電子溫壓修正膜式燃氣表技術分析

梁永增

(成都秦川物聯網科技股份有限公司， 四川 成都 610100)

1 概述

國家標準GB/T 19205—2008《天然氣標準參比條件》規定了在對天然氣進行計量時，溫度、壓力的標準參比條件是101 325 Pa，20 ℃(293.15 K)。

在家用燃氣計量領域，家用燃氣表顯示的體積多為實時工作狀態下的計量體積(以下簡稱工況體積)，而燃氣公司與上游天然氣企業交易時采用的計量體積為標準狀態(101 325 Pa，293.15 K)下的體積(以下簡稱標況體積)。對于某一數量確定的天然氣，由于氣體壓力和溫度不同，工況體積和標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，對天然氣溫度壓力進行修正是有必要的。

目前市場上存在的帶有溫壓修正功能的燃氣表主要采用兩種技術方式實現：機械式溫度體積修正和電子式溫壓體積修正。當前，市場上暫未見采用機械式壓力體積修正技術的燃氣表產品。

2 機械式溫度體積修正[1]

膜式燃氣表機械式溫度體積修正的實現有兩種途徑，一種是保持燃氣表傳動系統的傳動比不變，通過改變動力系統回轉體積來實現燃氣表溫度體積修正；另一種途徑是保持燃氣表動力系統回轉體積不變，通過改變燃氣表傳動系統傳動比來實現溫度體積修正。機械式溫度體積修正具有性能穩定、性價比高、故障少等特點。

① 改變膜式燃氣表動力系統[2]回轉體積

改變動力系統回轉體積實現溫度體積修正的基本原理為：利用安裝于膜式燃氣表動力系統的熱敏金屬的熱脹冷縮特性來自動調節燃氣表動力系統的相關參數，實現對回轉體積的控制和調整，修正氣體隨溫度變化的體積變化量，從而實現體積修正的目的。通過改變膜式燃氣表動力系統回轉體積實現體積修正是膜式燃氣表實現溫度體積修正的常用方式。

② 改變膜式燃氣表傳動系統[3]的傳動比

此技術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氣表傳動系統中，通過改變膜式燃氣表傳動系統的傳動比來實現溫度體積的修正。

膜式燃氣表機械式溫度體積修正的兩種技術的詳細描述見文獻[1]。

3 電子式溫壓體積修正

我國居民用氣常采用低壓入戶，管道內天然氣壓力約2 000 Pa，可將管道內天然氣當作理想氣體看待[4]，溫度、壓力、體積之間的關系滿足理想氣體狀態方程。膜式燃氣表電子式溫壓體積修正的實現需要在膜式燃氣表中內置溫度傳感器和壓力傳感器，用于溫度和壓力的測量。根據理想氣體狀態方程可得標況體積和工況體積之間的關系，見式(1)。

(1)

式中V1——標準狀態下天然氣體積，m3

p2——工作狀態下天然氣的絕對壓力，Pa

T1——標準狀態下天然氣的熱力學溫度，K，取293.15 K

p1——標準狀態下天然氣的絕對壓力，Pa,取101 325 Pa

T2——工作狀態下天然氣熱力學溫度，K

V2——工作狀態下天然氣體積，m3

按式(1)進行軟件算法設計，在獲得燃氣表計量的標況體積后，利用燃氣表智能運算單元將工況體積轉換為標況體積，實現對天然氣的溫壓體積修正，并以標況體積為基礎進行貿易結算，保障燃氣供應商和燃氣用戶雙方利益。

電子式溫壓修正膜式燃氣表根據所采用的電子溫壓體積修正技術路線不同分為兩種，一種為機械計量-電子間接計量溫壓體積修正，另一種為電子間接計量溫壓體積修正。

3.1 機械計量-電子間接計量溫壓體積修正

膜式燃氣表采用機械計量-電子間接計量溫壓體積修正技術時，其既具有機械計量部件(動力系統、傳動系統、計數顯示系統)，也具有電子計量部件；既有機械顯示，也有電子顯示，機械顯示內容為工況體積，電子顯示內容至少有標況體積和工況體積，還包括具體的測量工況條件和標況條件參數等內容。機械計數器字輪顯示的工況體積需要符合GB/T 6968—2011《膜式燃氣表》(以下簡稱GB/T 6968—2011)第7.2節的機械計數器字輪顯示要求，并且機械計數器字輪顯示的工況體積可作為GB/T 28885—2012《燃氣服務導則》(以下簡稱GB/T 28885—2012)第6.2.4條的第c款的基準數據的支撐。

