膜式燃气表回转体积测试及应用

江航成，张道隽，李 杭

(金卡智能集团股份有限公司，浙江 杭州 310018)

膜式燃气表回转体积测试及应用

江航成，张道隽，李 杭

(金卡智能集团股份有限公司，浙江 杭州310018)

回转体积是膜式燃气表的关键计量指标，国家标准对此有明确规定，要求实际值在额定值的±5%之内。目前膜式燃气表回转体积的测试方法相对较少，对检测装置及软件都有较高要求，测试时间长，准确度低，且较难推广。为此，提出一种简单测试方法。具体方法是：安装18等分采样盘代替膜式燃气表计数；在音速喷嘴式燃气表检定装置上，运用摄像采样燃气表累计体积，根据额定回转体积、输出比、测试脉冲数以及临界流文丘里喷嘴气体的体积，建立运算公式，测出回转体积的误差。分别对G2.5燃气表4m3/h、0.8m3/h流量点进行回转体积误差测试，结果表明，该方法便捷、快速、准确度高，测试的重复性达到0.05%。回转体积误差及整表误差都与流量有关，将误差值与流量点绘制成曲线图，通过比较分析，可知两者误差值存在一一对应关系。利用该对应关系，可将该方法用于燃气表示值误差的初校，能有效提升3倍校准效率。

燃气表； 回转体积； 测量； 误差； 摄像采样； 检定装置； 文丘里喷嘴

0 引言

膜式燃气表(后文简称燃气表)以其技术成熟、计量可靠、质量稳定、价格低廉的优点，被广泛应用于工商业和居民用户的燃气计量。它采用柔性膜片计量室的方式来测量气体体积流量[1]。计量室作为气体计量的核心部件，其计量性能衡量指标为回转体积。GB/T6986-2011[2]将回转体积定义为燃气表运行一个工作循环所排出的气体体积。

回转体积确定了燃气表的机械运转速度以及表内气体的最大流速[3]。GB/T6986-2011[2]规定回转体积额定值必须标注在铭牌上。评价大纲[4]明确按系列产品申请型式评价，回转体积必须相同。GB/T6986-2011[2]5.8.1要求，燃气表回转体积与额定回转体积的差值应在额定回转体积的±5%之内。

目前，对此指标的测量方法复杂、效率低，且对测量设备有较高要求。本文提出直接在常用的音速喷嘴式燃气表检定装置上，利用18等分的采样盘及摄像采样法测量燃气表累计体积，并根据额定回转体积、输出比、测试脉冲数以及临界流文丘里喷嘴气体的体积，建立运算公式，直接测出回转体积误差。

1 测试原理

燃气表是以流体流动过程中的压差为动力，由滑阀或转阀切换气流流向，推动膜片往复摆动并带动连杆机构，将内部膜片的周期摆动变成外部输出轴的连续转动，最后由齿轮传递及计数器显示，以实现对气体流量的计量。膜片运行一个工作循环相对于输出轴转动一圈所排气体体积的比值，为设计输出比。其值固定，故可通过测量输出轴转动一圈的体积来测量回转体积。该方法符合GB/T6986-2011[2]5.8.2条款。该测试方法在现有动态检定装置上完成，燃气表去掉计数器，将18等分的采样盘固定在燃气表的输出轴上，然后将燃气表与标准器串联连接。测试软件系统设置相应脉冲当量Vp，以及测试脉冲数。

(1)

式中：Vp为采集的脉冲当量；Vc为燃气表的回转体积；n为燃气表的输出比。

本文方法以音速喷嘴法气体流量标准装置作为标准器，以摄像采样法采集转过的脉冲数。当采集到转盘第一个脉冲信号时，标准器同时开始测量；当采集到设定脉冲数后，完成测试。此时，燃气表显示的气体体积为Vm。

Vm=Vp×b

(2)

