电子温压修正膜式燃气表技术分析

梁永增

(成都秦川物联网科技股份有限公司， 四川 成都 610100)

1 概述

国家标准GB/T 19205—2008《天然气标准参比条件》规定了在对天然气进行计量时，温度、压力的标准参比条件是101 325 Pa，20 ℃(293.15 K)。

在家用燃气计量领域，家用燃气表显示的体积多为实时工作状态下的计量体积(以下简称工况体积)，而燃气公司与上游天然气企业交易时采用的计量体积为标准状态(101 325 Pa，293.15 K)下的体积(以下简称标况体积)。对于某一数量确定的天然气，由于气体压力和温度不同，工况体积和标况体积之间必然存在差异，是供销差率的影响因素之一。因此，在一定条件范围内，对天然气温度压力进行修正是有必要的。

目前市场上存在的带有温压修正功能的燃气表主要采用两种技术方式实现：机械式温度体积修正和电子式温压体积修正。当前，市场上暂未见采用机械式压力体积修正技术的燃气表产品。

2 机械式温度体积修正[1]

膜式燃气表机械式温度体积修正的实现有两种途径，一种是保持燃气表传动系统的传动比不变，通过改变动力系统回转体积来实现燃气表温度体积修正；另一种途径是保持燃气表动力系统回转体积不变，通过改变燃气表传动系统传动比来实现温度体积修正。机械式温度体积修正具有性能稳定、性价比高、故障少等特点。

① 改变膜式燃气表动力系统[2]回转体积

改变动力系统回转体积实现温度体积修正的基本原理为：利用安装于膜式燃气表动力系统的热敏金属的热胀冷缩特性来自动调节燃气表动力系统的相关参数，实现对回转体积的控制和调整，修正气体随温度变化的体积变化量，从而实现体积修正的目的。通过改变膜式燃气表动力系统回转体积实现体积修正是膜式燃气表实现温度体积修正的常用方式。

② 改变膜式燃气表传动系统[3]的传动比

此技术同样需要利用热敏金属的热胀冷缩特性，但不同之处在于热敏金属片安装于膜式燃气表传动系统中，通过改变膜式燃气表传动系统的传动比来实现温度体积的修正。

膜式燃气表机械式温度体积修正的两种技术的详细描述见文献[1]。

3 电子式温压体积修正

我国居民用气常采用低压入户，管道内天然气压力约2 000 Pa，可将管道内天然气当作理想气体看待[4]，温度、压力、体积之间的关系满足理想气体状态方程。膜式燃气表电子式温压体积修正的实现需要在膜式燃气表中内置温度传感器和压力传感器，用于温度和压力的测量。根据理想气体状态方程可得标况体积和工况体积之间的关系，见式(1)。

(1)

式中V1——标准状态下天然气体积，m3

p2——工作状态下天然气的绝对压力，Pa

T1——标准状态下天然气的热力学温度，K，取293.15 K

p1——标准状态下天然气的绝对压力，Pa,取101 325 Pa

T2——工作状态下天然气热力学温度，K

V2——工作状态下天然气体积，m3

按式(1)进行软件算法设计，在获得燃气表计量的标况体积后，利用燃气表智能运算单元将工况体积转换为标况体积，实现对天然气的温压体积修正，并以标况体积为基础进行贸易结算，保障燃气供应商和燃气用户双方利益。

电子式温压修正膜式燃气表根据所采用的电子温压体积修正技术路线不同分为两种，一种为机械计量-电子间接计量温压体积修正，另一种为电子间接计量温压体积修正。

3.1 机械计量-电子间接计量温压体积修正

膜式燃气表采用机械计量-电子间接计量温压体积修正技术时，其既具有机械计量部件(动力系统、传动系统、计数显示系统)，也具有电子计量部件；既有机械显示，也有电子显示，机械显示内容为工况体积，电子显示内容至少有标况体积和工况体积，还包括具体的测量工况条件和标况条件参数等内容。机械计数器字轮显示的工况体积需要符合GB/T 6968—2011《膜式燃气表》(以下简称GB/T 6968—2011)第7.2节的机械计数器字轮显示要求，并且机械计数器字轮显示的工况体积可作为GB/T 28885—2012《燃气服务导则》(以下简称GB/T 28885—2012)第6.2.4条的第c款的基准数据的支撑。

