膜式燃?xì)獗淼臏囟妊a(bǔ)償研究

趙會(huì)平，崔浩

（西安思源學(xué)院，陜西西安710038）

膜式燃?xì)獗淼臏囟妊a(bǔ)償研究

趙會(huì)平，崔浩

（西安思源學(xué)院，陜西西安710038）

天然氣作為一種清潔能源已進(jìn)入人們的生活，隨著我國(guó)不斷加大城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的建設(shè)，我國(guó)的天然氣用戶數(shù)大幅度提升。天然氣用戶通過安裝的膜式燃?xì)獗碛?jì)量使用燃?xì)獾牧浚細(xì)夤疽罁?jù)燃?xì)獗碛?jì)量的數(shù)值進(jìn)行燃?xì)赓Q(mào)易結(jié)算，因此，膜式燃?xì)獗淼臏?zhǔn)確度成為了燃?xì)夤┬桦p方關(guān)注的焦點(diǎn)。分析了溫度對(duì)膜式燃?xì)獗碛?jì)量誤差的影響，探討了溫度補(bǔ)償方法以及電子式膜式燃?xì)獗頊囟妊a(bǔ)償原理，提出了具有溫度補(bǔ)償功能的燃?xì)獗矸桨?，以維護(hù)天然氣公司和廣大天然氣用戶的切身利益，實(shí)現(xiàn)公平交易。

膜式燃?xì)獗?；溫度補(bǔ)償；介質(zhì)溫差；環(huán)境溫度

燃?xì)赓Q(mào)易計(jì)量一直是以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（20℃，101.325 kPa）的體積為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際使用中，膜式燃?xì)獗斫^大部分工作于非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，燃?xì)庠诓煌臏囟群蛪毫τ绊懴?，體積會(huì)發(fā)生變化，因此，沒有溫度補(bǔ)償功能的燃?xì)獗硪自斐捎?jì)量誤差，導(dǎo)致供銷不平衡，有失貿(mào)易結(jié)算的公平性原則。

1 燃?xì)獗淼臏囟妊a(bǔ)償原理

在城市中，多級(jí)環(huán)線組成城區(qū)環(huán)網(wǎng)內(nèi)燃?xì)夤?，在各?jí)調(diào)壓站的控制下，管網(wǎng)中燃?xì)鈮毫θ暝? 500～3 000 Pa區(qū)間穩(wěn)定，然而，燃?xì)鉁囟仁苷{(diào)壓影響較大。因此，在實(shí)際生活中，溫度對(duì)燃?xì)庥?jì)量影響更多。溫度對(duì)膜式燃?xì)獗淼木唧w影響體現(xiàn)在以下2方面。

1.1 介質(zhì)溫差的影響

燃?xì)饫霉艿雷鳛檫\(yùn)輸介質(zhì)，在嚴(yán)寒的冬季，室外溫度很低，露于室外環(huán)境中的管道溫度也會(huì)隨之降低，從而使得入氣溫度也很低，而在夏季，室外溫度卻很高，冬夏兩季大部分地區(qū)溫差相差至少20℃，北方地區(qū)甚至更高，巨大的介質(zhì)溫差對(duì)膜式燃?xì)獗淼挠?jì)量誤差造成了很大影響。

