超声波燃气表燃气和空气测试分析

使用上述装置对3个流量范围为0.04～6 m3/h的1.5级G4规格超声波燃气表进行燃气与空气误差测试，测试压力为2 kPa，测试所用燃气为标准物质，具体组分见表2。按照上述实验方法进行测试后得到燃气-空气误差测试数据（见表3）和燃气-空气关系测试结果（见表4）。

由表3和表4可知，最大允许误差：1#、2#、3#空气误差都符合标准要求，只有2#燃气误差符合标准要求；最大平均误差偏移：只有2#符合标准要求；最大平均误差幅度：只有2#符合标准要求。综合判定结果为2#符合标准要求，1#、3#均不符合标准要求。

若自动增益未达到理想效果，则很可能存在错波情况。当上下行飞行时间均向后错一波时，由式（13）可得，其带来的误差如下：

E(%)=(tup+tp)(tdown+tp)?tuptdowntuptdown×100%
(13)
式中，tp为超声波周期，μs。

若换能器工作频率为500 kHz，那么tp为2 μs，假定tup为150 μs，tdown为152 μs，那么错一波带来的误差为2.67%。除了错波问题外，空气和燃气的切换还可能造成零点的偏移。超声波燃气检测系统的零点Δt0表示没有流量时上行飞行时间和下行飞行时间的差值。目前，零点偏移的抑制主要依靠阻抗匹配来实现，以保证无论什么情况下，上下行信号在电路中产生的时延尽量保持一致。若零点波动的抑制效果不佳，那么则可能会对小流量下的燃气-空气关系造成较大影响。一般来说，如果qmin对应的飞行时间差为10 ns，那么Δt0的波动需要保持在0.3 ns以内。

由表3和表4数据可以判断1#出现零点漂移，导致燃气介质下小流量超差；3#出现错波及零点漂移，导致全部流量点超差。

由于燃气和空气的声阻抗不同，引起声波在两种介质中的透射率不同；由于燃气和空气的切变黏滞系数和摩尔质量不同，引起声波衰减程度不同。实测在燃气下所接收的信号强度只有空气的1/3左右。对于信号滤波算法、放大处理等电路控制在空气介质下满足要求，但在燃气介质中是否满足要求需要实际测试。从3个G4超声波燃气表燃气与空气测试数据来看，空气误差均满足要求，但在燃气介质下1#出现零漂、3#出现错波及零漂现象，导致大中流量点误差比较空气偏-5.61%，小流量点误差偏?15.22%。

超声波燃气表作为新型的电子式燃气表，在发展过程中难免存在一些问题，如对时间测量精度要求高，无法经济地实现理论声速的准确计算，所有功能需要电源驱动，对电源要求高等问题[15]。作为已普遍使用的计量器具，首要问题还是要解决燃气介质下的计量准确性，确保燃气-空气关系符合标准要求，满足计量的准确性、溯源性、公平性，建议在型式评价时将其列入必测项目。