膜式燃气表的温度补偿研究

赵会平，崔浩

（西安思源学院，陕西西安710038）

膜式燃气表的温度补偿研究

赵会平，崔浩

（西安思源学院，陕西西安710038）

天然气作为一种清洁能源已进入人们的生活，随着我国不断加大城市燃气管网的建设，我国的天然气用户数大幅度提升。天然气用户通过安装的膜式燃气表计量使用燃气的量，燃气公司依据燃气表计量的数值进行燃气贸易结算，因此，膜式燃气表的准确度成为了燃气供需双方关注的焦点。分析了温度对膜式燃气表计量误差的影响，探讨了温度补偿方法以及电子式膜式燃气表温度补偿原理，提出了具有温度补偿功能的燃气表方案，以维护天然气公司和广大天然气用户的切身利益，实现公平交易。

膜式燃气表；温度补偿；介质温差；环境温度

燃气贸易计量一直是以标准状态下（20℃，101.325 kPa）的体积为计量标准，在实际使用中，膜式燃气表绝大部分工作于非标准状态下，燃气在不同的温度和压力影响下，体积会发生变化，因此，没有温度补偿功能的燃气表易造成计量误差，导致供销不平衡，有失贸易结算的公平性原则。

1 燃气表的温度补偿原理

在城市中，多级环线组成城区环网内燃气管，在各级调压站的控制下，管网中燃气压力全年在2 500～3 000 Pa区间稳定，然而，燃气温度受调压影响较大。因此，在实际生活中，温度对燃气计量影响更多。温度对膜式燃气表的具体影响体现在以下2方面。

1.1 介质温差的影响

燃气利用管道作为运输介质，在严寒的冬季，室外温度很低，露于室外环境中的管道温度也会随之降低，从而使得入气温度也很低，而在夏季，室外温度却很高，冬夏两季大部分地区温差相差至少20℃，北方地区甚至更高，巨大的介质温差对膜式燃气表的计量误差造成了很大影响。

1.2 环境温度的影响

外界环境温度的变化对膜式燃气表传感器等使用材料的热膨胀性以及机械运动性能造成影响，从而影响膜式燃气表的计量。一般膜式燃气表的体表通常为铁质或者是铝制品，带热性较强，外界的气温变化对它的影响比较大。对膜式燃气表做了环境试验进行计量测试，发现在温度较低的情况下，膜式燃气表的计量比在正常温度20℃左右的时候偏慢，且误差值达到正常温度下的2.2～3.8倍[1]。由此可见，环境温度对膜式燃气表的计量影响很大，特别是安装在室外的膜式燃气表。在我国北方的一些地区，夏季置于室外的膜式燃气表的体表温度达到35℃以上，冬天置于室外的膜式燃气表的体表温度低至零度以下。此外，一些地方的天然气公司出于成本及管理方便等因素的考虑，将天然气管道设在路面悬空，将用户的膜式燃气表放在室外等，这些做法导致环境温度对介质温度及膜式燃气表温度造成影响，从而影响膜式燃气表的计量。

根据理想气体状态方程，一定质量的气体体积与压力的乘积，与它的热力学温度成正比[2-5]，即：

式（1）中：P1，V1，T1分别为气体状态1（标况）下的压强、体积、温度；P2，V2，T2分别为气体状态2（工况）下的压强、体积、温度。

根据公式（1）可知，气体的体积对温度、压力的变化非常敏感，在以标准状况（20℃，101.325 kPa）为基准的条件下，温度每变化1℃，气体体积变化0.34%.可见，由此带来的气量计量误差十分可观。

2 温度补偿方法

鉴于温度影响因素，膜式燃气表的设计正逐渐应用温度修正方法。该方法主要分为人工式、机械式和电子式3种。

2.1 人工式温度修正方法

通过人工计算的方法，把燃气表计量的工作状态（工况）下的气体修正到标准状态（标况）下的体积流量。结合上述气体状态方程，在不考虑压缩因子的情况下，修正公式为[6]：

式（2）中：KT为温度修正系数，为293.15 K与实际绝对温度之比；KP为压力修正系数，为实际绝对压力与101 325 Pa（标准大气压）之比。

如果不考虑压力的影响，仅对温度进行修正，则KP＝1，KT的确定可以通过具体的月度或季度平均气体温度进行计算，由于冬夏气量存在峰谷值，在进行气量修正时可以考虑加权计算。

