新型电驱动活塞式膜式燃气表检定装置设计

　　0 引 言

　　膜式燃气表是燃气能源计量的主要计量器具，其质量优劣关系到供需双方的利益。作为三大民用计量装置之一，膜式燃气表被列为国家强制检定的 6 类重点管理工作计量器具之一。目前，国内对膜式燃气表进行检定时，采用的主要有钟罩式气体流量标准装置和临界流气体流量标准装置两大类。钟罩式气体流量标准装置对于环境有严格要求，且提升钟罩、稳定钟罩需要时间较长，检定效率偏低; 音速喷嘴法气体流量标准装置是负压法装置，不能模拟膜式燃气表实际的工作状态，因此，传统的膜式燃气表的检定装置均存在一定的局限性^[1]。活塞式气体流量标准装置是一种直接测量气体流量，用于检定累积式流量仪表的标准装置，具有稳定性高、重复性好、流量点的调节易于控制、测量速度快，且易实现检测自动化等优点^[2]，非常适合作为膜式燃气表的检定装置。

　　1 活塞式气体流量标准装置检定原理

　　标准装置结构如图 1 所示。装置主要由编码器、步进电机、减速器、联轴器、滚珠丝杆、活塞、活塞缸、温度变送器、湿度变送器、压力变送器、测控系统等结构组成。活塞缸体的底部设有阀门控制的进气和出气管道，出气管道接膜式燃气表的检定台架，台架最多可安装 4 台依次相连膜式燃气表，每台膜式燃气表配备一台光电采样器，且进出端口安装有差压传感器检定时，上位机根据检定流量点和活塞参数计算出电机需要的转速，电机转动，经减速器、联轴器驱动滚珠丝杆，带动活塞向下运动，产生检定流量点处的气流，气流经活塞缸体的出气管路流入膜式燃气表的检定台架。下位机根据要求的检定体积确定检定光电脉冲数，当第一个有效光电有效脉冲到来时，开始记编码器所反馈的脉冲数，光电脉冲计数终止时，停止编码器脉冲计数，计算出期间的有效编码器脉冲数。上位机根据检定期间活塞内的温度和压力以及每个膜式燃气表进出口端的差压、室内的温度和压力、有效编码器脉冲数计算出标准体积，完成膜式燃气表示值误差和压损的检定。活塞返回时，外部空气经活塞缸体底部的进气端口进入活塞缸内。

　　2 数学模型

　　活塞式气体流量标准装置排出的体积是根据编码器反馈的脉冲数和活塞缸体的直径计算得来的，计算公式为

　　式中 VSi为标准气体通过的第 i 只膜式燃气表检定过程中标准装置排出的气体体积，dm³; Ni为第 i 只膜式燃气表检定过程中编码器反馈的脉冲数; n 为转动一周编码器反馈的脉冲数; d 为活塞缸体的直径，m; l 为滚珠丝杆的导程，m。