摘要：随着国家城镇燃气行业的快速发展，燃气表作为燃气供需双方一个重要的计量设备，不仅对用户安全稳定精确用气起到重要作用，也是燃气公司降低供销差，保障用户安全用气的重要产品之一，市面上目前在用的民用燃气表种类繁多，选择一款合适的燃气表，对燃气供需双方也有这特别重要的作用。

关键词：燃气表；膜式燃气表；超声波；热式质量表；

随着国家城镇化的转变，城市人口的大量增加，城市燃气用量也随之出现爆发性增长。与此同时，国家西气东输、煤改气等工程逐步推进，对极大促进了城市燃气的发展。燃气表作为一种燃气贸易结算工具，在城镇燃气供应过程中，起着重要的作用。其安全性、稳定性、可靠性都是稳定供气的重要因素。近年来，家用燃气表行业也随着燃气行业的发展而实现了日新月异的变化。本文就对目前市面上在使用的几种常见的家用燃气表进行分析比较。

一、膜式燃气表

膜式燃气表是所有燃气表种类里应用历史最悠久，功能最稳定、使用最普遍的一种表型。在1833年英国就发明了这种燃气表，从最初的的锡焊接钢板壳，羊皮皮膜发展到如今的冲压成型，独立式机芯产品。并且在加装了智能模块之后，又发展出预付费IC卡表、物联网远传表、温度补偿表等新产品。

膜式燃气表多是由两个囊室、两个皮膜、两个配气滑阀、两套摆杆曲柄机构和与之联动的机械数轮式计数器组成，两个囊室中各有一个定位在期间的可往复翻转运动的柔性皮膜，将其分割成可变容积的四个室。

膜式燃气表是一种纯机械结构式的自动化仪表，它依靠燃气表进出口两侧高于大气压力的其他进入时产生的推力使皮膜向一侧方向移动，当皮膜移动到一个极限位置时，无法再产生一个返回来的力，此时需要另外一个皮膜产生同样的动力来带动前一个皮膜做返回原来位置的运动，这就需要通过气路分配系统滑阀来使得原来的进气气路变成出气气路。这样可推动立轴做反复运动，各自的摆杆、连杆控制一个曲柄活动，当两个摆杆呈90°角对曲柄轴作用时就能使曲柄轴持续准东，并带动滑阀来改变进出气口的方向，最终再通过齿轮来带动机械数轮的转动，从而实现连续的计量^[1]。

膜式燃气表工作原理示意图

近年来，通过对膜式燃气表的改进，逐步有厂商开发出机械式温度补偿表，宽量程表等等一系列产品，但基本原理仍然是通过容积式计量的方式进行，只是对基表本身进行了部分改造。这种纯机械式的膜式表经过一百多年的发展技术已经相当成熟，其加工制造工艺也已经达到相当高的水准，但是其纯机械式的计量方式也有着一定的弊端。其准确度等级只能做到1.5级，使用后的表即使在国标要求3%以内，也是一个较大的误差损失。

再比如长期的使用后，机械组件会不可避免的发生老化变形。也会由于气质的腐蚀性对注塑零件进行缓慢的侵蚀。再加上普通家用膜式表都是十年到期强制更换，并不做周期性检定，也会引起长期的计量的不准确性。这就会在无形中造成燃气公司或者用户各自的损失。

二、超声波燃气表

超声波流量计在气体流量计量中应用的也比较早，在上世纪70年代就开始在大口径管上开始使用。不同于与膜式燃气表的是，超声波燃气表是一种电子式的计量方式，利用超声波在流体中传播时会受到流体运动的影响，以此来确定流体的体积流量。近些年随着科技的日益进步，用于民用的超声波燃气表也逐渐走向市场。

超声波流量计测量的原理主要是时间传播法，由于声波在流体中传播将受到流体流动的影响，声波在流体顺流方向时，声波速度会增大，相反的，声波在流体逆流方向流动时，声波速度会减小。这样，对同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度只差与被测流体流速之间的关系得到流体的流速。

如下图所示，超声波顺流从换能器2到换能器1的传播速度c被流体流速v所加快，传播时间t₁为：

超声波逆流从换能器1到换能器2的传播速度c被流体速度v所减慢，传播时间t₂为：

式中：β为管道轴线与声道之间的夹角；c为声波在静止流体中的声速。Vcosβ为流体在声道方向的速度分布，L为声程，v为流体沿管道轴向的流速。

时差法原理示意图

这样既可获得线平均速度，但我们需要获得的是管道截面上流体的平均速度`v，体积流量的计算公式为：

式中：K为速度分布系数，D为管道内径

这样即可求出流量^[2]

超声波流量计作为一种电子式的流量计，具有宽量程、始动流量小、计量精度高、温压补偿等优点，现广泛应用于大口径流体流量计量。但作为民用超声波燃气表使用过程中遇到了较多的问题。主要包括以下：

1、由于超声波计量是一种典型的速度式计量，它对流体的形态有较高的要求，一般要求定常流。这就需要在流量计上下游各留出一定的直管段来保证流体的稳态。

2、由于民用燃气表内压力大多在2-3kpa内，这样小的压力会使气体无法保证在流道内平稳流动，使得超声波换能器无法精确进行信号处理。

3、国内民用燃气的气质组分复杂，有天然气、焦炉煤气、煤层气等等，这也使得气体内颗粒不仅会影响传感器对信号的处理，长期使用也会累积在换能器上，进而影响超声波换能器的正常使用。

因此，目前超声波应用在民用的领域还是比较少，大多数厂家的产品还是属于一个试验，试挂的状态。

三、热式质量表

近年来，市面上出现一种热式质量表，它是利用了流体的热传导原理，其所使用的两个传感器是两个基准级热电阻。一个是质量速度传感器T1，另一个是温度传感器T2，用来测量气体温度的变化。当两个传感器置于被测气体中时，当传感器T1被加热，两个传感器本身产生一个恒定的温差。而另一个传感器用来被测气体温度进行感应。随着气体质量流量的不断增加，气体带走更多的热量，传感器T1的温度会进行一定的下降，而为了维持恒定的温差，T1传感器就需要加热。通过一定的算法既可算出气体的质量流量^[3]。

在石化行业，水处理行业，这种热式质量流量计已经得到了广泛的应用，但是在民用行业中，由于各种其他成分导热性的区别，其计量精度会受到很大的影响。

四、总结

虽然近年来民用燃气表的种类在逐渐增多，各种原来的产品不断出现，但由于各种产品工作原理上的差异，以及气质的影响，目前膜式燃气表这种方式还是世界民用燃气计量领域的主要方式，但也有部分地区逐渐开始推广超声波表等新型的计量产品。未来的计量产品必将是以小型化、电子化、高精度化转变。

五、参考文献：

[1]赫荣光. 膜式燃气表[M]. 化学工业出版社, 2014.

[2]邓立三. 燃气计量[M]. 黄河水利出版社, 2011.

[3]那晗. 热式质量流量计特点及局限性探讨[J]. 石化技术, 2018, v.25(07):185+187.