超声波与膜式燃气表的计量性能对比与误差分析

引言

在对燃气使用量进行测量的过程中，燃气表是关键性计量器具 主要在居民和工商业用户领域广泛应用。燃气表的准确性与用户的经济利益 程度上影响燃气公司的运营管理及成本核算等相关内容。在燃气计量领 内 据着主导地位。然而，在传感器及物联网技术的迅猛发展下，超声波 表也得到了快速发展，其独特优势得到越来越多的重视和关注。因此，有必要针对两种燃气表的差异及计量准确性影响因素进行深入分析，这样才能更科学可行地选择燃气表，从而确保燃气贸易计算更加公平公正。

1 超声波燃气表和传统机械燃气表的对比分析

1.1 工作原理的对比

针对传统机械燃气表而言，是一种比较典型的模式燃气表，同时也是机械结构的计量表。其工作原理主要是以燃气为基础，利用膜片循环往复的运动，在压力差的促进下使燃气通过分配阀交替进入到计量室，从而使计量室内的柔性膜片往复运动，利用转换结构确保充气排气循环过程转换成为相对应的气体，再利用传动机构传递到计数器，从而充分完成燃气计量功能。例如，在燃气进入燃气室的时候，膜片通过燃气压力作用发生变形，带动连杆结构，确保计数器的齿轮转动，对燃气的使用量进行有效记录。模式燃气表的机械结构相对来说比较可靠简单，成本较低，但在计量性能方面，很有可能因为内部部件磨损等各类因素影响，而使其准确性受到损害。

针对超声波燃气表来说，主要是通过超声波在介质中传播，利用运行时间的差值进行有效计量。在燃气管道内匹配对应的超声波传感器，一个可以发射超声波，另一个用来接收。在燃气流动的情况下，超声波可以通过顺流以及逆流方向的传播时间来呈现出差异，结合超声波在流动机制中顺流方向及其逆流方向的时间差和流体平均流速呈现出正比例的关系。针对这样的时间差进行有效计算，可以测定燃气的流速，同时由流速和声道在封闭管道截面积的乘积计算具体的燃气消耗量。因为不具备可动的机械部件，而是利用电子运动及其算法来有效计量，在理论层面不会出现机械磨损而造成走慢等相关问题。同时，某些超声波燃气表可以定制相对应的温差补偿功能，这样可以切实规避因为温度压力变化所造成的计量损失。

1.2 计量精度的对比

针对传统机械燃气表而言，在长时间的运行过程中，往往因为燃气杂质或者输气管道内部出现油污而导致燃气表的膜片或者齿轮等出现严重老化或者磨损等问题，这在很大程度上降低剂量的精准度。特别是在低流量的检测方面，往往不够敏感，不能对剂量进行精准计算。在严重的情况下，例如1L 时往往只计算0.9L。针对超声波燃气表来说，在全量程范围之内都可以有良好精度，不管是大火力烹饪还是小火慢炖等，在不同用气场景下的流量都可以精准计算，规避传统燃气表小容量漏记等问题。例如，淄博宇声计量科技有限公司的民用智能超声波燃气表，最低流量往往是每小时低于1L，可以对微小流量进行有效计算。而通过相关研究数据可以证明，在同等测量条件之下，针对不同流量点展开测量，传统机械燃气表的误差甚至超过 5% ，而超声波燃气表在小流量点的误差可以在1%范围内。针对大流量点而言，传统机械燃气表的误差在3%以上，而超声波燃气表的误差可以有效控制在0.5%以内。具体数据如下表1 所示：

表1 计量精度的对比数据

2 超声波燃气表与传统机械燃气表计量准确性影响因素

2.1 环境因素

两种燃气表的计量准确性受环境因素影响都较大，尤其是湿度和温度的变化对准确性的影响更为显著。对于传统机械燃气表来说，温度变化导致内部机械部件热胀冷缩，影响磨片运动和齿轮传动的精准度，从而降低计量准确性。例如，在寒冷的冬季，机械燃气表的计量误差可能会大幅增加。超声波燃气表虽然没有机械部件，但温度和湿度的变化会影响超声波在燃气中的传播，损害计量的精准性。然而，超声波燃气表配备了温度和湿度补偿功能，能够利用内置传感器实时监测环境参数并及时修正计量数据，有效降低环境因素的影响。例如，某品牌超声波燃气表在不同温度和湿度环境下测试，未开启温差补偿功能时，高温高湿环境中的计量误差可能超过 3% ，而开启补偿功能后误差可保持在 1%以内。

2.2 燃气特性

燃气特性也是影响计量准确性的重要因素，包括燃气的压力、温度和成分等。传统机械燃气表燃气室内的杂质和油污可能附着在磨片和齿轮等运动部件上，导致磨损加剧而影响计量准确性。超声波燃气表基于超声波传播原理，燃气的声阻抗、切变黏滞系数和摩尔质量等因素会影响超声波的传播和衰减，从而影响计量准确性。研究表明，燃气成分变化，如天然气中混入其他气体，会导致声阻抗改变，增加计量误差。例如，对 3 个 1.5级规格的超声波燃气表进行燃气测试，结果显示1 号表出现零漂，大流量点误差比空气偏负 5.61% ；3 号表出现错波及零漂现象，小流量点误差比空气偏负 15.2% 。具体数据如下表2 所示：

表2 特性测试及误差对比

3 实际案例分析

3.1 某小区燃气表更换案例

某小区原有800 户居民使用传统机械燃气表，使用年限约8 年。在一次准确性抽检中，超过30%的燃气表计量误差超过 6% ，且普遍存在计量偏慢等问题。为了确保计量的公平公正，燃气公司决定将该小区居民燃气表全部更换为超声波燃气表。更换后一年的监测数据显示，居民日用气费用平均上涨 5% 。具体数据如下表3 所示：

表3 某小区燃气表更换前后对比相关数据

燃气公司详细分析了该情况，排除了燃气价格调整和居民用气习惯大幅改变等因素后，进一步检测发现，原有传统机械燃气表在长期使用后出现 导致居民实际用气量较大但计量偏少。更换为超声波燃气表后，居民的实际用气 应上涨。通过这个案例可以看出，传统机械燃气表在长期使用后计量准确性明显降低，而超声波燃气表在计量准确性方面具有明显优势。

4 结论

综上所述，在超声波燃气表与传统机械燃气表的对比中可以发现，它们在工作原理、性能特点、计量准确性等方面都有明显的差异。因此，需要更有效把握超声波燃气表的计量精度、使用寿命、功能扩展性等相关应用优势，规避传统机械燃气表的种种弊端。在有效控制各类影响因素、明确计量精准条件的前提下，使超声波燃气表的应用价值得到充分体现。同时，也要加强检测和维护，进一步构建系统完善的计量监测体系，从而确保燃气贸易结算更公平公正。

参考文献：

[1] 孙阳, 陈悦. 超声波燃气表技术革新与应用拓展[J]. 燃气创新研究, 2023, 28(4): 22 - 28.

[2] 周梅. 传统膜式燃气表的性能短板及优化策略[J]. 现代计量探索, 2024, 30(3): 12 - 18.