浅析燃气流量计体积修正仪误差

许长泳，王荣晓，张 强，洪辉晓，孙治鹏

（1.新奥能源控股有限公司，河北 廊坊 065001；2.天信仪表集团有限公司，浙江 苍南 325800）

0 引言

天然气作为一种清洁、低排放的高效能源，已在国内大规模地发展，与之相关的天然气流量计也在各行各业中得到广泛应用。

燃气流量计在整个过程中，主要用于内部计量和贸易计量，因此显得特别重要，在整个生命周期中，目前工商业的天然气流量计基本采用机械计数+电子显示或纯电子显示，由温度和压力参与补偿，转化为标准状态下的总量进行最终的贸易结算。

计量管理是企业经营管理的基础工作之一，是提高企业经济效益的重要手段，而燃气流量计是天然气企业计量管理的核心业务。体积修正仪作为流量计的重要组成部分，其运行情况对流量计计量准确性至关重要。

对整个流量计进行定期的检定过程中，只对机械部分的流量计进行检定，并未对温度和压力进行检定，温度传感器、压力传感器和积算仪在长期的使用过程中会出现了零点的漂移和线性偏移现象，导致计量不准，引起纠纷。因此，本文通过试验和采集数据，对燃气流量计体积修正仪误差的影响进行分析，并给出相应的措施和建议。

1 流量计的整体结构

图2 体积修正仪的原理框图Fig.2 The principle block diagram of the volume corrector

燃气流量计一般由基表、压力传感器、温度传感器、流量传感器和积算器组成。图1是一款气体腰轮流量计的整体外观图。

图1 气体腰轮流量计外观图Fig.1 Appearance of gas waist wheel flowmeter

1.1 燃气流量计的原理

燃气流量计一般由一次仪表和燃气体积修正仪组成。其中，一次仪表就是指流量计的机械流量计部分。一次仪表需要通过流量传感器将机械信号转化为电信号，输入给积算器。流量计中的压力传感器和温度传感器采集流量计管道中的压力和温度。流量传感器将一次仪表测得的体积流量转化为流量，通过线路将压力、温度和流量传输给积算器换算，最终转化为标况总量用于贸易计量。

体积修正仪是指积算器和温度传感器或由积算器、温度传感器和压力传感器组成，根据燃气流量计测得的体积流量、燃气温度、压力和由气体组分相关的压缩因子转换系数等参数进行计算，将测量条件下的体积转换成基准条件下的体积，并进行积算、存储和显示的装置。

1.2 体积修正仪的误差

体积修正仪的主示值误差由转换系数误差（ec）或基准条件下的体积转换误差（ev）表示，分量误差包括温度测量误差（et）、压力测量误差（ep）和积算器的误差（ef）。

根据国家标准GB/T 36242-2018《燃气流量计体积修正仪》，详细规定了体积修正仪误差分布情况见表1。

表1 修正仪主示值和各分量的最大允许误差（MPE）Table 1 The main indication value of the corrector and the maximum Allowable error (MPE) of each component

各种误差按以下方法进行计算：

1）转换系数误差

转换系数的相对误差ec按式（1）计算：

2）基准条件下的体积转换误差

基准条件下的体积Vb转换的相对误差eV按式（2）计算：

3）带有分量显示的修正仪的特定误差

修正仪各分量的特定误差按式（3）～式（5）计算：

2 燃气流量计检定的现状

燃气流量计现种类繁多，流量计原理也都不同，不同的流量计国家也制定了不同的检定规程。规程基本由涡轮流量计、速度式流量计、气体容积式流量计、超声流量计、差压式流量计、靶式流量计、旋进旋涡流量计、流量积算仪等检定规程组成。

燃气流量计都会根据相应的检定规程进行出厂检定和定期检定。表2为各种流量计的检定周期表。

表2 各燃气流量计的检定周期表Table 2 Periodic table for calibration of each gas flow meter

流量积算仪检定规程虽然是检定电子表头准确度等级的，但只是对流量信号的转换计算误差进行检定，如瞬时流量/累积总量等，并未对温度和压力传感器的准确度进行检定，相当于仅计算了体积修正仪的主示值误差——积算器的误差（ef）、转换系数误差（ec）或基准条件下的体积转换误差（ev），并未检定温度测量误差（et）、压力测量误差（ep）。

3 温度和压力值存在的偏差

燃气流量计在整个的生命周期里，其温度和压力传感器从采购、调试、组装，销售到市场的长期使用直至流量计淘汰的整个过程中，流量计厂家对温度和压力传感器做了一次内部检定，而后就没有对温度、压力值进行检定和比对了。

