如何利用溫度傳感器提升燃氣表的計量精度？

近些年，隨著國家“煤改氣”工程的大規(guī)模推進，戶外掛表已經(jīng)成為了一種新的安裝方式。但是，在我國北方，由于冬季晝夜溫差較大，對燃氣表的計量性能會產(chǎn)生較大的影響。盡管戶外掛表用戶均配備了表箱，但仍然無法解決溫度對燃氣表計量誤差的影響。因此，膜式燃氣表加裝溫度補償組件已成為一種必要的措施。

2020年9月，中國城市燃氣協(xié)會發(fā)布并實施《T/CGAS 011-2020電子溫壓修正膜式燃氣表》，對電子溫壓修正膜式燃氣表的工作條件、技術(shù)要求、試驗方法以及檢測規(guī)則等進行了規(guī)定和說明。其中指出，溫度傳感器是指燃氣表中用于采集燃氣溫度信號的電子部件（或電子元件），由此確立了溫度傳感器是該類型燃氣表中的標(biāo)配部件。

1 為什么要用溫補式燃氣表？

傳統(tǒng)的膜式燃氣表的燃氣計量是在標(biāo)況（20℃，101.3kPa）下進行計量，但終端用戶的實際使用過程卻是在非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進行的。不同季節(jié)、不同溫度或壓力氣候條件都會產(chǎn)生計量誤差。例如，20℃條件下，同等壓強下的1立方米天然氣在-10℃時的體積為0.8977m3，體積縮小了11.23%。這就導(dǎo)致了燃氣體積計量誤差，從而導(dǎo)致供銷不平衡，有失貿(mào)易結(jié)算的公平性原則。

國家發(fā)布的《關(guān)于頒發(fā)天然氣商品量管理暫行辦法的通知》第五章第二十二條明確規(guī)定，天然氣按體積進行計量，天然氣體積計算的狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)為20℃（293.15K）。河北省頒布的編號為JJF（冀）143內(nèi)置溫度轉(zhuǎn)換裝置燃氣表檢驗規(guī)范，以及俄羅斯燃氣表國家標(biāo)準(zhǔn)ГОСТ Р 50818明確規(guī)定，燃氣表必須安裝內(nèi)置溫度轉(zhuǎn)換裝置，實行標(biāo)準(zhǔn)溫度下的體積計量。實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)溫度體積計量將是社會發(fā)展的趨勢，有效解決辦法是在燃氣表內(nèi)部加裝機械式或電子式溫度轉(zhuǎn)換裝置，將工況體積轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)溫度體積。

溫度、壓力對燃氣計量的影響按照理想氣體狀態(tài)方程進行計算：

溫度每降低10℃，計量損失為3.43%，這也是燃氣公司普遍反應(yīng)冬季輸差特別突出的原因。

按照上述方程計算，燃氣壓力每升高1kPa，計量損失0.987%。管道燃氣民用戶供氣的表壓力一般為2kPa，商業(yè)用戶為2～3kPa，壓力值基本穩(wěn)定。

圖1：室外安裝的燃氣表

2 電子式溫補膜式燃氣表中的溫度傳感器及其應(yīng)用

膜式燃氣表國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，燃氣表運行6000小時所通過的氣體體積量不至于讓所有的字輪回到初始位置。燃氣表使用期限為10年，其供電方式為電池供電，因此，對于電子部件的整機功耗要求極為嚴苛。

2022年4月，京津冀市場監(jiān)督管理三局（委）分別下達了京津冀共建地方計量檢定規(guī)程《電子溫壓修正膜式燃氣表》任務(wù)。該規(guī)程目前已形成了征求意見稿，JJG（京津冀）《電子溫壓修正膜式燃氣表》地方計量檢定規(guī)程已向社會公開征求意見。

該規(guī)程根據(jù)JJF1002-2010《計量檢定規(guī)程編寫規(guī)則》編制，依據(jù)的主要技術(shù)文件有：JJG 577-2012膜式燃氣表、JJG 860-2015壓力傳感器（靜態(tài)）、JJG 875-2019數(shù)字壓力計等10個相關(guān)文件。規(guī)程項目完成后可以解決目前電子溫壓修正膜式燃氣表強制檢定工作遇到的問題。明確的技術(shù)要求和試驗方法有利于電子溫壓修正膜式燃氣表檢定工作的順利開展，規(guī)范電子溫壓修正膜式燃氣表制造企業(yè)的生產(chǎn)。

納芯微提供的NST1001/1002-QTZB溫度補償解決方案，在-20℃～85℃測溫范圍內(nèi)，最大誤差值±0.5℃（Max）。根據(jù)氣態(tài)方程式計算其帶給產(chǎn)品最終示值影響誤差小于±0.2%，電子溫補表的計量準(zhǔn)確度較高。

3 NST1001/NST1002優(yōu)勢：功耗、精度和工作溫度范圍、通信接口

納芯微提供的NST1001-QTZB/NST1002-QTZB解決方案，具有高精度、低功耗的特點：

●   首先其精度在-20℃～85℃，誤差最大值為±0.5℃，根據(jù)氣態(tài)方程式計算，其影響誤差不超過±0.2%，基本可以忽略不計；

●   其次，智能燃氣表是電池供電，傳感器的功耗和供電電壓是首先要考慮的參數(shù)，在不進行通信的情況下，NST1001和NST1002功耗基本為零；

●   最后，要選擇合適的數(shù)字通信接口，NST1001為數(shù)字脈沖計數(shù)，NST1002為單總線協(xié)議輸出，不會受限于MCU資源。

圖2：典型應(yīng)用電路

待機狀態(tài)下的零功耗應(yīng)用滿足燃氣表對于整機功耗的嚴格要求，在通信完成之后，通過GPIO1下拉至低電平，使溫度傳感器芯片處于掉電狀態(tài)，功耗為零。

圖3：芯片特性

以NST1001-QTZB為例，其特性表現(xiàn)如下：

在TA = +25℃和VPU = 3.3 V，T（initial）= 25℃的熱響應(yīng)測試，T（final）= 100℃。

圖4：使用TO-92S測試（利用方程1-1）

其中，Temp和Num所代表的的具體內(nèi)容請參考NST1001 數(shù)據(jù)手冊。

圖5：使用TO-92S測試（利用方程1-2）

其中，Temp和Num所代表的具體內(nèi)容請參考NST1001 數(shù)據(jù)手冊。

綜上所述，目前戶外掛表已經(jīng)成為一種新的安裝方式，會對燃氣公司的燃氣計量準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定的影響，為此，膜式燃氣表加裝溫度補償組件已成為一種必要的措施。納芯微提供的NST1001/1002-QTZB溫度補償解決方案，可以在-20℃～85℃測溫范圍內(nèi)，實現(xiàn)小于±0.5℃的誤差，帶給產(chǎn)品最終示值影響誤差小于0.2%，基本可以忽略不計，從而提高電子溫補表的計量準(zhǔn)確度。

來源：納芯微