机械计量-电子间接计量是在获得机械计量数据的基础上通过机电转换装置获得电子计量信号。计量信息显示为机电双显：机械计数器字轮显示和电子显示。机械计量-电子间接计量温压体积修正流程见图1。

图1 机械计量-电子间接计量温压体积修正流程

机械计量：利用容积式计量技术，通过动力系统、传动系统、显示系统获得机械计量数据。

机械计数器字轮显示：根据机械计量数据实现燃气累积体积的显示。

电子计量：在获得机械计量数据的基础上，利用机电转换装置将机械计量数据转换为电子脉冲，得到电子计量数据。

温度压力修正：获得电子计量数据后，即获得了工况条件下的燃气体积，在测得燃气温度和燃气压力的基础上，利用公式(1)将燃气的工况体积转换为标况体积，实现燃气温压体积的修正。

电子显示：工况体积数据和标况体积数据等内容在显示屏上显示。

机械计量-电子间接计量温压体积修正能够客观反映燃气的工况体积和标况体积，在标况计量还没有广泛普及和得到广大消费者接纳时，机械显示的工况体积和电子显示的标况体积不一致的问题，确实给燃气用户和燃气供应方带来对计量结果理解的不一致，而产生计量纠纷。

要解决此类问题，各级燃气监管政府部门和燃气公司有责任在燃气公平计量方面做大量的宣传和引导工作，让公平计量深入人心。另外，燃气表制造商应正确标示测量条件和计量交易条件，使用户明明白白消费。采用机械计量-电子间接计量温压体积修正的燃气表，应标明机械计数器字轮显示的是工况体积，电子显示器显示的是标况体积，有条件的在电子显示器上可以辅助显示工况体积，电子显示的工况体积是机械字轮显示的辅助显示(即机械显示是工况体积的主显示)。电子显示的标况体积是经修正的主显示值，可以作为计量交易的依据。燃气表表内存储器应能对温压修正记录进行有效、长期保存，并做到掉电不擦除，记录可查。燃气表出厂前，燃气表制造商应在燃气表铭牌和说明书中注明电子温压体积修正的原理，明确说明标况体积和工况体积的关系。

3.2 电子间接计量温压体积修正

根据实现的技术路径不同，电子间接计量温压体积修正膜式燃气表分为两种：一是纯电子式电子间接计量，除保留部分动力系统部件外，膜式燃气表的机械传动系统和显示系统均不存在；二是燃气表先进行电子计量，然后将电子计量数据转换为机械计量数据，再在机械计数器上显示。

① 纯电子间接计量温压体积修正

纯电子间接计量的膜式燃气表无完整的机械计量部件(只含有动力系统，作为机械计量传感器存在)，电子计量部件并不能直接获得燃气计量数据，需要通过膜式燃气表的机械计量传感器间接获得，属于间接计量。电子计量部件获得的燃气计量数据是工况体积，是电子温压转换的基准数据。

纯电子间接计量温压修正膜式燃气表可以通过温压传感器获得温度和压力参数，利用式(1)的软件算法将工况体积转换为标况体积，并将该标况体积储存和显示，作为燃气供需双方供气合同载明的贸易结算基础数据。

纯电子间接计量只有电子显示，显示内容至少包括工况体积和标况体积，还包括具体的测量工况条件和标况条件参数等内容。其工况体积可以作为GB/T 28885—2012第6.2.4条的第c款的基准数据支撑。纯电子间接计量温压体积修正流程见图2。

图2 纯电子间接计量温压体积修正流程

机械计量传感器：利用膜式计量技术，对经过的燃气体积信息进行采集，其上安装有电子计量装置能够识别的部件，例如光电采集所需的反射光标等。

电子计量：电子计量信号采集装置通过机械计量传感器获得电子计量脉冲，将燃气体积信息转换为电子计量信号并储存。

温度压力修正：获得电子计量信号后，即获得了工况条件下的燃气体积，在测得燃气温度和燃气压力的基础上，利用公式(1)的软件算法将燃气的工况体积转换为标况体积，实现燃气温压体积的修正。