温度和压力传感器在长期的使用过程中，由于受到环境温度和湿度的影响会出现老化、精度下降，零点漂移等问题。本次共抽检73台不同区域、不同使用年限（5年以下7台、5～8年34台、8年以上32台）的燃气流量计，与燃气流量计厂家对体积修正仪的误差情况进行试验分析。其中，温度传感器异常的有两台（使用5～8年），压力传感器异常的有4台（5年以下两台，8年以上两台）。详细情况如下：

3.1 温度传感器

温度传感器以不同年限分组，分别测试低温（-10℃）、常温（20℃）、高温（50℃）下各温度传感器的温度偏差，温度偏差以±0.3℃为界，各组温度传感器各温度点测试情况见图3（5～8年有两个温度传感器异常）。

图3 温度变化图Fig.3 Temperature change diagram

3.1.1 根据图3可以得出以下结论

1）5年以下的温度传感器温度偏差均在-0.3℃～0.3℃以内。

2）5～8年的温度传感器温度偏差大部分在-0.3℃～0.3℃以内：①在低温的情况下，部分温度传感器偏差偏正；②在高温的情况下，部分温度传感器偏差偏负。

3）8年以上的温度传感器温度偏差趋势与使用期限在5～8年的情况相近，但偏差个数达到50%左右。

3.1.2 根据表3可以得出以下结论

表3 不同使用年限所有测量温度各区间占比Table 3 Proportion of all measured temperatures in each interval of different service years

1）在温度±0.3℃范围区间内，随着使用年限的增加，符合该区间的温度传感器占比减少。

2）随着使用年限的增加，温漂超过±0.3℃的传感器数量增加。

3.2 压力传感器

压力传感器以不同年限分组，分别对压力传感器在低温（-10℃）、常温（20℃）、高温（50℃、含5个60℃）进行不同压力点测试（存在4个损坏）。

3.2.1 根据表4可以得出以下结论

表4 3种年限表测得数据占比分布区间表（低温）Table 4 The distribution interval table of the proportion of data measured by the three age tables (low temperature)

1）3种年限的压力传感器，偏差均主要处于±0.4%的范围内。

2）使用年限越长的压力传感器，偏差范围越广，大部分处于合格的范围内。

3）压力传感器受温度影响不大。

4）压力传感器线性度表现良好。

各个年限的压力传感器不论在高压、中压或者低压情况下出现偏差个数相差不多，分析原始数据，若出现某点偏差，则会出现各个点有相近的偏差情况。

3.2.2 根据表5可以得出以下结论

表5 3种年限表测得数据占比分布区间图（高温）Table 5 Distribution interval map of the proportion of data measured by three age tables (high temperature)

1）8年以上的压力传感器漂移程度较分散。

2）5年以内的漂移程度较集中。

3）随着表具的使用年限增长，压力传感器的漂移分散程度会加剧。

4 相应的措施和建议

燃气流量计中的温度和压力传感器随着使用年限变长，都会出现老化/漂移，最终导致计量偏差/不准，引起贸易纠纷。

现燃气流量计的温度和压力传感器基本分为模拟式和数字式两种，相对于模拟式的，数字式的传感器更加稳定、抗外界干扰小，准确度偏移小。但都会随时间的变化出现计量偏差变大，超出标准误差。

因此，随着燃气流量计的使用量越来越多，使用的年限越来越长，温度和压力传感器老化漂移产生的误差，导致燃气公司和使用用户纠纷越来越多。

根据本公司长期使用的经验和试验研究数据，做出以下建议：

1）安装燃气流量计时，尽量安装在室内，安装在室外的要加强防护措施，避免风吹日晒会加快流量计设备的老化和零点偏移速度。

2）温度和压力传感器尽量选择采购抗干扰能力强的数字式传感器。

3）对温度和压力传感器进行定期比对处理，比对周期一般为1～2年。对比对结果不满足要求的传感器，还需进行校准处理。

4）如果条件允许的话，流量计送检时，同时进行体积修正仪的检定，但大多数的检定院无法检定体积修正仪。

5 结束语

本文对燃气流量计的计量误差进行梳理，流量计的误差按照国家规定会进行定期检定。体积修正仪存在的误差由于国家没有对流量计相关配套的压力和温度传感器进行检定的要求，所以压力和温度传感器随着使用年限的增加，产生了老化和零点漂移，带来的误差越来越明显，从而引发的贸易纠纷越来越多。这就需要燃气公司、燃气流量计厂家、相关国家检定等机构应对体积修正仪误差有更多地关注和重视，才能让天然气的计量和贸易结算做到公平、公正。