戶外掛表環(huán)境溫度影響的應(yīng)對實(shí)驗(yàn)研究

摘 要

1 研究目的為配合鄭州燃?xì)鈱?shí)施戶外掛表安裝方式，我們在實(shí)驗(yàn)室對膜式燃?xì)獗磉M(jìn)行了兩項(xiàng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究：一是研究環(huán)境溫度對普通膜式燃?xì)獗碛?jì)量性能的影響，二是研究機(jī)械溫度補(bǔ)償型燃
1 研究目的
為配合鄭州燃?xì)鈱?shí)施戶外掛表安裝方式，我們在實(shí)驗(yàn)室對膜式燃?xì)獗磉M(jìn)行了兩項(xiàng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究：一是研究環(huán)境溫度對普通膜式燃?xì)獗碛?jì)量性能的影響，二是研究機(jī)械溫度補(bǔ)償型燃?xì)獗碓趯?shí)驗(yàn)室中的補(bǔ)償效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：普通膜式燃?xì)獗硎墉h(huán)境溫度影響較大，隨著環(huán)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(shí)，最大誤差可達(dá)到-10%～-15%，見圖1。機(jī)械溫度補(bǔ)償型燃?xì)獗砜梢詫?shí)現(xiàn)對環(huán)境溫度的修正補(bǔ)償，示值誤差基本可以修正到±5%以內(nèi)，在低溫狀態(tài)下，補(bǔ)償效果尤為明顯，見圖2。
 
    以上兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都是在實(shí)驗(yàn)室恒溫箱中進(jìn)行的，并不能完全符合儀表工作現(xiàn)場的實(shí)際情況，機(jī)械溫度補(bǔ)償型燃?xì)獗淼臏?zhǔn)確性、穩(wěn)定性、可靠性、有效性需要進(jìn)一步驗(yàn)證，同時(shí)，為探索降低環(huán)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(dá)到降低溫度影響的效果。
2 研究方向
    為解決戶外掛表受環(huán)境溫度影響的問題，首先要考慮的是使用機(jī)械溫度補(bǔ)償型燃?xì)獗?，但國?nèi)大多數(shù)生產(chǎn)廠家不生產(chǎn)此類表型，僅有丹東熱工小批量生產(chǎn)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)間較短，我們在實(shí)驗(yàn)室已有試驗(yàn)結(jié)果，但沒有經(jīng)過實(shí)際長期運(yùn)行，其次要考慮如何避免環(huán)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(shí)驗(yàn)有兩項(xiàng)內(nèi)容：一：探索現(xiàn)場工作條件下，機(jī)械溫度補(bǔ)償型燃?xì)獗淼难a(bǔ)償效果；二：探索普通表外敷隔熱材料對降低溫度影響的實(shí)際效果。
3 機(jī)械溫度補(bǔ)償型燃?xì)獗砉ぷ髟?/span>
    普通燃?xì)獗砭哂泄潭ǖ幕剞D(zhuǎn)體積，基本不隨溫度變化而變化，機(jī)械溫度補(bǔ)償型燃?xì)獗硎抢脽崦綦p金屬元件的熱脹冷縮效應(yīng)，通過改變皮膜的位移量來實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)體積的微小變化，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整示值誤差的需要。熱敏雙金屬元件由線膨脹系數(shù)不同的兩片薄金屬焊在一起構(gòu)成的。當(dāng)溫度改變時(shí)，由于兩片膨脹不同，雙金屬片將產(chǎn)生彎曲。如果將其一端固定，則另一端將產(chǎn)生位移，其位移的大小與溫度的高低成正比。
4 試驗(yàn)過程
    2008年11月，我們經(jīng)過反復(fù)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(yōu)越性：①壁掛爐用戶，冬季用氣量大，便于統(tǒng)計(jì)計(jì)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(fā)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(yōu)異的進(jìn)口BK表，安裝前對所有儀表都重新檢定和校準(zhǔn)。隔熱材料使用10mm厚的橡塑海綿，除表嘴和計(jì)數(shù)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(fù)合管串聯(lián)連接，每一只表箱安裝3臺試驗(yàn)表。用戶的儀表位置不變，見圖4。
 

