膜式燃气表温度适应性试验装置的研究现状与趋势

罗鹏花

（甘肃省甘南州质量技术监督检测所，甘肃 甘南 747000）

膜式燃气表直接关乎到人们日常生活的顺利开展，影响到能源配置和管理的合理性，肩负着重要的计量职责，与人民群众的实际利益有着密切的联系。在进行膜式燃气表的评价时，一个重要的指标就是温度适应性。如果基于极端的工作环境下，受到温度的影响，难以保障燃气表计量的精确度，从而造成误差的出现。因此，就要对燃气表的温度影响特性，相应地进行试验装置的研发和设计。通过温度适应性的试验的开展，确保其满足计量性能的要求。

1 研究背景

对于膜式燃气表而言，其应用的安全性以及计量的精准性，都会对能源的配置以及人民的生命财产安全造成直接的影响。因此，我国对燃气表的使用做出了强制性的检定，要求将其使用年限限制在10年以内。在膜式燃气表设计原理的基础之上，使用年限作为燃气表安全性以及计量性能实现了一个重要的影响因素。一般来说，基于常温的20℃左右，进行燃气表的检定。但是在具体的应用过程中，很有可能会面对差异性的温度环境，因此，在进行首检后，要针对燃气表在各种温度环境下的计量性能，进行相应的研究。随着各项技术的发展，在传感器、电子技术推广应用的背景下，也推出了多种类型的燃气表。因此，伴随着市面上燃气表类型的不断丰富，我国针对其具体的检定标准和规程，进行了相应的完善与修订。不仅在大纲中进行了燃气表温度适应性试验的增加，同时还针对其温度适应性，提出了全新的试验要求。因此，就要通过试验装置的研制和设计，从而针对膜式燃气表进行高低温试验。现阶段，在进行试验装置搭建的过程中，在标准器进行选择时，以钟罩、喷嘴或者是单个标准表较为常用。但是，这样的装置后期需要大量的维护费用，同时，喷嘴流量组合也就有诸多限制性因素。如果基于宽量程流量，那么也会不利于标准度等级的实现。同时在长期的工作状态下，无法确保钟罩测量结果的准确性。因此，针对膜式燃气表的高低温试验所开展的各项研究，也存在着严重的不足。所以，就要在把握当前研究现状的基础上，进行膜表温度适应性试验装置的设计和研发，并进行未来发展趋向的展望，从而对燃气表的研究工作，提供重要的参考和依据，确保燃气表计量性能实现的稳定性。

2 膜式燃气表温度适应性试验装置的研究现状与趋势

当前，随着技术的发展，促进了膜式燃气表的进步。在现阶段的新型膜表中，一般都应用非限位式的结构设计。在这种结构体系下，能够让计量室基于循环往复运动的流程，实现自由、灵活的切换。这样就能够有效地减少压力损失，同时还能降低运行的噪音。在一些燃气表中，还添加了相应的装置，能够实现误差调节，这样就可以在各种流量条件下，有效地降低误差特性曲线所具有的分散性，从而提高膜表误差特性曲线的平滑度，让整个仪表具有更大的量程比。

在温度的影响之下，会对气体的体积造成较为严重的影响。因此，在膜表具体工作的过程中，为了确保其能够具有较高的计量精准度，同时对不同季节条件下所出现的温度的改变，做到较强的适应。从而降低输差，确保贸易结算过程中的公平公正性。因此，在当前的膜表设计过程中，充分的运用了温度转换装置技术。在现阶段的温度转换装置中，主要是机械式的结构。通过对特殊金属热胀冷缩这一特点的运用，能够实现误差调节系统指针的自动化调节，这就是温度转换装置的运行原理。在此基础上，能够对燃气表所具有的回转体积，实现有效地调节，从而就能够对于在温度影响下所出现的气体体积的变化，进行有效的修正实现体积修正的目标。我国针对膜表具有温度修正功能的研究过程中，相关的制造企业已经进行了燃气表的研发，能够实现温度修正的补偿功能，主要就是依靠温度修正单元的设置，从而能够对燃气表所产生的环境温度的变化，实现有效的检测。通过对传动机构的调整，达到温度修正的效果。