式中：b为测试的脉冲数。

当气体经被检燃气表进入滞止容器，音速喷嘴的进口与出口压力之比为一定值时，喷嘴喉部的雷诺数一定，则气流通过喷嘴喉部的流速恒定，此时为临界流状态。根据连续性原理，此时通过被检表的气体质量流量，一定等于通过喷嘴处气体的质量流量。然后，采集温度、压力、湿度，通过修正，计算出通过临界流文丘里喷嘴气体的气体体积Vs。

(3)

将此体积换算成与燃气表同样温度及压力的体积Vref，然后用公式(5)计算出回转体积误差。

(4)

(5)

式中：E为回转体积误差；Vref为通过燃气表的气体实际值；Vm为燃气表的显示值；Ps为标准器内的气体绝对压力；Pm为燃气表处的气体绝对压力,Pa；Ts为标准器内的气体热力学温度,K；Tm为燃气表处的气体热力学温度,K。

2 测试试验

本次试验在步入式高低温试验室进行，选取2个G2.5燃气表，回转体积为0.9L，串联在不确定度为0.3%的音速喷嘴法气体流量标准装置中。燃气表分别去掉计数器，安装上18等分的采样盘。测试流量点为4m3/h、0.8m3/h，脉冲数分别为720个、180个，脉冲当量为0.09L，采用摄像法动态采样。测试流量稳定15s后进入测试模式。在采样器采集到第一个脉冲信号后，临界流文丘里喷嘴开始计时、计体积；在采集到设置的脉冲数后，计时停止；反复测试6次。当试验流量分别为4m3/h和0.8m3/h时，回转体积误差如表1、表2所示。

表1 回转体积误差表(4 m3/h)

表2 回转体积误差表(0.8 m3/h)

3 测试分析

沈文新提出一种基于双计时测试回转体积方法[5]，即采用2套色差传感器和计时器，采样器1置于机械计数器前，采样器2对准被检表内部运动件。2个采样器同时采样，分别采集实际通过气体及机芯回转次数，再根据额定回转体积计算差值。该方法为直接测量法，结构复杂，测量准确度不高。当测试体积为70L、流量为4m3/h时,重复性为0.27%；当测试体积为70L、流量为0.8m3/h时,重复性为0.18%。由此可见，流量越大，重复性越差。

本文方法测试时仅需拆掉计数器，减小测试体积，无需改造测试设备；但所测试数据的重复性更好，测试准确度更高。当流量为4m3/h时，测试体积为64.8L，测试重复性为0.04%，测试体积为16.2L；当流量为0.8m3/h,测试重复性为0.05%。大流量与中流量的重复性都较好，同时明显优于双计时法。

双计时法为直接测量法，采样器需要固定在表内，燃气表运行时会有抖动，影响采样质量；另外，采集对象为连杆， 其运转稳定性差，导致重复性欠佳。本文方法为间接测量法，输出轴转动平稳，采样信号好，分辨力高，测试准确，但前提是需要明确输出比。另外，回转体积误差与流量点有关，不同表回转体积误差值也各不相同，对于4m3/h、0.8m3/h流量点,如1#表差异0.79%，2#表差异0.17%。该差异并非测试方法本身的原因，而是燃气表自身计量性能造成的。这可以从表3所示的回转体积误差与整表误差的差异中看出。

表3 回转体积误差与整表误差表

为验证回转体积误差与整表误差的相关性，根据测试数据配上相应的调整齿轮，安装上计数器后，在同一台设备及同一个工位测试。

4 技术应用

随着测量技术的不断提升，测试分辨力更高、响应时间更快的摄像采样法已经比较成熟[6]。该测试方法效率高，方便快捷，准确度高，并与燃气表生产节拍吻合。将回转体积误差与整表误差的一一对应关系，应用于燃气表示值误差的初校，为后续复校提供了相应的齿轮配比系数。

目前，大部分企业初校仍采用光电采样，限于其分辨力，只能将4等分的十字架作为采样对象。为达到测试准确性，所需测试体积更多。本案例采用18等分采样盘及摄像采样，测试0.8m3/h流量所需体积为16.2L，理论时间为72.9s。如果采用4等分测试体积至少需要60L，测试时间需要270s。由此可见，采用该技术可以节省2/3的时间，较好地提升了生产效率。

