膜式燃氣表溫度適應性試驗裝置的研究現狀與趨勢

羅鵬花

（甘肅省甘南州質量技術監督檢測所，甘肅 甘南 747000）

膜式燃氣表直接關乎到人們日常生活的順利開展，影響到能源配置和管理的合理性，肩負著重要的計量職責，與人民群眾的實際利益有著密切的聯系。在進行膜式燃氣表的評價時，一個重要的指標就是溫度適應性。如果基于極端的工作環境下，受到溫度的影響，難以保障燃氣表計量的精確度，從而造成誤差的出現。因此，就要對燃氣表的溫度影響特性，相應地進行試驗裝置的研發和設計。通過溫度適應性的試驗的開展，確保其滿足計量性能的要求。

1 研究背景

對于膜式燃氣表而言，其應用的安全性以及計量的精準性，都會對能源的配置以及人民的生命財產安全造成直接的影響。因此，我國對燃氣表的使用做出了強制性的檢定，要求將其使用年限限制在10年以內。在膜式燃氣表設計原理的基礎之上，使用年限作為燃氣表安全性以及計量性能實現了一個重要的影響因素。一般來說，基于常溫的20℃左右，進行燃氣表的檢定。但是在具體的應用過程中，很有可能會面對差異性的溫度環境，因此，在進行首檢后，要針對燃氣表在各種溫度環境下的計量性能，進行相應的研究。隨著各項技術的發展，在傳感器、電子技術推廣應用的背景下，也推出了多種類型的燃氣表。因此，伴隨著市面上燃氣表類型的不斷豐富，我國針對其具體的檢定標準和規程，進行了相應的完善與修訂。不僅在大綱中進行了燃氣表溫度適應性試驗的增加，同時還針對其溫度適應性，提出了全新的試驗要求。因此，就要通過試驗裝置的研制和設計，從而針對膜式燃氣表進行高低溫試驗。現階段，在進行試驗裝置搭建的過程中，在標準器進行選擇時，以鐘罩、噴嘴或者是單個標準表較為常用。但是，這樣的裝置后期需要大量的維護費用，同時，噴嘴流量組合也就有諸多限制性因素。如果基于寬量程流量，那么也會不利于標準度等級的實現。同時在長期的工作狀態下，無法確保鐘罩測量結果的準確性。因此，針對膜式燃氣表的高低溫試驗所開展的各項研究，也存在著嚴重的不足。所以，就要在把握當前研究現狀的基礎上，進行膜表溫度適應性試驗裝置的設計和研發，并進行未來發展趨向的展望，從而對燃氣表的研究工作，提供重要的參考和依據，確保燃氣表計量性能實現的穩定性。

2 膜式燃氣表溫度適應性試驗裝置的研究現狀與趨勢

當前，隨著技術的發展，促進了膜式燃氣表的進步。在現階段的新型膜表中，一般都應用非限位式的結構設計。在這種結構體系下，能夠讓計量室基于循環往復運動的流程，實現自由、靈活的切換。這樣就能夠有效地減少壓力損失，同時還能降低運行的噪音。在一些燃氣表中，還添加了相應的裝置，能夠實現誤差調節，這樣就可以在各種流量條件下，有效地降低誤差特性曲線所具有的分散性，從而提高膜表誤差特性曲線的平滑度，讓整個儀表具有更大的量程比。

在溫度的影響之下，會對氣體的體積造成較為嚴重的影響。因此，在膜表具體工作的過程中，為了確保其能夠具有較高的計量精準度，同時對不同季節條件下所出現的溫度的改變，做到較強的適應。從而降低輸差，確保貿易結算過程中的公平公正性。因此，在當前的膜表設計過程中，充分的運用了溫度轉換裝置技術。在現階段的溫度轉換裝置中，主要是機械式的結構。通過對特殊金屬熱脹冷縮這一特點的運用，能夠實現誤差調節系統指針的自動化調節，這就是溫度轉換裝置的運行原理。在此基礎上，能夠對燃氣表所具有的回轉體積，實現有效地調節，從而就能夠對于在溫度影響下所出現的氣體體積的變化，進行有效的修正實現體積修正的目標。我國針對膜表具有溫度修正功能的研究過程中，相關的制造企業已經進行了燃氣表的研發，能夠實現溫度修正的補償功能，主要就是依靠溫度修正單元的設置，從而能夠對燃氣表所產生的環境溫度的變化，實現有效的檢測。通過對傳動機構的調整，達到溫度修正的效果。