    2008年12月，6臺試驗(yàn)表安裝完畢，其中3臺為機(jī)械溫度補(bǔ)償型燃?xì)獗恚?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(huán)境溫度為鄭州市發(fā)布的當(dāng)天平均溫度。
5 數(shù)據(jù)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分為機(jī)械溫度補(bǔ)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(tǒng)計(jì)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(jī)械溫度補(bǔ)償型燃?xì)獗碓露葰饬空`差和普通表外敷隔熱材料月度氣量誤差，對應(yīng)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(shí)間(環(huán)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(yàn)情況下的溫度補(bǔ)償效果。
 
表1 機(jī)械溫度補(bǔ)償型燃?xì)獗碓露葰饬空`差
試驗(yàn)時(shí)間(月份)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
合計(jì)
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(yàn)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(yàn)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(yàn)時(shí)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(jì)
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(yàn)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(yàn)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(yàn)表的體積量為當(dāng)月儀表顯示累積值，誤差計(jì)算公式為：
 
    按照誤差的定義，把用戶表的讀數(shù)視為真值，把試驗(yàn)表讀數(shù)視為測量值，誤差的大小表示試驗(yàn)表對溫度的修正補(bǔ)償效果。在計(jì)算誤差時(shí)，由于試驗(yàn)表和用戶表距離較近，不考慮兩臺表之間的壓力差異。
    在數(shù)據(jù)處理過程中，沒有對每個(gè)月的每次讀數(shù)進(jìn)行比對，是因?yàn)槊看谓y(tǒng)計(jì)量數(shù)值較小，環(huán)境溫度又比較接近，其誤差在實(shí)驗(yàn)記錄里可以觀察到，因此，不再對此進(jìn)行具體分析，分析的重點(diǎn)應(yīng)放在月度的累積量和月度誤差上面，主要任務(wù)是觀察儀表的連續(xù)補(bǔ)償效果。
    從表1、表2和圖5、圖6中可以看出：
    機(jī)械溫度補(bǔ)償型燃?xì)獗砭哂泻芎玫沫h(huán)境溫度修正功能，在冬季的修正誤差達(dá)到6%～8%，全年(統(tǒng)計(jì)時(shí)間10個(gè)月)累計(jì)修正誤差達(dá)到4%～5%。而我們過去進(jìn)行的戶外掛表區(qū)域計(jì)量輸差試驗(yàn)中，年度累計(jì)誤差約為-7%。因此，通過使用機(jī)械溫度補(bǔ)償型燃?xì)獗恚梢允馆敳钚拚?2%左右，補(bǔ)償效果達(dá)到80%以上，同時(shí)，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(bǔ)償有較好的一致性，通過近一年的試驗(yàn)，儀表穩(wěn)定可靠，沒有出現(xiàn)故障，說明儀表的穩(wěn)定性和可靠性基本滿足現(xiàn)場使用要求。
    普通表外敷隔熱材料不具有很好的環(huán)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(yàn)最終表明，儀表不能依靠隔熱材料來改善計(jì)量準(zhǔn)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(fā)生了充分的熱交換，氣體經(jīng)過儀表時(shí)，其熱交換已不受隔熱材料限制。
6 試驗(yàn)結(jié)論
實(shí)驗(yàn)表明：機(jī)械溫度補(bǔ)償型燃?xì)獗砜梢酝ㄟ^機(jī)械的方法改變環(huán)境溫度對儀表的影響，從而使儀表不遵守氣體狀態(tài)方程，實(shí)現(xiàn)燃?xì)獗淼臏囟妊a(bǔ)償，補(bǔ)償效果在全溫度范圍內(nèi)有效可靠，補(bǔ)償效果的準(zhǔn)確性、一致性、穩(wěn)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(huán)境溫度的影響，對環(huán)境溫度的補(bǔ)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?xì)庥邢薰?450006)