热式质量燃气表在不同气体中计量特性和自适应转换实验研究

报告，对8家燃气公司气体组分情况进行了分析，将组分报告中的相对密度和高位热值，转换成沃泊指数，如表2所示。

从表中发现全国8家燃气公司天然气的沃泊指数都在47.95～2.5MJ/m³范围内，也就是说目前不论是西气、川气、单井气、LNG等，几乎都属于国家标准规定的12T类天然气范围内。所以，本MEMS热式质量燃气表自适应组分实验研究，采用12T类天然气作为实验的气体。

3.2 实验气样选择

实验气样参考国家标准GB/T13611-2006[9]和欧盟标准EN437：2003[11]进行选择，气样选择原则：1）从列表中选择沃泊指数上、下限的实验气体;2）选择标准气体;3）配制5组分实验气体以模拟实际天然气;沃泊指数分布在上述3种实验气体之间。

G2-A气样是12T的下限气样（国标12T3#，欧标G23），G2-F气样是12T的标准气样（国标12T0#，欧标G20），G2-H气样是12T的上限气样（国标12T1#，欧标G21）。G2-B、G2-C、G2-D、G2-E氣样为沃泊指数在44.8649.83 MJ/m3范围之间的气样，G2-G气样为沃泊指数在49.8353.81 MJ/m3范围之间的气样。实验气样如表3所示。

相对于气相色谱原理，MEMS热式质量燃气表的内置传感器不可能获得昂贵的在线色谱分析仪所能测试的气体组分参数，但是能够测量流过气体的热物性参数。在实际应用中，燃气表通过测量气体热物性参数具有对天然气组分变化的感知能力，并对因燃气组分变化带来的气体转换因子GCF进行实时修正，以达到燃气表测量实流天然气流量计量准确度的要求。

4 实验过程及数据分析

4.1 家用MEMS热式质量燃气表样机G4-1在

氮气中标定及误差特性

封闭式正压环道流量装置如图3所示，首先将样表G4-1夹装在被测表位置，用氮气置换环道内空气，提升管道压力至3kPa左右。通过调节罗茨泵和电动阀门改变流量点，对G4-1进行标定。获得G4-1误差特性，如图4所示，红色虚线表示误差容许范围，蓝色绿色点表示该流量点的测量误差。

4.2 样机G4-1在不同组分气样中测得的识别曲线

用表3中的8种气样分别输入环道，提升管道压力至3kPa，同样通过调节罗茨泵和电动阀门改变流量，测试各流量点对应的动态热物性值，测量值为G4-1的气体组分识别值。实验过程需注意置换充分和排空燃烧，确保实验安全和气样准确。G4-1燃气表所测得数据见图5。

如图5所示，其中最靠近的褐色线和黑色线，为G2-G和G2-H气样识别值，属于12T类热值较高气样;最靠近的紫色线、绿色线和红色线，为G2-A、G2-B和G2-C气样，属于12T类热值较低气样。由此可见，天然气热值变化与G4-1识别值成反向变化趋势，后者的变化范围在4%左右。

4.3 实验样机自适应状态下的误差特性

按照图2的MEMS热式质量燃气表自适应工作流程，样机G4-1内部数据库预置有一组天然气参比气体（100%CH₄）的GCF。在实际工作中，燃气表根据图5测得的识别值，实时进行在线修正，遵照现行燃气计量法规及时调整因天然气组分变化引入的计量误差。

将表3选择的8种气样分别输入环道，测试G4-1误差特性，其结果满足贸易计量士1.5%的要求。误差特性如图6所示，图中红色虚线表示误差容许范围。

5 结束语

1）燃气表样机经过天然气实流试验，证明了MEMS家用热式质量燃气表在天然气组分变化的情况下，具有实时修正能力，表现出良好的误差特性（<±1.5%）。外形设计合理，操作方便，经氮气（空气）标定可使用于天然气，具有实用性。

2）本实验所采用的MEMS家用热式质量燃气表可以识别天然气组分的相对变化，测量结果存在规律性。

3）参比气体的系数GCF是在线实时校准误差的关键参数，同样通过软硬件和算法设计，可以使燃气表满足计量的要求。

4）本实验研究表明MEMS质量流量计量和热值计量存在相关性。這为今后实现热值计量的可能性提供了初步的实验依据。

参考文献

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（编辑：莫婕）

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