1.2 環(huán)境溫度的影響

外界環(huán)境溫度的變化對(duì)膜式燃?xì)獗韨鞲衅鞯仁褂貌牧系臒崤蛎浶砸约皺C(jī)械運(yùn)動(dòng)性能造成影響，從而影響膜式燃?xì)獗淼挠?jì)量。一般膜式燃?xì)獗淼捏w表通常為鐵質(zhì)或者是鋁制品，帶熱性較強(qiáng)，外界的氣溫變化對(duì)它的影響比較大。對(duì)膜式燃?xì)獗碜隽谁h(huán)境試驗(yàn)進(jìn)行計(jì)量測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在溫度較低的情況下，膜式燃?xì)獗淼挠?jì)量比在正常溫度20℃左右的時(shí)候偏慢，且誤差值達(dá)到正常溫度下的2.2～3.8倍[1]。由此可見，環(huán)境溫度對(duì)膜式燃?xì)獗淼挠?jì)量影響很大，特別是安裝在室外的膜式燃?xì)獗?。在我?guó)北方的一些地區(qū)，夏季置于室外的膜式燃?xì)獗淼捏w表溫度達(dá)到35℃以上，冬天置于室外的膜式燃?xì)獗淼捏w表溫度低至零度以下。此外，一些地方的天然氣公司出于成本及管理方便等因素的考慮，將天然氣管道設(shè)在路面懸空，將用戶的膜式燃?xì)獗矸旁谑彝獾龋@些做法導(dǎo)致環(huán)境溫度對(duì)介質(zhì)溫度及膜式燃?xì)獗頊囟仍斐捎绊?，從而影響膜式燃?xì)獗淼挠?jì)量。

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，一定質(zhì)量的氣體體積與壓力的乘積，與它的熱力學(xué)溫度成正比[2-5]，即：

式（1）中：P1，V1，T1分別為氣體狀態(tài)1（標(biāo)況）下的壓強(qiáng)、體積、溫度；P2，V2，T2分別為氣體狀態(tài)2（工況）下的壓強(qiáng)、體積、溫度。

根據(jù)公式（1）可知，氣體的體積對(duì)溫度、壓力的變化非常敏感，在以標(biāo)準(zhǔn)狀況（20℃，101.325 kPa）為基準(zhǔn)的條件下，溫度每變化1℃，氣體體積變化0.34%.可見，由此帶來的氣量計(jì)量誤差十分可觀。

2 溫度補(bǔ)償方法

鑒于溫度影響因素，膜式燃?xì)獗淼脑O(shè)計(jì)正逐漸應(yīng)用溫度修正方法。該方法主要分為人工式、機(jī)械式和電子式3種。

2.1 人工式溫度修正方法

通過人工計(jì)算的方法，把燃?xì)獗碛?jì)量的工作狀態(tài)（工況）下的氣體修正到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（標(biāo)況）下的體積流量。結(jié)合上述氣體狀態(tài)方程，在不考慮壓縮因子的情況下，修正公式為[6]：

式（2）中：KT為溫度修正系數(shù)，為293.15 K與實(shí)際絕對(duì)溫度之比；KP為壓力修正系數(shù)，為實(shí)際絕對(duì)壓力與101 325 Pa（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）之比。

如果不考慮壓力的影響，僅對(duì)溫度進(jìn)行修正，則KP＝1，KT的確定可以通過具體的月度或季度平均氣體溫度進(jìn)行計(jì)算，由于冬夏氣量存在峰谷值，在進(jìn)行氣量修正時(shí)可以考慮加權(quán)計(jì)算。

2.2 機(jī)械式溫度修正方法

機(jī)械式溫度修正方法是通過特殊金屬的熱脹冷縮特性來自動(dòng)調(diào)節(jié)誤差調(diào)節(jié)系統(tǒng)的指針，從而調(diào)整燃?xì)獗淼幕剞D(zhuǎn)體積，修正氣體隨溫度升降的體積變化量，從而達(dá)到體積修正的目的。但由于目前未實(shí)現(xiàn)大批量應(yīng)用，沒有有效地應(yīng)用數(shù)據(jù)來證明，補(bǔ)償效果及穩(wěn)定性有待考察和研究。

2.3 電子式溫度修正方法

隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，膜式燃?xì)獗硪呀?jīng)開始由純機(jī)械式計(jì)量?jī)x表逐漸擴(kuò)展至電子裝置。根據(jù)功能需要，燃?xì)獗碓O(shè)有溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器，再配以相應(yīng)的變換、運(yùn)算、處理電路，構(gòu)成一個(gè)一體化的檢測(cè)儀表，對(duì)燃?xì)膺M(jìn)行溫度的修正，提高了計(jì)量的可靠性[7]。