电子显示：工况体积数据和标况体积数据在显示屏上显示，还包括具体的测量工况条件和标况条件参数等内容。

采用纯电子间接计量的膜式燃气表不存在机械传动系统和计量显示系统，其误差曲线修正将不再通过换齿来实现，可由软件自行修正，一定程度上提高了计量的准确性。纯电子显示作为主显示，其数据可以作为燃气表基准数据使用。

② 带机械二次间接计量的温压体积修正

带机械二次间接计量的电子间接计量的膜式燃气表无完整机械计量部件(只含有动力系统，作为机械计量传感器存在)，电子计量属于间接计量，其电子显示部分与纯电子间接计量温压体积修正的燃气表的电子显示部分基本相同。此外，在电子计量显示外附加了机械辅助显示装置，这种方式的显著特点在于机械辅助显示装置显示的燃气计量体积是由电子计量数据转换过来的，属于二次间接计量。

带机械二次间接计量的电子间接计量的膜式燃气表电子显示内容至少包括工况体积和标况体积，还包括具体的测量工况条件和标况条件参数等内容。电子显示的工况体积可以作为燃气服务导则GB/T 28885—2012第6.2.4条第c款的基准数据的支撑。该方式的机械计数器是电子显示器的附庸，不属于机械计量结果，不具备法制计量控制特性，不能作为基准数据使用。

带机械二次间接计量的电子间接计量膜式燃气表是为了解决机械计量-电子间接计量温压体积修正存在的计数器字轮显示和电子显示不一致的问题而出现的，带机械二次间接计量的电子间接计量温压体积修正流程见图3。

图3 带机械二次间接计量的电子间接计量温压体积修正流程

带机械二次间接计量的电子间接计量膜式燃气表温度压力体积修正后的标况体积以电子显示的方式显示出来；同时，为了使电子显示与机械计数器字轮显示(机械显示)同步，修正后的电子计量信号需再转换为机械计量信号，利用额外的动力装置推动计数器字轮转动，使计数器字轮显示与电子显示(标况体积)吻合。

采用带机械二次间接计量的电子间接计量温压体积修正的膜式燃气表存在以下问题：

a. 加装的机械计数器相关部件并不属于机械计量部件，未参与对燃气体积的计量，其机械显示数据是由电子计量数据转化而来，属于二次间接计量，并不是真实的机械计量的体积数据。

b. 计数器字轮显示和电子显示的一致性是人为干预的结果，其作用是为了让燃气表计数器字轮显示与电子显示同步，在电子显示失效时，保留机械显示作为结算依据。按照此思路，超声波燃气表和热式质量燃气表等电子式燃气表也应当安装机械计数显示器，显然此行为对于电子式燃气表毫无意义，存在对电子式燃气表的计量性能产生不利影响的隐患。

c. 机械计数器显示装置是作为燃气表的辅助装置而存在的，其显示的示值是电子温压补偿后的标况数据，不会显示燃气表的工况数据，不能作为燃气表的基准数据。当电子计量部件出现问题，产生计量纠纷时，其机械计数器作为辅助装置，其显示的数据并不能作为GB/T 28885—2012第6.2.4条第c款规定的基准数据被认可，无法保障供需双方利益。

4 结语

膜式燃气表在向智能化方向发展，通过电子温压体积修正技术能够将燃气表计量的工况体积转换为标况体积，保障了燃气供应商和燃气用户双方的利益。

采用带机械二次间接计量的电子间接计量的电子温压修正膜式燃气表的机械计数器处于辅助显示地位，其所显示的示值是机械二次间接计量的结果，并不能作为GB/T 28885—2012第6.2.4条第c款的基准数据支撑，无任何实质意义，存在影响燃气表计量准确度的风险。同时，以此技术解决电子温压修正膜式燃气表机电双显存在的体积不一致问题，忽视了各级燃气监管政府部门和燃气公司在燃气公平计量方面宣传和引导消费者的作用，无法推动公平计量得到广泛认可，仅由燃气表制造商增加一个辅助显示计数器，达不到使用户明明白白消费的目的，并且可能增加产品的故障风险。

基于上述分析，膜式燃气表电子温压体积修正技术应采用机械计量-电子间接计量温压体积修正技术或纯电子间接计量温压体积修正技术，二者获得的燃气体积数据均可以作为贸易结算的基准数据。