關鍵詞：膜式燃氣表，檢定，溫度，濕度，大氣壓力

0 引言

燃氣表是“民用三表”之一，主要用于計量燃氣的累積體積和流量，在燃氣交易測量方面，例如，工商業(yè)、民用交易等都有應用，是測量燃氣消耗的關鍵設備之一。膜式燃氣表是目前使用最為廣泛的一種，主要采用柔性膜片計量室的方式來測量氣體體積流量，當氣體通過膜片時，膜片會因為氣體的壓力而變形，從而推動測量器記錄氣體流量[1]。為確保其公平性和公正性，燃氣表需要進行首次強制檢定，限期使用，到期輪換。

JJG 577—2012《膜式燃氣表》檢定規(guī)程中規(guī)定的主要檢定項目為流量示值誤差，檢定環(huán)境條件中，溫度為（18～22）℃，大氣壓力一般為（96±10）kPa，相對濕度為45% RH～75% RH，使用潔凈的空氣作為介質(zhì)[1]。據(jù)流體力學相關知識[2]，相較于固體和液體，氣體分子間間隔最大，作用力最小，分子的運動較為自由，作為可壓縮流體，基于標準氣體狀態(tài)方程PV=nRT，相同物質(zhì)的量的氣體，其體積受壓力和溫度的影響較大。

1 不同環(huán)境條件對膜式燃氣表檢定的影響

1.1 溫度對膜式燃氣表檢定的影響

溫度的變化會導致膜片材料的熱脹冷縮，從而改變了膜片的形狀和彈性。在高溫下，膜片可能會變得更加柔軟，導致對氣體流量的測量產(chǎn)生偏差；而在低溫下，膜片可能會變得更加僵硬，同樣會影響到測量結果的準確性。因此規(guī)程中規(guī)定的環(huán)境溫度要在20℃左右，允許有2℃的變化。除了直接影響膜片的特性外，溫度還會影響到檢定氣體的物性參數(shù)，如密度和黏度，進而影響到氣體流量的測量。特別是在極端溫度條件下，這種影響尤為顯著。

早在2007年，檢定規(guī)程還為舊版本時，鄭州燃氣集團鄧立三[3]就針對溫度對膜式燃氣表的影響進行了試驗研究，選用6 個不同廠家生產(chǎn)的7的種燃氣表類型，在-20～40℃范圍內(nèi)選取9個溫度點，對0.2 q max、0.4 q max、0.6 q max、q max 4個流量點進行測試。試驗結果表明，在未進行示值誤差修正時，隨著溫度的下降，負誤差呈現(xiàn)遞增的趨勢，即在-10℃時，誤差達到-14%～-12%，在-20℃時，最大達到了-17%～-14%；相反，在試驗最高溫40℃時，示值誤差僅在3%左右。而進行溫度壓力修正后，示值誤差的變化趨勢在-5%～+1%偏差區(qū)間，以20℃為間隔，高溫時誤差呈正趨勢，低溫時誤差呈負趨勢。此外，由于溫度變化對氣表的膜片、橡膠和塑料材質(zhì)的零部件也會產(chǎn)生影響，不同廠家的膜式燃氣表存在不同的變化，這一影響是由儀表本身所決定的，即為系統(tǒng)誤差，無法通過修正消除。

2011年，北京市計量檢測科學研究院的何藝超[4]等人在常溫（20℃）、高溫（45℃）、低溫（-15℃）三種環(huán)境溫度下對同一型號膜式燃氣表下三個流量點q max（4 m3/h）、0.7 qmax（2.8 m3/h）、0.2 qmax（0.8 m3/h）的示值誤差進行了探索，得出誤差曲線。結果表明，在20℃時，燃氣表的示值誤差在[-0.5%，0.6%]范圍內(nèi)，誤差較小；在45℃時，燃氣表的示值誤差在[0%，2.5%]之間，差值增大，尤其是小流量波動較大；在-15℃時，燃氣表的示值誤差在[-1.5%，1.0%]之間，其中，小流量下示值誤差為正值且誤差值較大；在中流量和大流量下，燃氣表的示值誤差為負值，隨著流量的增大，誤差值也相應變大。

2013年，泉州市計量所吳家平[5]在檢定規(guī)程新版本發(fā)布后，使用燃氣表檢定裝置（鐘罩法200L）進行試驗，分析了溫度對膜式燃氣表示值誤差的影響，按式（1）計算通過燃氣表的實際體積：

式中：Vref為通過燃氣表的實際體積，L；Vs為標準器示值，L；p sa為標準器壓力，Pa；Tsa為標準器的熱力學溫度，K；pma為燃氣表的進口處壓力，Pa；Tma為燃氣表的進口處熱力學溫度，K。

將壓差Δp 控制在100 Pa以內(nèi)，取psa≈pma，設檢定環(huán)境溫度為20℃，標準器處的溫度和燃氣表處的溫度之差取最大值1℃，標準器示值Vs 為100 L，代入式（1）得：

