超声波燃气表燃气和空气关系研讨

与膜式燃气表相比，超声波燃气表具有无可动部件、体积小、易集成、灵敏度高、智能化程度高等特点，已普遍应用于燃气计量领域，成为流量仪表行业的研究热点。目前，与超声波燃气表有关的行业标准已颁布实施[1]，国家标准和国家检定规程正在起草中，上海、北京、江苏等多地的地方检定规程相继颁布实施[2]。在地方检定规程中要求检定介质一般为空气。国内学者对超声波燃气表在空气介质下的计量性能[3]、温度适应性[4-5]、耐污染[6]、耐久性[7]、工标况试验对比[8]等方面有较多研究，但是上述方面在燃气介质下的研究较少。因燃气表属于国家重点管理计量器具，其计量性能的准确性涉及千家万户的利益，对其进行计量性能在燃气介质和空气介质的示值误差研究显得尤为重要。

采用超声波技术设计用来测量、记录并且显示通过的燃气体积的燃气表称之为超声波燃气表，目前市场上应用较普遍的超声波燃气表一般以时间差法为测量原理。利用超声波在流动的介质中顺流方向和逆流方向的时间差与流体的平均流速成正比，通过计算超声波的传播时间差得到流速，由流速与声道在封闭管道截面积的乘积即可获得流体的流量。

通常认为声波在流体中的实际传播速度是由介质静止状态下声波的传播速度（Cf）和流体轴向平均流速（vm）在声波传播方向上的分量组成，顺流和逆流传播时间与各量之间的关系见式（1）和式（2）。

tup=tBA=L(Cf?vmcos?)
(1)
tdown=tAB=L(Cf+vmcos?)
(2)
可利用式（1）和式（2）得出流体流速的表达式：

vm=L2cos?×tup?tdowntup×tdown
(3)
式中，vm为流体平均速度，m/s；?为声道角，°；L为声道长度，m。

也可用相似的方法获得声波传播速度的表达式：

Cf=L2(1tup+1tdown)
(4)
式中，tup为超声波在流体中逆流传播的时间，s；tdown为超声波在流体中顺流传播的时间，s；Cf为声波传播速度，m/s。