度直接影響到千家萬戶燃氣用戶和供氣公司的經(jīng)濟利益。為此，國家計量行政部門將家用燃氣表列入強制檢定目錄，制定了JJG 577—2005《膜式燃氣表》檢定規(guī)程[1]，將其作為重點管理的工作計量器具。隨著燃氣表和檢定裝置制造技術(shù)的不斷提高，燃氣表檢定準確度已提高了很多，但在日常檢定工作中依然存在很多影響燃氣表檢定準確度的因素。本文通過研究鐘罩式燃氣表檢定裝置氣體流量的均勻性對燃氣表檢定準確度的影響，提高燃氣表檢定的準確度和重復性。

1　膜式燃氣表的工作原理

當流動的氣體經(jīng)過燃氣表時，受到管道摩擦及機構(gòu)的阻擋，內(nèi)部的燃氣會在燃氣表進出口兩端產(chǎn)生壓力差，通過這個壓力差推動膜式燃氣表的膜片在計量室內(nèi)運動，并且?guī)优錃鈾C構(gòu)進行協(xié)調(diào)配氣，使得膜片的運動能夠連續(xù)往復的進行，再通過圓周運動帶動機械滾輪計數(shù)器轉(zhuǎn)動，膜片每往復一次，就排出一定量氣體，最終滾輪轉(zhuǎn)過一個計數(shù)單元，實現(xiàn)滾輪旋轉(zhuǎn)計量顯示效果[2]。

燃氣表隔膜往復運動并通過轉(zhuǎn)閥將進出氣口換向?qū)崿F(xiàn)將氣體連續(xù)排出。當兩個隔膜做完一次往復動作時，與其聯(lián)動的偏心齒輪軸旋轉(zhuǎn)一周，這時所排出的氣體體積叫回轉(zhuǎn)體積[3]。燃氣表排出的氣體體積量和偏心齒輪軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)數(shù)成比例，按式(1)計算：

Qv=nVc

(1)

式中：Qv為氣體體積量，m3；Vc為回轉(zhuǎn)體積，m3；n為轉(zhuǎn)數(shù)。

當轉(zhuǎn)閥超前時，就是說它還沒有完全充滿氣體就換向了，這等于燃氣表回轉(zhuǎn)體積量減少了，此時燃氣表排出的實際氣體體積量按式(2)計算：

Vm=nVc-nΔV=n(Vc-ΔV)

(2)

式中:Vm為燃氣表排出的實際氣體體積量；ΔV為體積減少量。

根據(jù)膜式燃氣表檢定規(guī)程JJG 577—2012[4]，膜式燃氣表的示值誤差是指表計的指示裝置顯示值與標準器顯示值之間差值的相對百分比[5]。測量示值誤差按式(3)計算：

E=(Vm-Vs)/Vs×100%

(3)

式中：E為測量示值誤差；Vs為標準裝置的示值。

綜合式(2)、(3)：

E=[n(Vc-ΔV)-Vs]/Vs×100%

(4)

可見回轉(zhuǎn)體積的充滿程度對于燃氣表的準確度有很大影響，通常在燃氣表檢定過程中，都未考慮回轉(zhuǎn)體積減少量對示值誤差帶來的影響，也未對該影響因素進行補償。影響回轉(zhuǎn)體積減少量的主要因素為氣體的流量值。在燃氣表檢定過程中，雖然將流量設定為一恒定值，但是流量從零到設定值需要一段時間，即燃氣表中燃氣的瞬態(tài)流量是不斷變化的。而這段時間燃氣表的回轉(zhuǎn)體積均小于流量恒定后的額定回轉(zhuǎn)體積。在通常的計量檢定計算過程中，將整個過程均視為在穩(wěn)定流量下進行的，因而忽略了回轉(zhuǎn)體積減少量對誤差計算帶來的影響。本文通過系列實驗證明氣體流量均勻性對燃氣表檢定準確度的影響。

2　實驗方法

采用鐘罩式檢定法[6]，用丹東科泰儀器儀表有限公司生產(chǎn)的LJQ-100型鐘罩式氣體流量標準裝置(準確度為0.5級)，對河南新天生產(chǎn)的膜式燃氣表(準確度為1.5級)的四塊標準表進行檢定，根據(jù)檢定規(guī)程JJG 577—2012，示值誤差檢定時的最少通氣量不少于燃氣表最小分度值的200倍，設定檢定大流量(Qmax)為4.0(m3/h)，檢定體積為50L。氣體瞬態(tài)流量從0到設置的4.0(m3/h)需要30s，而在這一過程中，燃氣表的回轉(zhuǎn)體積均小于流量恒定后的回轉(zhuǎn)體積。本文在同一臺檢定裝置上，相同的環(huán)境條件下，采用七種檢定方式，分別從進氣閥開啟開始計時，預通氣0，5，10，15，20，25，30s后中斷進氣，然后再啟動檢定程序重新計時開始檢定。在上述每個情況下，對同一塊燃氣表重復檢定10次，比較七種檢定情況下被檢表的誤差變化情況和重復性變化情況。