結果表明，以Vs 代替Vref計算示值誤差可能帶來的最大誤差為±0.34%，而規(guī)程要求得最大允許誤差為1.5%，僅溫度影響就可達0.34%，溫度的影響不能忽略。

2014年，漳州市計量所劉藝專[6]對現(xiàn)有標準表法檢定裝置進行改造，在裝置中添加了換熱器、恒溫試驗箱、高低溫恒溫槽等，用以模擬實際環(huán)境溫度，便于通氣狀態(tài)下對膜式燃氣表進行檢定。試驗中被測樣品為帶有溫度補償功能的膜式燃氣表，回轉體積為0.9 L，實驗流量點取qmax（4 m3/h）、0.4 qmax（1.6 m3/h）、0.1 qmax（0.4 m3/h），檢測體積分別為90 L、90 L、60 L。試驗結果表明，流量示值誤差隨著溫度變化而變化，兩者呈現(xiàn)相反趨勢；溫度升高，誤差負增長，溫度降低，誤差正增長。這與鄭州燃氣集團鄧立三[3]得出的低溫時誤差偏負的結論有所差異，原因可能是膜式燃氣表中膜片和其他感溫材料隨溫度熱脹冷縮引起的誤差變化較為明顯[7]。

1.2 濕度對膜式燃氣表檢定的影響

我國南方多潮濕多雨，北方多氣候干燥，不同的空氣濕度對膜式燃氣表的檢定也存在著一定的影響。2013年丹東東發(fā)公司姜宏兵等[8]進行了介質(zhì)濕度對燃氣表計量特性影響的實驗，其他環(huán)境條件不變，選取三臺標稱流量2.5 m2/h的JC型膜式燃氣表為測試樣機，分別在1%、50%、90%濕度下對qmax、0.2 qmax兩個測試點下進行實驗，結果表明，在90%濕度時，燃氣表的示值誤差呈負增長趨勢，在1%RH濕度時，示值誤差呈正增長趨勢。整體而言，濕度增加示值誤差負增長，反之則為正增長。分析原因，可能是由于在濕度較高的條件下，表的膜片會因吸收水分而增大其伸張力，進而導致計量體積的膨脹，從而使示值誤差傾向于負值。相反，在干燥的環(huán)境中，膜片的伸張能力會減弱，使得計量體積縮小，因此示值誤差會傾向于正值。

2017年，泉州市計量所的林錫聰[ 9]也研究了氣體介質(zhì)濕度對膜式燃氣表計量檢定的影響，他采用鐘罩式氣體流量標準裝置在濕度為45%RH、60%RH、75%RH的條件下，對4支膜式燃氣表分別檢測q max，0.2 q max兩個測試點，測得不同濕度下的壓力損失、測量示值誤差。實驗結果表明，從45%到75%的相對濕度條件下，燃氣表的壓力損失隨著相對濕度的上升而增加，反之也跟著減少；示值誤差隨著相對濕度的上升而下降，向負方向偏移，反之則上升，與姜宏兵等[8]的實驗結論一致，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能有：管網(wǎng)的壓力損失；一定流量的氣體經(jīng)過管壁時，會受到摩擦阻力以及摩擦損失；摩擦損失又與空氣密度、管道的半徑、長度等有關。

1.3 大氣壓力對膜式燃氣表檢定的影響

由于海拔每升高1000米，氣溫會下降6℃，大氣壓力約下降100 hPa，空氣密度約減小12%，由此換算，海拔1300米以上就不滿足規(guī)程所要求的檢定大氣壓力。2011年，河南省滎陽市質(zhì)量技術監(jiān)督檢驗測試中心的翟英俊[10]就發(fā)現(xiàn)了檢定規(guī)程中的這一點“小漏洞”，他深入研究了同一臺燃氣表在丹東市（常年平均大氣壓為101.5 kPa）的出廠檢定數(shù)據(jù)，并對比分析了西寧市（常年平均大氣壓為77.5 kPa）進行首次檢定的結果，在丹東市的示值誤差為0.19%，在西寧市的為0.25%，同一只燃氣表在丹東市的檢定結論為“合格”，在西寧市的檢定結論為“不合格”，在不同大氣壓的地區(qū)檢定結論相反。因此，大氣壓對檢定結果的影響不容忽視。

2015年，泉州市計量所的劉躍華[11]也分析了大氣壓變化對膜式燃氣表示值誤差測量的影響，比較了福州市和拉薩市，泉州市晉江市和泉州市德化縣，泉州市安溪縣日最大值和最小值，得到的結果如表1所示。表1中，分析實例1和實例2，根據(jù)規(guī)程要求，拉薩市和晉江市不符合大氣壓要求，對其結果進行修正，依然得到差距較大的示值誤差，甚至判定結果不一致。實例3則極端地體現(xiàn)了大氣壓日變化對膜式燃氣表示值誤差測量結果乃至判定結果的影響?？梢钥闯?，大氣壓在不同時間與空間下的變化，均會對膜式燃氣表的示值誤差產(chǎn)生直接影響，進而可能導致判定結果的偏差。