目前有文献利用该对应关系，提高燃气表的检定效率，提出了以双计时法和回转当量体积为测量原理的检定技术，设计了基于音速喷嘴的膜式燃气表误差快速检定装置[7]。但燃气表作为国家重点管理计量器具，应按照JJG577-2012规程[1]进行强制性检定。该规程明确采样对象为计数器，同时对测试体积提出具体要求。

5 结束语

理论上，每个燃气表回转体积是固定的，但实际上其数值与零部件制造精度、装配误差、阀间泄漏、膜片运动等相关，实际值都会有所差异。其数值分布范围、分散性体现了厂家的设计能力、制造工艺水平、零部件控制水平，及综合管理水平。由于测试流量点不同，测试数值也不尽相同，但在国家标准中并没有明确具体的测试流量点，因此，建议在标准中加以规定。考虑到回转体积为一项关键计量参数，建议在确定燃气表型式评价时增加该测试项。GB/T69-2011[2]规定的±5%的误差范围过宽，建议加严，以进一步提高燃气表计量性能要求。综上所述，建议在燃气表行业推广使用本文方法，以大幅提升校准效率及准确性。

[1] 国家质量监督检验检疫总局.膜式燃气表国家计量检定规程:JJG577-2012[S].北京:中国计量出版社,2012.

[2] 国家质量监督检验检疫总局.膜式燃气表国家标准:GB/T6986-2011[S].北京：中国标准出版社，2012.

[3] 赫荣光.燃气表原理及检定[M].北京：化学工业出版社，2004:43-44.

[4] 国家质量监督检验检疫总局.膜式燃气表型式评价大纲:JJF1354-2012[S].北京:中国质检出版社,2012.

[5] 沈文新，孙晓东，金岚，等.基于双计时和回转体积测量原理的燃气表检定方法探讨[J].计量技术，2012(6):44-46.

[6] 陈超,沈琼,王灿.基于图像识别技术的膜式燃气表检定装置的设计[J].工业计量,2011,21(4):28-29.

[7] 刘家彤，毛谦敏，黄咏梅.膜式燃气表误差的快速检定技术[J].中国计量学报学报，2013(1)：14-18.

TestandApplicationoftheCyclicVolumeofDiaphragmGasMeter

JIANG Hangcheng，ZHANG Daojun，LI Hang

(Goldcard Smart Group Co.,Ltd.,Hangzhou310018，China)

Cyclic volume is the pivotal measurement index of the diaphragm gas meter; in national standard,there is explicit stipulation for it,which is the actual value shall be within ±5% of the rated value.At present,the test method for cyclic volume of diaphragm gas meter is relatively less,and requirements of the detection device and software are higher; the test time is long,the accuracy is low,and it is difficult to promote.Thus,a simple test method is proposed which the counter of diaphragm gas meter is removed and a sampling plate with18equal divisions is installed.In sonic nozzle gas meter calibration device,the camera sampling is used for gas meter cumulative volume,according to the rated cyclic volume,output ratio,test pulse number and the critical flow Venturi nozzle gas volume,the formula is established to measure the error of cyclic volume.Through testing the4m3/h and0.8m3/h flow points of the G2.5gas meter,the test results show that the method is convenient,rapid and accurate,and the repeatability of the tests is0.05%.The error of cyclic volume and the error of meter are all related to the flow rate,and the error value and the flow point are drawn into a graph,they have one-to-one correspondence through the comparison and analysis.Based on this relationship,it can be used to test the indication error of meter; the calibration efficiency is improved up to3times.

Diaphragm gas meter； Cyclic volume； Measurement; Error； Camera sampling； Calibration device; Venturi nozzle

TH814；TP206

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201710023

修改稿收到日期:2017-03-21

江航成(1972—)，男，学士，高级工程师，主要从事流量仪表的测试、研究工作。E-mailjianghc@china-goldcard.com。