溫度補(bǔ)償功能的燃?xì)獗沓丝梢暂敵鋈細(xì)獾墓r體積流量、標(biāo)況體積流量外，還可以顯示溫度、壓力值。目前在國(guó)內(nèi)，家用溫度補(bǔ)償功能的膜式燃?xì)獗響?yīng)用得還比較少。

3 溫度補(bǔ)償方案

本文提出一種電子式溫度補(bǔ)償功能的燃?xì)獗矸桨福苁共煌瑴囟认碌娜細(xì)獗碛?jì)量與實(shí)際使用計(jì)量相統(tǒng)一，切實(shí)保證天然氣公司和廣大天然氣用戶的切身利益，實(shí)現(xiàn)公平交易。圖1所示為溫度補(bǔ)償功能的燃?xì)獗斫Y(jié)構(gòu)原理框圖。

圖1 溫度補(bǔ)償功能的燃?xì)獗斫Y(jié)構(gòu)原理框圖

中央控制處理單片機(jī)采用MSP430單片機(jī)，分別與溫度傳感器、氣體采樣傳感器、液晶顯示器連接。溫度傳感器對(duì)流經(jīng)燃?xì)獗淼臍怏w溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，氣體采樣傳感器測(cè)量流經(jīng)燃?xì)獗淼臍怏w體積，中央控制處理單片機(jī)對(duì)二者所測(cè)量的值進(jìn)行實(shí)時(shí)換算，得到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的氣體體積，并累計(jì)到已使用的氣體量中，通過液晶顯示器顯示用戶累計(jì)使用的氣體量。電源部分接6 V電池，經(jīng)降壓后穩(wěn)定在3.3 V，給CPU、LCD及外圍電路供電，并提供兩級(jí)電壓報(bào)警，確保燃?xì)獗碓谡ｋ妷合鹿ぷ鳌Ｆ渲?，一?jí)為提示報(bào)警，二級(jí)為關(guān)閥報(bào)警，即首先提示電量不足，若不及時(shí)更換電池，電壓降到關(guān)閥電壓時(shí)，閥門關(guān)閉。為了降低成本，一級(jí)電壓報(bào)警采用單片機(jī)內(nèi)部的比較器，省去了一片電壓檢測(cè)器件。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用EEPROM存儲(chǔ)燃?xì)庥昧繑?shù)據(jù)，防止掉電或者內(nèi)部故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

本方案通過軟件技術(shù)對(duì)不同溫度下的燃?xì)膺M(jìn)行流量補(bǔ)償，避開了機(jī)械基表的技術(shù)瓶頸，燃?xì)獗碇鞒绦蚬ぷ髁鞒倘鐖D2所示。

4 結(jié)論

本文從溫度對(duì)膜式燃?xì)獗碛?jì)量誤差的影響、溫度補(bǔ)償原理、溫度補(bǔ)償方法等方面對(duì)膜式燃?xì)獗淼臏囟妊a(bǔ)償展開了相關(guān)研究，提出了一種具有溫度補(bǔ)償功能的燃?xì)獗矸桨?，以?shí)現(xiàn)燃?xì)獗淼挠行в?jì)量。

圖2 溫度補(bǔ)償功能的燃?xì)獗碇髁鞒虉D

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［4］宣芳黎.膜式燃?xì)獗淼臏貕貉a(bǔ)償和無線數(shù)據(jù)傳輸［D］.杭州：中國(guó)計(jì)量學(xué)院，2013.

［5］宣芳黎，毛謙敏，劉志輝.無線溫壓補(bǔ)償式燃?xì)獗恚跩］.傳感器與微系統(tǒng)，2012（02）：131-133.

［6］鄧立三.燃?xì)庥?jì)量［M］.河南：黃河水利出版社，2011：132-146.

［7］鄧立三.機(jī)械溫度補(bǔ)償型燃?xì)獗碛?jì)量性能的實(shí)驗(yàn)研究［J］.中國(guó)計(jì)量，2010（9）：79-80.

〔編輯：劉曉芳〕

TU996.3

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.078

2095－6835（2017）16－0078－02

趙會(huì)平（1987—），女，陜西寶雞人，工學(xué)碩士

學(xué)位，助教，研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)。