2.2 机械式温度修正方法

机械式温度修正方法是通过特殊金属的热胀冷缩特性来自动调节误差调节系统的指针，从而调整燃气表的回转体积，修正气体随温度升降的体积变化量，从而达到体积修正的目的。但由于目前未实现大批量应用，没有有效地应用数据来证明，补偿效果及稳定性有待考察和研究。

2.3 电子式温度修正方法

随着电子技术、信息技术的发展，膜式燃气表已经开始由纯机械式计量仪表逐渐扩展至电子装置。根据功能需要，燃气表设有温度传感器、压力传感器和流量传感器，再配以相应的变换、运算、处理电路，构成一个一体化的检测仪表，对燃气进行温度的修正，提高了计量的可靠性[7]。

温度补偿功能的燃气表除了可以输出燃气的工况体积流量、标况体积流量外，还可以显示温度、压力值。目前在国内，家用温度补偿功能的膜式燃气表应用得还比较少。

3 温度补偿方案

本文提出一种电子式温度补偿功能的燃气表方案，能使不同温度下的燃气表计量与实际使用计量相统一，切实保证天然气公司和广大天然气用户的切身利益，实现公平交易。图1所示为温度补偿功能的燃气表结构原理框图。

图1 温度补偿功能的燃气表结构原理框图

中央控制处理单片机采用MSP430单片机，分别与温度传感器、气体采样传感器、液晶显示器连接。温度传感器对流经燃气表的气体温度进行实时测量，气体采样传感器测量流经燃气表的气体体积，中央控制处理单片机对二者所测量的值进行实时换算，得到标准状态的气体体积，并累计到已使用的气体量中，通过液晶显示器显示用户累计使用的气体量。电源部分接6 V电池，经降压后稳定在3.3 V，给CPU、LCD及外围电路供电，并提供两级电压报警，确保燃气表在正常电压下工作。其中，一级为提示报警，二级为关阀报警，即首先提示电量不足，若不及时更换电池，电压降到关阀电压时，阀门关闭。为了降低成本，一级电压报警采用单片机内部的比较器，省去了一片电压检测器件。外部数据存储器采用EEPROM存储燃气用量数据，防止掉电或者内部故障导致数据丢失。

本方案通过软件技术对不同温度下的燃气进行流量补偿，避开了机械基表的技术瓶颈，燃气表主程序工作流程如图2所示。

4 结论

本文从温度对膜式燃气表计量误差的影响、温度补偿原理、温度补偿方法等方面对膜式燃气表的温度补偿展开了相关研究，提出了一种具有温度补偿功能的燃气表方案，以实现燃气表的有效计量。

图2 温度补偿功能的燃气表主流程图

［1］孙会贤.浅谈采用膜式燃气表计量的影响因素［J］.科技展望，2015（21）：140.

［2］吴媛媛，文明，魏勇.温压补偿对天然气居民用户计量误差的影响［J］.煤气与热力，2016（07）：70-74.

［3］程驷文.燃气计量中的温压补偿分析［J］.中国新技术新产品，2014（21）：27.

［4］宣芳黎.膜式燃气表的温压补偿和无线数据传输［D］.杭州：中国计量学院，2013.

［5］宣芳黎，毛谦敏，刘志辉.无线温压补偿式燃气表［J］.传感器与微系统，2012（02）：131-133.

［6］邓立三.燃气计量［M］.河南：黄河水利出版社，2011：132-146.

［7］邓立三.机械温度补偿型燃气表计量性能的实验研究［J］.中国计量，2010（9）：79-80.

〔编辑：刘晓芳〕

TU996.3

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.078

2095－6835（2017）16－0078－02

赵会平（1987—），女，陕西宝鸡人，工学硕士

学位，助教，研究方向为电力电子与电力传动。