機械計量-電子間接計量是在獲得機械計量數據的基礎上通過機電轉換裝置獲得電子計量信號。計量信息顯示為機電雙顯：機械計數器字輪顯示和電子顯示。機械計量-電子間接計量溫壓體積修正流程見圖1。

圖1 機械計量-電子間接計量溫壓體積修正流程

機械計量：利用容積式計量技術，通過動力系統、傳動系統、顯示系統獲得機械計量數據。

機械計數器字輪顯示：根據機械計量數據實現燃氣累積體積的顯示。

電子計量：在獲得機械計量數據的基礎上，利用機電轉換裝置將機械計量數據轉換為電子脈沖，得到電子計量數據。

溫度壓力修正：獲得電子計量數據后，即獲得了工況條件下的燃氣體積，在測得燃氣溫度和燃氣壓力的基礎上，利用公式(1)將燃氣的工況體積轉換為標況體積，實現燃氣溫壓體積的修正。

電子顯示：工況體積數據和標況體積數據等內容在顯示屏上顯示。

機械計量-電子間接計量溫壓體積修正能夠客觀反映燃氣的工況體積和標況體積，在標況計量還沒有廣泛普及和得到廣大消費者接納時，機械顯示的工況體積和電子顯示的標況體積不一致的問題，確實給燃氣用戶和燃氣供應方帶來對計量結果理解的不一致，而產生計量糾紛。

要解決此類問題，各級燃氣監管政府部門和燃氣公司有責任在燃氣公平計量方面做大量的宣傳和引導工作，讓公平計量深入人心。另外，燃氣表制造商應正確標示測量條件和計量交易條件，使用戶明明白白消費。采用機械計量-電子間接計量溫壓體積修正的燃氣表，應標明機械計數器字輪顯示的是工況體積，電子顯示器顯示的是標況體積，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械字輪顯示的輔助顯示(即機械顯示是工況體積的主顯示)。電子顯示的標況體積是經修正的主顯示值，可以作為計量交易的依據。燃氣表表內存儲器應能對溫壓修正記錄進行有效、長期保存，并做到掉電不擦除，記錄可查。燃氣表出廠前，燃氣表制造商應在燃氣表銘牌和說明書中注明電子溫壓體積修正的原理，明確說明標況體積和工況體積的關系。

3.2 電子間接計量溫壓體積修正

根據實現的技術路徑不同，電子間接計量溫壓體積修正膜式燃氣表分為兩種：一是純電子式電子間接計量，除保留部分動力系統部件外，膜式燃氣表的機械傳動系統和顯示系統均不存在；二是燃氣表先進行電子計量，然后將電子計量數據轉換為機械計量數據，再在機械計數器上顯示。

① 純電子間接計量溫壓體積修正

純電子間接計量的膜式燃氣表無完整的機械計量部件(只含有動力系統，作為機械計量傳感器存在)，電子計量部件并不能直接獲得燃氣計量數據，需要通過膜式燃氣表的機械計量傳感器間接獲得，屬于間接計量。電子計量部件獲得的燃氣計量數據是工況體積，是電子溫壓轉換的基準數據。

純電子間接計量溫壓修正膜式燃氣表可以通過溫壓傳感器獲得溫度和壓力參數，利用式(1)的軟件算法將工況體積轉換為標況體積，并將該標況體積儲存和顯示，作為燃氣供需雙方供氣合同載明的貿易結算基礎數據。

純電子間接計量只有電子顯示，顯示內容至少包括工況體積和標況體積，還包括具體的測量工況條件和標況條件參數等內容。其工況體積可以作為GB/T 28885—2012第6.2.4條的第c款的基準數據支撐。純電子間接計量溫壓體積修正流程見圖2。

圖2 純電子間接計量溫壓體積修正流程

機械計量傳感器：利用膜式計量技術，對經過的燃氣體積信息進行采集，其上安裝有電子計量裝置能夠識別的部件，例如光電采集所需的反射光標等。

電子計量：電子計量信號采集裝置通過機械計量傳感器獲得電子計量脈沖，將燃氣體積信息轉換為電子計量信號并儲存。

溫度壓力修正：獲得電子計量信號后，即獲得了工況條件下的燃氣體積，在測得燃氣溫度和燃氣壓力的基礎上，利用公式(1)的軟件算法將燃氣的工況體積轉換為標況體積，實現燃氣溫壓體積的修正。

