戶外掛表環境溫度影響的應對實驗研究

摘 要

1 研究目的為配合鄭州燃氣實施戶外掛表安裝方式，我們在實驗室對膜式燃氣表進行了兩項重點實驗研究：一是研究環境溫度對普通膜式燃氣表計量性能的影響，二是研究機械溫度補償型燃
1 研究目的
為配合鄭州燃氣實施戶外掛表安裝方式，我們在實驗室對膜式燃氣表進行了兩項重點實驗研究：一是研究環境溫度對普通膜式燃氣表計量性能的影響，二是研究機械溫度補償型燃氣表在實驗室中的補償效果。實驗結果表明：普通膜式燃氣表受環境溫度影響較大，隨著環境溫度的下降，儀表的未修正示值誤差呈單邊下降的趨勢。在-10℃時，最大誤差可達到-10%～-15%，見圖1。機械溫度補償型燃氣表可以實現對環境溫度的修正補償，示值誤差基本可以修正到±5%以內，在低溫狀態下，補償效果尤為明顯，見圖2。
 
    以上兩項實驗都是在實驗室恒溫箱中進行的，并不能完全符合儀表工作現場的實際情況，機械溫度補償型燃氣表的準確性、穩定性、可靠性、有效性需要進一步驗證，同時，為探索降低環境溫度影響的有效途徑，考慮對普通表的儀表殼體外敷隔熱材料，以觀察是否可以達到降低溫度影響的效果。
2 研究方向
    為解決戶外掛表受環境溫度影響的問題，首先要考慮的是使用機械溫度補償型燃氣表，但國內大多數生產廠家不生產此類表型，僅有丹東熱工小批量生產，實際應用時間較短，我們在實驗室已有試驗結果，但沒有經過實際長期運行，其次要考慮如何避免環境溫度對儀表造成影響，為此，擬采取儀表外敷隔熱材料的方法，以期降低溫度的影響。因此，本次實驗有兩項內容：一：探索現場工作條件下，機械溫度補償型燃氣表的補償效果；二：探索普通表外敷隔熱材料對降低溫度影響的實際效果。
3 機械溫度補償型燃氣表工作原理
    普通燃氣表具有固定的回轉體積，基本不隨溫度變化而變化，機械溫度補償型燃氣表是利用熱敏雙金屬元件的熱脹冷縮效應，通過改變皮膜的位移量來實現回轉體積的微小變化，進而達到調整示值誤差的需要。熱敏雙金屬元件由線膨脹系數不同的兩片薄金屬焊在一起構成的。當溫度改變時，由于兩片膨脹不同，雙金屬片將產生彎曲。如果將其一端固定，則另一端將產生位移，其位移的大小與溫度的高低成正比。
4 試驗過程
    2008年11月，我們經過反復查找，最后在紅河熙園選取了6戶戶外掛表用戶，這些用戶具有以下優越性：①壁掛爐用戶，冬季用氣量大，便于統計計算；②用戶位置相近，方便儀表安裝，使用表箱簡單；③是近期發展的用戶，儀表和管道比較新；④地理位置較佳，方便每天抄表記錄。
    為了盡可能降低儀表本身的誤差影響，把原來用戶使用的舊表更換為性能優異的進口BK表，安裝前對所有儀表都重新檢定和校準。隔熱材料使用10mm厚的橡塑海綿，除表嘴和計數器面板外，其余部位全部包扎緊裹，見圖3。
儀表安裝采取鋁塑復合管串聯連接，每一只表箱安裝3臺試驗表。用戶的儀表位置不變，見圖4。
 

    2008年12月，6臺試驗表安裝完畢，其中3臺為機械溫度補償型燃氣表，3臺為外敷隔熱材料普通表。自2009年1月1日起，每兩天抄表一次，環境溫度為鄭州市發布的當天平均溫度。
5 數據處理和分析
為了方便表格的編排，僅取4戶儀表的原始記錄進行統計分析，分為機械溫度補償型和普通表外敷隔熱材料兩類，每類分為兩組，對每一組表統計到月度累積量和月度平均值。在表1和表2中，分別顯示了機械溫度補償型燃氣表月度氣量誤差和普通表外敷隔熱材料月度氣量誤差，對應于圖5和圖6，分別繪制了兩種儀表的溫度修正趨勢曲線。圖中可以清晰地觀察到儀表誤差隨時間(環境溫度1變化的趨勢，通過兩種不同的變化曲線，可以清晰觀察到兩種試驗情況下的溫度補償效果。
 