3　數(shù)據(jù)處理

3.1　預通氣對瞬時流量的影響

預通氣5，10，15，20，25，30s后中斷進氣程序，然后再重新啟動檢定程序的流量隨時間變化基本相同，用這六種預通氣方式的平均值擬合成一條曲線，同未進行預通氣情況下的流量變化曲線進行對比，如圖1所示。

圖1　瞬時流量隨預通氣時間變化圖

隨著預通氣時間的增加，氣體瞬態(tài)流量從0達到設定值4.0(m3/h)，所需的時間逐漸減少，且同一時間點的瞬時流量不斷增加。圖1中未做預通氣和預通氣之間的面積差與整個檢定過程覆蓋的總面積比，可以表示兩種狀態(tài)下通過燃氣表氣體的體積差與額定體積的比值。經(jīng)模擬計算，該部分的面積占未預通氣檢定面積的1%，即在檢定過程中，該部分體積被納入統(tǒng)計的多少，對燃氣表的示值誤差有顯著影響。隨著預通氣時間的增加，該部分體積被納入統(tǒng)計的量隨之減少。

3.2　燃氣表檢定誤差變化情況

取10次檢定誤差的平均值為該檢定情況下的檢定誤差，燃氣表在不同預通氣時間下檢定的誤差，隨著預通氣時間的增加逐漸降低。將四塊表的檢定誤差取平均值擬合為一條曲線，如圖2所示。

圖2　誤差隨預通氣時間變化圖

3.3　燃氣表重復性變化情況

10次檢定誤差的標準偏差為該檢定情況下的重復性。燃氣表在不同預通氣時間下檢定的重復性，隨著預通氣時間的增加越來越好。將四塊表的檢定重復性取平均值擬合成一條曲線，如圖3所示。

圖3　重復性隨預通氣時間變化圖

4　結(jié)果討論

隨著檢定預通氣時間的增加，達到預設恒定流量的時間隨之縮短，且在相同時間點，有預通氣的瞬時流量更大，預通氣20s后的瞬態(tài)流量大小與預設恒定基本相同。不做預通氣處理時，前20s的流量差異，對燃氣表的回轉(zhuǎn)體積有明顯的影響，這直接影響檢定誤差和重復性。隨著檢定預通氣時間的增加，瞬時流量逐漸增大，對回轉(zhuǎn)體積的影響減小，檢定誤差隨之變小，重復性更好。

燃氣表首次檢定的允許誤差為±1.5%，預通氣20s以后的檢定誤差同未預通氣的檢定誤差相差接近1%。這與流量隨時間變化圖中，面積差與整個檢定過程覆蓋的總面積比相吻合?？梢娙細獗頇z定過程中的流量均勻性是檢定誤差的重要影響因素。有無預通氣，在膜式燃氣表檢定過程中，對于計量的準確度有著重要的影響。

預通氣時間分別為20s、25s和30s三種情況下，達到預定流量的時間以及各時間點的瞬時流量基本相同。經(jīng)過預通氣處理，前期由于流量的均勻性不同對回轉(zhuǎn)體積的影響基本被排除，得到的檢定誤差和重復性基本相同。因此建議在用鐘罩式氣體流量標準裝置對膜式燃氣表進行檢定時，采用預通氣的處理方法進行檢定，預通氣的時間建議為20s。

[1]JJG 577—2005膜式燃氣表檢定規(guī)程

[2]穆春麗.淺談膜式燃氣表的原理與檢修.科教創(chuàng)新,2011(11).

[3]潘石,馬凱,高紅娜.膜式燃氣表轉(zhuǎn)閥與膜片運轉(zhuǎn)的同步性對計量性能的影響.品牌與標準化，2010(8)

[4]JJG 577—2012膜式燃氣表檢定規(guī)程

[5]洪子偉.膜式燃氣表示值誤差的調(diào)整方法及設計實現(xiàn).計量技術(shù),2007(6)

[6]曹久瑩.鐘罩式氣體流量標準裝置檢定中的思考.儀器儀表標準化與計量,2010(2)