2 采取的措施

我國地域遼闊，各個地區(qū)的環(huán)境條件均有一定的差異，南北方溫度差異較大，東西部濕度、海拔差異較大，因此針對不同的環(huán)境條件應采取不同的措施來避免由此產(chǎn)生的影響。

針對溫度對膜式燃氣表檢定的影響，可以采取以下措施來提高檢定的準確性和可靠性：（1）溫度補償技術：通過在燃氣表中加入溫度傳感器，并結合相應的算法，實現(xiàn)對溫度變化的實時監(jiān)測和補償，從而減小溫度變化對測量結果的影響。（2）校準標準化：在進行膜式燃氣表的檢定時，應該在規(guī)定的溫度條件下進行，以確保不同環(huán)境溫度下的測量結果的可比性和準確性。（3）湖北省孝感市計量檢定測試所張林[12]提出，先對誤差進行計算，再對誤差進行分析，對各類誤差實施有針對性地分類處理。當誤差值＞1.8%時，該燃氣表為不合格；當誤差值＜1.2%時，該燃氣表為合格；當誤差值在1.2%～1.8%范圍之內(nèi)時，根據(jù)式（1）進行修正后重新計算示值誤差。此外，檢定員的技能水平也會在一定程度上影響檢定結果，要加強對檢定員的上崗培訓和技術考核，避免各類粗大誤差影響檢定結果。

為減小濕度對膜式燃氣表檢定結果的潛在影響，尤其是在南方春季濕潤多雨的氣候條件下，可采取以下措施：（1）在條件允許的情況下，應充分利用當?shù)刭Y源，盡量選擇當?shù)厣a(chǎn)的膜式燃氣表，與當?shù)氐臍夂驐l件相匹配。（2）提高實驗室環(huán)境質(zhì)量，確保實驗室環(huán)境和氣體介質(zhì)的穩(wěn)定性、均勻性。（3）可合理應用大數(shù)據(jù)技術，根據(jù)濕度變化對檢定結果的影響程度進行數(shù)據(jù)修正和校準[9]。

不同地區(qū)海拔不同，大氣壓也存在一定的差異，各個城市中，最大常年平均大氣壓為天津的101.66 kPa，最小為玉樹的64.95 kPa，為消除大氣壓變化所帶來的影響，每次進行檢定時，均應充分考量大氣壓的實際效應，并據(jù)此實施相應的壓力修正措施。此外，還需注意最少通氣量的要求，根據(jù)規(guī)程規(guī)定，示值誤差檢定時的最少通氣量必須達到或超過燃氣表最小分度值的200倍，通常情況下，燃氣表的最小分度值為0.2 L，那么最少通氣量應滿足不低于40 L的標準。鐘置式氣體標準流量裝置還需注意流量調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)整時機和安裝位置，應該先進行被檢燃氣表的安裝，再按照規(guī)程調(diào)整流量，當燃氣表被安裝在流量調(diào)節(jié)表之后時，由于流量調(diào)節(jié)閥的的存在，會導致較大的壓力損失，從而使得流經(jīng)被檢測的燃氣表的壓力相對較低；當燃氣表安裝在流量調(diào)節(jié)閥之前，由于壓力的影響，燃氣表的示值誤差大約達到了0.03%的水平，可以忽略[13]。

3 結語

綜上所述，無論是從實驗數(shù)據(jù)的角度還是理論分析的層面來看，環(huán)境條件中的溫度、濕度以及大氣壓力均是對膜式燃氣表檢定產(chǎn)生顯著影響的要素。燃氣表檢定結果的判定存在差異，將會導致人力資源、財力資源等方面的浪費。尤其是在面對大量燃氣表檢定的需求時，這種差異性將會導致檢定效率的顯著降低，從而影響到整體工作效率和質(zhì)量。針對溫度和濕度而言，為了達到規(guī)程要求最便捷的方式就是安裝恒溫恒濕空調(diào)，使檢定時實驗室的環(huán)境條件保持恒定，盡量減少因溫濕度影響產(chǎn)生的誤差。對于大氣壓力的影響，其隨時隨地的變化對膜式燃氣表示值誤差的測量結果會有一定差異，甚至會出現(xiàn)不一致的檢定結論。鑒于人為因素無法對大氣壓力值進行干預，為了確保大氣壓變化不會對檢定結果產(chǎn)生影響，無論使用何種標準裝置，在進行檢定時都應實時對大氣壓進行監(jiān)測，以有效消除其潛在的影響。同時，在檢定系統(tǒng)的配套軟件中，應適時對大氣壓力的影響進行修正，以確保測量結果的準確性和可靠性。

只有充分認識到環(huán)境條件對燃氣表檢定的影響，并采取相應的措施加以控制，降低這一系統(tǒng)誤差，提高檢定效率和質(zhì)量，才能保證燃氣表的準確性和可靠性，保證膜式燃氣表量值的統(tǒng)一，做好供氣企業(yè)和百姓中間的這一桿“公平秤”，從而更好地滿足社會對氣體流量測量的需求。