对膜式燃气表的温度适应性这一部分内容而言，国外在很早之前，就已经做出了相应的试验研究。由于在过去，我国的燃气表生产技术水平不高，各项工艺和条件难以满足试验研究的要求。因此，在型式评价大纲中，没有进行该项试验内容的列入。但是，随着近几年的发展，我国的燃气表工艺水平也在不断提高，具有越来越强的制造能力。同时，受到当前膜表行业现状的影响，因此也就在评价大纲中，加入了温度误差特性的检测内容。现阶段，在我国一部分地区的计量院中，所设置的高低温试验设备，能够对实际的环境温度，进行有效的模拟。所开展的温度适应性试验项目，就是能够在高低温的环境条件下，对燃气表进行检测，其中涉及到一些关键的零部件，同时还包括在差异性的制作条件和工艺的基础上，各种燃气表类型的误差计量性能的影响。

当前，在进行该种试验装置的设计时，主要就是通过负压、正压法，在非等温或者等温原理的基础上，进行非参比环境条件的构建。这样就能够在对现实的环境条件进行充分模拟的基础上，促进燃气表计量性能试验的开展。在2006年，根据欧洲的燃气表标准，进行了温度适应范围的扩大。同时，还进行了针对温度适应性试验的测试系统设计框架的提出。在2011年，我国将燃气表恒温试验系统的设计方案，正式纳入了国家标准。并且由北京计量院，进行了燃气表恒温试验系统的设计，标准器选择了单只标准表，结合非等温测量法的具体原理。在恒温箱中，同时放置换热器和负责测试的燃气表。并在其外部放置标准器，通过负压法的应用，能够针对燃气表，实现最大流量的高低温试验。在2013年，我国进行了温度特性测试装置的研发。通过对于非等温测量法的运用，通过负压法实现供气，从而达到对于膜表最大流量温度特性测试的目标。在2013年，以新型膜表为对象，进行了具体的试验装置的研究。标准器为钟罩，在高低温的试验设计阶段，首先要针对钟罩内经过的气体，做好预干燥处理，从而让钟罩的测量具有更高的可靠性，符合高低温试验的要求。在2014年，在等温测量法原理的基础上，通过喷嘴作为标准器，将其和燃气表一同放置在箱中，从而开展具体的性能试验。在2016年所进行的试验装置的研发和设计，以钟罩作为标准器，在0.28%拓展不确定性的基础上，能够对各种型号的膜表所进行的温度试验具体条件，得到有效的满足。

3 膜式燃气表温度适应性试验装置的研制与设计

3.1 装置设计原理

本文所进行的试验装置的研发，就是基于当前的钟罩式气体流量标准装置，所进行的具体的改造设计。通过该装置的应用，能够对气体介质的干燥性以及恒温性，做到一定的保障，解决技术存在的问题。在本装置中涉及到6部分的内容，分别为气体恒温系统、换热系统、干燥装置、流量标准装置、检定系统、气体管路。

为了确保能够对燃气表的实际工作状态，进行真实地再现，就在正压法应用的基础上，进行了膜表温度适应性试验装置的设计。为了符合大纲所提出的要求，还进行了恒温箱的设置，这样就能够提供温度源，实现加热、制冷等温度操作。在燃气表检测的过程中，提高环境条件的稳定性。

对于钟罩式的膜表标准装置而言，其中涉及到多个组成部分，包括空气干燥机、压缩机、气体流量标准装置、换热器、膜表、恒温箱、控制系统。具体的工作原理就是在冷冻式干燥箱中，通过空气压缩机进行气体的输送，之后完成气体干燥。这一流程能够避免在高低温试验的过程中，由于气体内存在的水分发生冷凝，从而影响到测量结果。之后将干燥处理的气体输入的流量标准装置中，要想保障作为检测介质的常温空气，能够符合各种额定试验温度的要求，就要通过恒温箱内部的换热器，基于常温常压状态，进行空气的加热或者是制冷。这样在经过换热以后，进入到所需要检测的燃气表中。之后通过排气口，向恒温箱外排出。在这一过程中，还要在燃气表入口和流量标准装置的位置，进行压力以及温度传感器的设置，这样就能够对于所经过的空气，进行温度和压力参数的检测，并实现温度与压力的修正工作。在对温度适应性试验装置进行改造以后，能够符合各项指标要求。