表1 機械溫度補償型燃氣表月度氣量誤差
試驗時間(月份)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
合計
月平均溫度(℃)
1.5
5.3
9.1
15.5
21.7
26.7
28.3
25.6
21.0
18.4
5.4
2
15.04
第一組
試驗表(m3)
257.208
145.277
66.710
13.758
10.733
14.090
17.825
14.875
9.950
11.703
14.781
72.332
649.242
用戶表(m3)
238.397
136.429
63.846
13.743
10.917
14.545
18.332
15.172
9.941
11.611
13.984
67.649
614.566
誤差(%)
7.89
6.49
4.49
0.1l
-1.69
-3.13
-2.77
-1.96
0.09
0.79
5.70
6.92
5.64
第二組
試驗表(m3)
451.230
339.936
243.795
55.502
10.318
9.961
9.22l
9.651
10.079
16.645
251.042
394.497
1801.877
用戶表(m3)
425.884
326.374
236.896
54.686
10.388
10.128
9.32l
9.693
10.012
16.380
237.755
375.659
1723.086
誤差(%)
5.95
4.16
2.91
1.49
-0.67
-1.65
-1.07
-0.43
0.67
1.62
5.57
5.01
4.57
表2 普通表外敷隔熱材料月度氣量誤差
試驗時間
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
合計
平均溫度(℃)
1.5
5.3
9.1
15.5
21.7
26.7
28.3
25.6
21.0
18.4
5.4
2
17.3
第三組
試驗表(m3)
176.586
72.358
24.909
26.257
23.164
20.465
19.942
16.356
16.553
19.908
91.638
176.382
684.518
用戶表(m3)
174.804
71.722
24.742
26.024
22.924
20.224
19.781
16.228
16.445
19.782
91.020
175.284
678.980
誤差(%)
1.02
0.89
0.68
0.90
1.05
1.09
0.81
0.79
0.66
0.64
0.68
0.63
0.82
第四組
試驗表(m3)
433.593
332.076
46.184
23.300
9.556
8.662
24.194
19.882
12.006
10.943
52.375
79.177
1051.948
用戶表(m3)
431.347
329.503
45.825
23.041
9.450
8.553
23.942
19.650
11.868
10.829
52.057
78.558
1044.641
誤差(%)
0.52
0.78
0.78
1.12
1.12
1.27
1.05
1.18
1.16
1.05
0.61
0.79
0.70
    在表1和表2中，用戶表和試驗表的體積量為當月儀表顯示累積值，誤差計算公式為：
 
    按照誤差的定義，把用戶表的讀數視為真值，把試驗表讀數視為測量值，誤差的大小表示試驗表對溫度的修正補償效果。在計算誤差時，由于試驗表和用戶表距離較近，不考慮兩臺表之間的壓力差異。
    在數據處理過程中，沒有對每個月的每次讀數進行比對，是因為每次統計量數值較小，環境溫度又比較接近，其誤差在實驗記錄里可以觀察到，因此，不再對此進行具體分析，分析的重點應放在月度的累積量和月度誤差上面，主要任務是觀察儀表的連續補償效果。
    從表1、表2和圖5、圖6中可以看出：
    機械溫度補償型燃氣表具有很好的環境溫度修正功能，在冬季的修正誤差達到6%～8%，全年(統計時間10個月)累計修正誤差達到4%～5%。而我們過去進行的戶外掛表區域計量輸差試驗中，年度累計誤差約為-7%。因此，通過使用機械溫度補償型燃氣表，可以使輸差修正到-2%左右，補償效果達到80%以上，同時，從圖6可以看到，兩臺表的誤差曲線變化趨勢基本一致，說明儀表的溫度補償有較好的一致性，通過近一年的試驗，儀表穩定可靠，沒有出現故障，說明儀表的穩定性和可靠性基本滿足現場使用要求。
    普通表外敷隔熱材料不具有很好的環境溫度修正功能，在冬季和夏季的修正誤差不明顯，一般在0.5%～1%之間，試驗最終表明，儀表不能依靠隔熱材料來改善計量準確性，其原因是氣體流速非常低，表接頭以及連接管道已使氣體發生了充分的熱交換，氣體經過儀表時，其熱交換已不受隔熱材料限制。
6 試驗結論
實驗表明：機械溫度補償型燃氣表可以通過機械的方法改變環境溫度對儀表的影響，從而使儀表不遵守氣體狀態方程，實現燃氣表的溫度補償，補償效果在全溫度范圍內有效可靠，補償效果的準確性、一致性、穩定性、有效性可以滿足要求，建議小批量試裝。
依靠隔熱材料不能改善儀表受環境溫度的影響，對環境溫度的補償效果不明顯，建議不采用此類方法。
 
(本文作者：鄧立三 鄭州華潤燃氣有限公司 450006)