温度传感器在燃气计量仪表中的应用研究

杨国芬，苏苗候，郭杨严，侯畔畔，陈跃跃

（天信仪表集团有限公司，浙江 苍南 325800）

0 引言

城市燃气作为一种珍贵的洁净能源，其流量计量的准确程度关乎到中国科技进步、工业发展以及人民的日常生活[1]。就国内目前的现状来看，燃气计量的方法主要还是传统的体积计量[2]。城市燃气计量属于气体流量计量，因而与液体和固体计量有着明显的差别。燃气计量的准确性一般会受到来自压力与温度的影响。而近几年来，在计算机、智能仪器技术发展的带动下，计量系统已经具备了温度和压力的自动补偿功能[3]。这就使得燃气计量仪表上必须有温度传感器，以此来检测温度。然而，从燃气计量仪表的表壳加工便利性或者从加工成本方面考虑，可能会使温度传感器安装在不同的位置，这样便可能会使温度传感器所检测出来的温度有差别。

基于温度传感器安装方式的不同和经常变化的环境温度，本文将会对温度传感器在不同安装方式下（仪表内和正常安装位置），其检测的温度是否存在差异；以及正常安装方式的温度传感器对环境温度变化是否敏感两方面进行研究。

1 试验装置选型

1.1 涡轮流量计

本试验所选用的计量仪表为本公司生产的某型号气体涡轮流量计，把温度传感器安装在此涡轮流量计上进行试验。气体涡轮流量计是新一代的智能型流量仪表，具有精度高、重复性好、量程范围宽、体积小、结构比较简单、运动部件少等优点，所以非常适合本试验，具有普遍性。图1为本公司某型号涡轮流量计。其工作原理是：当气流进入流量计时，首先经过整流器整流并加速，在流体的作用下，涡轮克服阻力矩开始转动。当力矩达到平衡时涡轮转速稳定，其转速与气体工况流量成正比，并通过机械传动及磁耦合联接驱动轮计数器转动，直接累积气体的工况体积总量。由于气体是由大量杂乱无章运动着的分子组成的，分子间的距离较大，随着温度或压力的变化，分子间距会发生变化，其体积与压力成反比，与温度成正比。

因此，当被测气体的温度和压力发生变化时，是无法计量和比较气体的体积流量的，需要将其统一转换为标准状态下的体积流量[4]。所以本公司设计的涡轮流量计可通过配置体积修正仪，测量气体的温度、压力、标况体积流量和总量。产品主要性能指标达到国际先进水平，是石油、化工、电力、冶金工业等气体检测或计量和城市燃气贸易计量的理想仪表。

1.2 温度传感器

本试验所选用的温度传感器型号为TMP275（0.5℃数字输出温度传感器）如图2所示，TMP275是一个精度为0.5℃、两线制、串行输出温度传感器，此传感器采用MSOP-8或SO-8 的封装，其读取温度的分辨率能够达到0.0625℃。

TMP275是与SMBus兼容的，并支持在一条总线上使用多达8台器件。它是在各种通信、计算机、消费电子、环保、工业和仪器仪表应用中扩展温度测量的理想选择。TMP275 的额定运行温度范围为- 40℃～+125℃；其精度为-20℃～+100℃时，为±0.5℃（最大值）。

2 试验研究

2.1 试验原理

试验装置将由老化箱、两台涡轮流量计（温度传感器的安装方式不同）、手推车标准装置等组成，如图4所示。

试验过程：手推车标准装置通过软管将老化箱与样机连成一个气体循环系统。其主要是通过改变老化箱温度设置而改变样机管道内介质温度，观察几处温度传感器对介质温度、环境温度敏感程度并记录。

2.2 数据采集

1）老化箱温度的设置顺序为4℃、-20℃、55℃、-5℃，气体循环时未开始所记录的数据见表1。

2）老化箱温度设置为4℃，表2为气体循环时正常温度传感器是否加热进行对比。数据采集间隔时间大约为15min（测试时间为1天）。

图1 某涡轮流量计Fig.1 A turbine flowmeter

图2 TMP275Fig.2 TMP275

图3 实拍的温度传感器组件Fig.3 Temperature sensor components actually taken

图4 试验系统示意图Fig.4 Schematic diagram of the test system

表1 数据1Table 1 Data 1

表2 数据2Table 2 Data 2

表3 数据3Table 3 Data 3

3）在同一流量下，老化箱设置不同温度，表3为气体循环时正常温度传感器与表内温度传感器进行对比。数据采集间隔时间大致为15min（测试前后时间为4天）。

4）从以上3组数据大致可看出：介质温度比环境温度高时，表内温度传感器所显示的温度比正常安装温度传感器低；反之相反。为了排除表内温度传感器与壳体接触而热量传导的影响，用隔热材料制成保护套将表内传感器包裹只裸露端面与介质接触。表4为气体循环时表内温度传感器有无加隔热保护套进行对比。数据采集间隔时间大致为15min。（测试前后时间为两天）。

3 数据分析

1）由表1数据分析得出：

在未开始通气时，正常安装方式的温度传感器与安装在表内的温度传感器的温度检测值在试验过程中最大偏差0.2℃，而试验测试完成后的第二天观察两表头温度显示发现有1.4℃偏差；整个试验过程都是符合做对比试验条件要求的，而最后一对数据可能是隔热保护套影响引起。

表4 数据4Table 4 Data 4

2）由表2数据分析得出：

◇ 外部是否加热对温度传感器的温度采集影响很小。

◇ 管道流速越快，温度传感器所采集显示的温度越低。

◇ 当老化箱温度设置4℃时，表内温度传感器所显示的温度比正常安装的温度传感器高1.3℃～1.9℃。

3）由表3数据分析得出：

◇ 介质温度比环境温度低时，表内温度传感器所显示的温度比正常安装的温度传感器高1.6℃～2℃。

◇ 介质温度越低，两只温度传感器所显示的温度相差越大。◇ 介质温度比环境温度高时，表内温度传感器所显示的温度比正常安装温度传感器低0.5℃～1.4℃。

4）由表4数据分析得出：加隔热保护套后进行试验，表内温度传感器所显示的温度未上升而且有所下降，可排除表内温度传感器与壳体接触而受热量传导的影响，保证前3组数据的真实可靠。

4 结论

温度传感器在燃气计量流量计中起着重要的作用，它的测量准确性会影响到流量计的测量准确性。在流量计中如何安装温度传感器显得尤为重要，不同的安装方式可能会影响测量准确性。本文对温度传感器在不同安装方式下（管道内和正常安装位置），其检测的温度是否存在差异，以及正常安装方式的温度传感器对环境温度变化是否敏感两方面进行研究。结果表明，各种试验所检测出来的温度值差值在2℃以内，是在可允许范围内的；同样地，温度传感器对环境温度变化的敏感度很低，满足燃气计量仪表的要求。