3.2 控制系统设计

在控制系统的设计过程中，其中涉及到多方面的内容，具体的工作流程如下：首先，要在温度试验箱中，进行试验环境温度的设置，之后对控制系统进行初始化。最后，在系统中对燃气表入口的温度值，通过观测判断其能够达到具体的设定值。在符合试验温度调节以后，进行试验流量点的设置。等流量趋于稳定，具有较小的压力波动，再对示值误差进行具体的测量工作。在钟罩式气体流量标准装置和所测量的膜表获得的累计体积量的基础上，获得示值误差的结果。

在这一过程中，要对瞬时流量做到动态化的监测，其中包括多种数据参数，比如说温度、压力等。如果在这一过程中，产生异常问题，就由上位机发出报警提醒，从而中断试验。

控制系统由上位机和下位机2部分组成，其中涉及到数据处理、采集、信号传输、流程控制等多个方面。对于该系统中的硬件设备来说，为了对各项试验条件进行充分的考虑。其中包括温度、压力、准确度要求、试验成本，进行了如下的设备的采用，其中包括压力以及一体化的温度变送器、流量调节阀、光电采样器、光电编码器、电磁阀、PLC。

在PLC中，以循环扫描作为主要的工作方式，其中涉及到5个阶段的内容，分别为内部处理、通信处理、输入扫描、用户程序、执行输出处理。在这其中内部处理具有自诊断特点，主要是通过自诊断检查的实现，能够确保PLC各项动作处于正常的状态。而通过通信处理，能够和其他设备之间实现通信联机。如果在stop位置，进行PLC开关的设置，那么就不需要进行后3个阶段的执行。在控制系统中，由光电编码器和光电采样器的脉冲信号、温度以及压力变送器的模拟信号，构成输入信号。

在上位机软件的编写过程中，采用了组态王6.55。通过这一软件的应用，不仅能够缩短开发周期，而且具有良好的适用性和开放性，能够更加便于拓展，具有经济性的优势。在这一个软件中，能够对windows图形编辑功能，进行有效的运用，从而形成监控画面，具有较高的编辑性。同时还能够依靠动画的形式，对于控制设备的状态进行有效的显示。在其中还包含实时趋势曲线、报警窗口。

这个软件在使用的过程中，所具有的配置界面不仅内容丰富，而且便捷程度高，能够进行海量的图库精灵和图形元素的提供，同时所提供的接口也较为简便。在该系统的主界面中，涉及到多方面的信息，比如说燃气表压力损失、累积体积、实时流量、温度示值误差等等。在具体的试验过程中，要提前在其中进行所要测量仪表信息的设定。之后在整个试验的操作中，通过对于控制系统所发出的相关指令，做好记录和计算。在试验结束以后，要能够查询到所储存的数据。

通过这一装置的研发和建立，能够符合当前国家最新的型式评价大纲的要求。并且结合当前的仪器设备条件，针对温度适应性试验装置，展开了深入的研究和设计，让其符合国家的规范要求。但是当前针对国内外的膜表市场，具有很多厂家和型号。而且不同类型的膜表有具有差异性的回转体积，在生产的过程中所应用的膜片，也具有一定程度上的差异。因此，在日后的研究过程中，还要能够针对不同的厂家和型号的燃气表，开展更加深入的试验分析，从而获得更加可靠的结论。

4 结语

综上所述，在当前的能源形式下，燃气计量技术也具有着越来越重要的地位。随着现代工业的发展，为了提高膜式燃气表的安全性能，保障燃气测量的精准性，就要加强温度适应性试验的开展以及相关装置的研究，从而不断地促进燃气表工艺制造水平的提升，促进燃气计量工作的顺利开展。