對膜式燃氣表的溫度適應性這一部分內容而言，國外在很早之前，就已經做出了相應的試驗研究。由于在過去，我國的燃氣表生產技術水平不高，各項工藝和條件難以滿足試驗研究的要求。因此，在型式評價大綱中，沒有進行該項試驗內容的列入。但是，隨著近幾年的發展，我國的燃氣表工藝水平也在不斷提高，具有越來越強的制造能力。同時，受到當前膜表行業現狀的影響，因此也就在評價大綱中，加入了溫度誤差特性的檢測內容。現階段，在我國一部分地區的計量院中，所設置的高低溫試驗設備，能夠對實際的環境溫度，進行有效的模擬。所開展的溫度適應性試驗項目，就是能夠在高低溫的環境條件下，對燃氣表進行檢測，其中涉及到一些關鍵的零部件，同時還包括在差異性的制作條件和工藝的基礎上，各種燃氣表類型的誤差計量性能的影響。

當前，在進行該種試驗裝置的設計時，主要就是通過負壓、正壓法，在非等溫或者等溫原理的基礎上，進行非參比環境條件的構建。這樣就能夠在對現實的環境條件進行充分模擬的基礎上，促進燃氣表計量性能試驗的開展。在2006年，根據歐洲的燃氣表標準，進行了溫度適應范圍的擴大。同時，還進行了針對溫度適應性試驗的測試系統設計框架的提出。在2011年，我國將燃氣表恒溫試驗系統的設計方案，正式納入了國家標準。并且由北京計量院，進行了燃氣表恒溫試驗系統的設計，標準器選擇了單只標準表，結合非等溫測量法的具體原理。在恒溫箱中，同時放置換熱器和負責測試的燃氣表。并在其外部放置標準器，通過負壓法的應用，能夠針對燃氣表，實現最大流量的高低溫試驗。在2013年，我國進行了溫度特性測試裝置的研發。通過對于非等溫測量法的運用，通過負壓法實現供氣，從而達到對于膜表最大流量溫度特性測試的目標。在2013年，以新型膜表為對象，進行了具體的試驗裝置的研究。標準器為鐘罩，在高低溫的試驗設計階段，首先要針對鐘罩內經過的氣體，做好預干燥處理，從而讓鐘罩的測量具有更高的可靠性，符合高低溫試驗的要求。在2014年，在等溫測量法原理的基礎上，通過噴嘴作為標準器，將其和燃氣表一同放置在箱中，從而開展具體的性能試驗。在2016年所進行的試驗裝置的研發和設計，以鐘罩作為標準器，在0.28%拓展不確定性的基礎上，能夠對各種型號的膜表所進行的溫度試驗具體條件，得到有效的滿足。

3 膜式燃氣表溫度適應性試驗裝置的研制與設計

3.1 裝置設計原理

本文所進行的試驗裝置的研發，就是基于當前的鐘罩式氣體流量標準裝置，所進行的具體的改造設計。通過該裝置的應用，能夠對氣體介質的干燥性以及恒溫性，做到一定的保障，解決技術存在的問題。在本裝置中涉及到6部分的內容，分別為氣體恒溫系統、換熱系統、干燥裝置、流量標準裝置、檢定系統、氣體管路。

為了確保能夠對燃氣表的實際工作狀態，進行真實地再現，就在正壓法應用的基礎上，進行了膜表溫度適應性試驗裝置的設計。為了符合大綱所提出的要求，還進行了恒溫箱的設置，這樣就能夠提供溫度源，實現加熱、制冷等溫度操作。在燃氣表檢測的過程中，提高環境條件的穩定性。

對于鐘罩式的膜表標準裝置而言，其中涉及到多個組成部分，包括空氣干燥機、壓縮機、氣體流量標準裝置、換熱器、膜表、恒溫箱、控制系統。具體的工作原理就是在冷凍式干燥箱中，通過空氣壓縮機進行氣體的輸送，之后完成氣體干燥。這一流程能夠避免在高低溫試驗的過程中，由于氣體內存在的水分發生冷凝，從而影響到測量結果。之后將干燥處理的氣體輸入的流量標準裝置中，要想保障作為檢測介質的常溫空氣，能夠符合各種額定試驗溫度的要求，就要通過恒溫箱內部的換熱器，基于常溫常壓狀態，進行空氣的加熱或者是制冷。這樣在經過換熱以后，進入到所需要檢測的燃氣表中。之后通過排氣口，向恒溫箱外排出。在這一過程中，還要在燃氣表入口和流量標準裝置的位置，進行壓力以及溫度傳感器的設置，這樣就能夠對于所經過的空氣，進行溫度和壓力參數的檢測，并實現溫度與壓力的修正工作。在對溫度適應性試驗裝置進行改造以后，能夠符合各項指標要求。