電子顯示：工況體積數據和標況體積數據在顯示屏上顯示，還包括具體的測量工況條件和標況條件參數等內容。

采用純電子間接計量的膜式燃氣表不存在機械傳動系統和計量顯示系統，其誤差曲線修正將不再通過換齒來實現，可由軟件自行修正，一定程度上提高了計量的準確性。純電子顯示作為主顯示，其數據可以作為燃氣表基準數據使用。

② 帶機械二次間接計量的溫壓體積修正

帶機械二次間接計量的電子間接計量的膜式燃氣表無完整機械計量部件(只含有動力系統，作為機械計量傳感器存在)，電子計量屬于間接計量，其電子顯示部分與純電子間接計量溫壓體積修正的燃氣表的電子顯示部分基本相同。此外，在電子計量顯示外附加了機械輔助顯示裝置，這種方式的顯著特點在于機械輔助顯示裝置顯示的燃氣計量體積是由電子計量數據轉換過來的，屬于二次間接計量。

帶機械二次間接計量的電子間接計量的膜式燃氣表電子顯示內容至少包括工況體積和標況體積，還包括具體的測量工況條件和標況條件參數等內容。電子顯示的工況體積可以作為燃氣服務導則GB/T 28885—2012第6.2.4條第c款的基準數據的支撐。該方式的機械計數器是電子顯示器的附庸，不屬于機械計量結果，不具備法制計量控制特性，不能作為基準數據使用。

帶機械二次間接計量的電子間接計量膜式燃氣表是為了解決機械計量-電子間接計量溫壓體積修正存在的計數器字輪顯示和電子顯示不一致的問題而出現的，帶機械二次間接計量的電子間接計量溫壓體積修正流程見圖3。

圖3 帶機械二次間接計量的電子間接計量溫壓體積修正流程

帶機械二次間接計量的電子間接計量膜式燃氣表溫度壓力體積修正后的標況體積以電子顯示的方式顯示出來；同時，為了使電子顯示與機械計數器字輪顯示(機械顯示)同步，修正后的電子計量信號需再轉換為機械計量信號，利用額外的動力裝置推動計數器字輪轉動，使計數器字輪顯示與電子顯示(標況體積)吻合。

采用帶機械二次間接計量的電子間接計量溫壓體積修正的膜式燃氣表存在以下問題：

a. 加裝的機械計數器相關部件并不屬于機械計量部件，未參與對燃氣體積的計量，其機械顯示數據是由電子計量數據轉化而來，屬于二次間接計量，并不是真實的機械計量的體積數據。

b. 計數器字輪顯示和電子顯示的一致性是人為干預的結果，其作用是為了讓燃氣表計數器字輪顯示與電子顯示同步，在電子顯示失效時，保留機械顯示作為結算依據。按照此思路，超聲波燃氣表和熱式質量燃氣表等電子式燃氣表也應當安裝機械計數顯示器，顯然此行為對于電子式燃氣表毫無意義，存在對電子式燃氣表的計量性能產生不利影響的隱患。

c. 機械計數器顯示裝置是作為燃氣表的輔助裝置而存在的，其顯示的示值是電子溫壓補償后的標況數據，不會顯示燃氣表的工況數據，不能作為燃氣表的基準數據。當電子計量部件出現問題，產生計量糾紛時，其機械計數器作為輔助裝置，其顯示的數據并不能作為GB/T 28885—2012第6.2.4條第c款規定的基準數據被認可，無法保障供需雙方利益。

4 結語

膜式燃氣表在向智能化方向發展，通過電子溫壓體積修正技術能夠將燃氣表計量的工況體積轉換為標況體積，保障了燃氣供應商和燃氣用戶雙方的利益。

采用帶機械二次間接計量的電子間接計量的電子溫壓修正膜式燃氣表的機械計數器處于輔助顯示地位，其所顯示的示值是機械二次間接計量的結果，并不能作為GB/T 28885—2012第6.2.4條第c款的基準數據支撐，無任何實質意義，存在影響燃氣表計量準確度的風險。同時，以此技術解決電子溫壓修正膜式燃氣表機電雙顯存在的體積不一致問題，忽視了各級燃氣監管政府部門和燃氣公司在燃氣公平計量方面宣傳和引導消費者的作用，無法推動公平計量得到廣泛認可，僅由燃氣表制造商增加一個輔助顯示計數器，達不到使用戶明明白白消費的目的，并且可能增加產品的故障風險。

基于上述分析，膜式燃氣表電子溫壓體積修正技術應采用機械計量-電子間接計量溫壓體積修正技術或純電子間接計量溫壓體積修正技術，二者獲得的燃氣體積數據均可以作為貿易結算的基準數據。