如何利用溫度傳感器提升燃?xì)獗淼挠?jì)量精度？

近些年，隨著國家“煤改氣”工程的大規(guī)模推進(jìn)，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(duì)燃?xì)獗淼挠?jì)量性能會(huì)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(duì)燃?xì)獗碛?jì)量誤差的影響。因此，膜式燃?xì)獗砑友b溫度補(bǔ)償組件已成為一種必要的措施。

2020年9月，中國城市燃?xì)鈪f(xié)會(huì)發(fā)布并實(shí)施《T/CGAS 011-2020電子溫壓修正膜式燃?xì)獗怼罚瑢?duì)電子溫壓修正膜式燃?xì)獗淼墓ぷ鳁l件、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法以及檢測規(guī)則等進(jìn)行了規(guī)定和說明。其中指出，溫度傳感器是指燃?xì)獗碇杏糜诓杉細(xì)鉁囟刃盘?hào)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?xì)獗碇械臉?biāo)配部件。

1為什么要用溫補(bǔ)式燃?xì)獗恚?/p>

傳統(tǒng)的膜式燃?xì)獗淼娜細(xì)庥?jì)量是在標(biāo)況（20℃，101.3kPa）下進(jìn)行計(jì)量，但終端用戶的實(shí)際使用過程卻是在非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行的。不同季節(jié)、不同溫度或壓力氣候條件都會(huì)產(chǎn)生計(jì)量誤差。例如，20℃條件下，同等壓強(qiáng)下的1立方米天然氣在-10℃時(shí)的體積為0.8977m3，體積縮小了11.23%。這就導(dǎo)致了燃?xì)怏w積計(jì)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(jìn)行計(jì)量，天然氣體積計(jì)算的狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)為20℃（293.15K）。河北省頒布的編號(hào)為JJF（冀）143內(nèi)置溫度轉(zhuǎn)換裝置燃?xì)獗頇z驗(yàn)規(guī)范，以及俄羅斯燃?xì)獗韲覙?biāo)準(zhǔn)ГОСТ Р 50818明確規(guī)定，燃?xì)獗肀仨毎惭b內(nèi)置溫度轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)溫度下的體積計(jì)量。實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)溫度體積計(jì)量將是社會(huì)發(fā)展的趨勢，有效解決辦法是在燃?xì)獗韮?nèi)部加裝機(jī)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(duì)燃?xì)庥?jì)量的影響按照理想氣體狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算：

溫度每降低10℃，計(jì)量損失為3.43%，這也是燃?xì)?a target="_blank">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(jì)算，燃?xì)鈮毫γ可?kPa，計(jì)量損失0.987%。管道燃?xì)饷裼脩艄獾谋韷毫σ话銥?kPa，商業(yè)用戶為2～3kPa，壓力值基本穩(wěn)定。

2電子式溫補(bǔ)膜式燃?xì)獗碇械臏囟葌鞲衅骷捌鋺?yīng)用

膜式燃?xì)獗韲覙?biāo)準(zhǔn)規(guī)定，燃?xì)獗磉\(yùn)行6000小時(shí)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?xì)獗硎褂闷谙逓?0年，其供電方式為電池供電，因此，對(duì)于電子部件的整機(jī)功耗要求極為嚴(yán)苛。

2022年4月，京津冀市場監(jiān)督管理三局（委）分別下達(dá)了京津冀共建地方計(jì)量檢定規(guī)程《電子溫壓修正膜式燃?xì)獗怼啡蝿?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?xì)獗怼返胤接?jì)量檢定規(guī)程已向社會(huì)公開征求意見。

該規(guī)程根據(jù)JJF1002-2010《計(jì)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?xì)獗?、JJG 860-2015壓力傳感器（靜態(tài)）、JJG 875-2019數(shù)字壓力計(jì)等10個(gè)相關(guān)文件。規(guī)程項(xiàng)目完成后可以解決目前電子溫壓修正膜式燃?xì)獗韽?qiáng)制檢定工作遇到的問題。明確的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法有利于電子溫壓修正膜式燃?xì)獗頇z定工作的順利開展，規(guī)范電子溫壓修正膜式燃?xì)獗碇圃炱髽I(yè)的生產(chǎn)。

納芯微提供的NST1001/1002-QTZB溫度補(bǔ)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(jì)算其帶給產(chǎn)品最終示值影響誤差小于±0.2%，電子溫補(bǔ)表的計(jì)量準(zhǔn)確度較高。

3NST1001/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(diǎn)：

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(jì)算，其影響誤差不超過±0.2%，基本可以忽略不計(jì)；

其次，智能燃?xì)獗硎请姵毓╇姡?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/117/" target="_blank">傳感器的功耗和供電電壓是首先要考慮的參數(shù)，在不進(jìn)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(jì)數(shù)，NST1002為單總線協(xié)議輸出，不會(huì)受限于MCU資源。

圖：典型應(yīng)用電路

待機(jī)狀態(tài)下的零功耗應(yīng)用滿足燃?xì)獗韺?duì)于整機(jī)功耗的嚴(yán)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：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：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(qǐng)參考NST1001 數(shù)據(jù)手冊(cè)。

圖：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(qǐng)參考NST1001 數(shù)據(jù)手冊(cè)。

綜上所述，目前戶外掛表已經(jīng)成為一種新的安裝方式，會(huì)對(duì)燃?xì)夤镜娜細(xì)庥?jì)量準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定的影響，為此，膜式燃?xì)獗砑友b溫度補(bǔ)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(bǔ)償解決方案，可以在-20℃～85℃測溫范圍內(nèi)，實(shí)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(jì)，從而提高電子溫補(bǔ)表的計(jì)量準(zhǔn)確度。

審核編輯：湯梓紅