3.2 控制系統設計

在控制系統的設計過程中，其中涉及到多方面的內容，具體的工作流程如下：首先，要在溫度試驗箱中，進行試驗環境溫度的設置，之后對控制系統進行初始化。最后，在系統中對燃氣表入口的溫度值，通過觀測判斷其能夠達到具體的設定值。在符合試驗溫度調節以后，進行試驗流量點的設置。等流量趨于穩定，具有較小的壓力波動，再對示值誤差進行具體的測量工作。在鐘罩式氣體流量標準裝置和所測量的膜表獲得的累計體積量的基礎上，獲得示值誤差的結果。

在這一過程中，要對瞬時流量做到動態化的監測，其中包括多種數據參數，比如說溫度、壓力等。如果在這一過程中，產生異常問題，就由上位機發出報警提醒，從而中斷試驗。

控制系統由上位機和下位機2部分組成，其中涉及到數據處理、采集、信號傳輸、流程控制等多個方面。對于該系統中的硬件設備來說，為了對各項試驗條件進行充分的考慮。其中包括溫度、壓力、準確度要求、試驗成本，進行了如下的設備的采用，其中包括壓力以及一體化的溫度變送器、流量調節閥、光電采樣器、光電編碼器、電磁閥、PLC。

在PLC中，以循環掃描作為主要的工作方式，其中涉及到5個階段的內容，分別為內部處理、通信處理、輸入掃描、用戶程序、執行輸出處理。在這其中內部處理具有自診斷特點，主要是通過自診斷檢查的實現，能夠確保PLC各項動作處于正常的狀態。而通過通信處理，能夠和其他設備之間實現通信聯機。如果在stop位置，進行PLC開關的設置，那么就不需要進行后3個階段的執行。在控制系統中，由光電編碼器和光電采樣器的脈沖信號、溫度以及壓力變送器的模擬信號，構成輸入信號。

在上位機軟件的編寫過程中，采用了組態王6.55。通過這一軟件的應用，不僅能夠縮短開發周期，而且具有良好的適用性和開放性，能夠更加便于拓展，具有經濟性的優勢。在這一個軟件中，能夠對windows圖形編輯功能，進行有效的運用，從而形成監控畫面，具有較高的編輯性。同時還能夠依靠動畫的形式，對于控制設備的狀態進行有效的顯示。在其中還包含實時趨勢曲線、報警窗口。

這個軟件在使用的過程中，所具有的配置界面不僅內容豐富，而且便捷程度高，能夠進行海量的圖庫精靈和圖形元素的提供，同時所提供的接口也較為簡便。在該系統的主界面中，涉及到多方面的信息，比如說燃氣表壓力損失、累積體積、實時流量、溫度示值誤差等等。在具體的試驗過程中，要提前在其中進行所要測量儀表信息的設定。之后在整個試驗的操作中，通過對于控制系統所發出的相關指令，做好記錄和計算。在試驗結束以后，要能夠查詢到所儲存的數據。

通過這一裝置的研發和建立，能夠符合當前國家最新的型式評價大綱的要求。并且結合當前的儀器設備條件，針對溫度適應性試驗裝置，展開了深入的研究和設計，讓其符合國家的規范要求。但是當前針對國內外的膜表市場，具有很多廠家和型號。而且不同類型的膜表有具有差異性的回轉體積，在生產的過程中所應用的膜片，也具有一定程度上的差異。因此，在日后的研究過程中，還要能夠針對不同的廠家和型號的燃氣表，開展更加深入的試驗分析，從而獲得更加可靠的結論。

4 結語

綜上所述，在當前的能源形式下，燃氣計量技術也具有著越來越重要的地位。隨著現代工業的發展，為了提高膜式燃氣表的安全性能，保障燃氣測量的精準性，就要加強溫度適應性試驗的開展以及相關裝置的研究，從而不斷地促進燃氣表工藝制造水平的提升，促進燃氣計量工作的順利開展。