1、在用膜式燃气表计量示值误差检验与分析摘要：按照标准，J2.5 型膜式燃气表只作首次强制检验，使用年限不得超过 10 年，到期更换。在长达 10 年的使用过程中，其计量准确性是一个值得关注的问题。通过对某天然气公司不同使用年限的 J2.5 型膜式燃气表进行 2 000 只大样本随机抽样，按照检验规程对其在下限流量、0.2 倍上限流量、上限流量这 3 个流量点下的计量示值误差、外观和密封性进行检验，对检验数据采用数理统计方法进行统计分析，判断 J2.5 型膜式燃气表的安全性和合格率，估计其各流量点计量示值误差的分布参数。关键词：膜式燃气表；示值误差；抽样检验1 概述J2.5 型膜式燃气表是目前我国
2、燃气行业中居民用户使用最为广泛的一种燃气计量仪表13 。按照膜式煤气表(GB/T 69681997)和膜式燃气表检定规程(JJG 5772005)，使用中的 J2.5 型 A 级膜式燃气表的流量 q 在 qminq0.1q max(qmin为燃气表满足计量性能要求的下限流量，q max为燃气表满足计量性能要求的上限流量)时其最大允许相对误差为6%，在 0.1qmaxqq max时其最大允许相对误差为4%；使用中的 J2.5 型 B 级膜式燃气表在 0.1qminq0.1q max时其最大允许相对误差为6%，在 0.1qmaxqq max时其最大允许相对误差为3%。此外，在膜式燃气表检定规程(J
3、JG 5772005)中还对膜式燃气表的检验周期作了强制性规定，即以天然气为介质，最大流量 qmax10m 3/h 的燃气表，只作首次强制检验，使用年限一般不超过 10 年，到期更换。由于膜式燃气表的生产厂家众多，产品质量参差不齐，加之其安装使用环境复杂多变，在进行首次强制检验后的 10 年的使用过程中，膜式燃气表是否能满足相应的计量准确度要求，是一个值得关注的问题。膜式燃气表检定规程(JJG 5772005)并未对此给出明确的条文解释，目前也没有检索到具有较强说服力的证明其合理性的相关文献资料或实证材料，仅有国家质检总局组织的监督抽查以及个别企业针对其使用的某些品牌和规格的膜式燃气表在具体使
4、用过程中的计量准确度进行小样本抽样检验的报道 47 。但这种小样本抽样检验的方法由于抽样样本数量较少，抽样随机性太大，并不能全面反映在用膜式燃气表计量准确度的真实情况。因此，对在用膜式燃气表尤其是在使用数量上占绝大多数的 J2.5 型膜式燃气表的实际计量准确度进行大样本随机抽样调查，全面统计分析其在使用一定时间后实际的计量示值误差，可为城市燃气公司合理选用膜式燃气表，确定其合适的使用年限以及为各级行业主管部门修订和完善相关管理规范和检验规程等提供决策依据，具有重要的现实意义和经济价值。2 在用膜式燃气表的样本选择与检验2.1 在用膜式燃气表的样本选择某天然气公司对不同使用年限的 J2.5 型在
5、用膜式燃气表进行大样本随机抽样检验，样本总数共计 2000 只。不同使用年限的燃气表抽样数量见表 1。表 1 抽样燃气表数量 只使用时间/a计量等级3 6 9 合计A 级 73 142 229 444B 级 361 862 333 1556总计 434 1004 562 20002.2 在用膜式燃气表的检验2.2.1 检验装置和检验条件本文中所有膜式燃气表的检验均在经国家法定计量检定机构授权的检验站点进行。检验方法采用钟罩法 8，钟罩装置准确度等级为 0.5 级，满足膜式燃气表检定规程(JJG 5772005)要求的标准器准确度等级等于或优于燃气表最大允许计量示值误差的 1/3 的条件。所有抽
6、样膜式燃气表的检验完全符合膜式燃气表检定规程(JJG 5772005)要求的检验条件，即： 检验温度：(202)。 大气压力：(86106)kPa。 大气相对湿度：45%75%。 检验介质：空气。燃气表放在检验条件下 4h 后方可进行检验。检验过程中，标准器处的温度和燃气表处的温度之差不超过 10。2.2.2 检验项目 检验流量点对每只燃气表在 3 个流量点(q min、0.2q max、q max)下分别进行 2 次检验，2 次独立测量示值误差间的最大差值应不超过 0.6%(qmin流量点除外)，并以 2 次测量示值误差中的最大值作为燃气表示值误差统计分析的依据 5。若在 3 个流量点(q
7、min、0.2q max、q max)下 2 次独立测量示值误差间的最大差值超过 0.6%，为有效避免将检验过程中产生的测量误差带入统计结果中，则将该 2 次检验结果均视为无效。 外观检验外观检验是通过目测检查燃气表的外观，满足膜式燃气表检定规程(JJG 5772005)相关技术要求为合格。 密封性检验密封性检验方法严格遵循膜式燃气表检定规程(JJG 5772005)的相关要求，进行检验和合格性判断，即输入 1.5 倍最大工作压力，持续时间不少于 3min，燃气表不漏气为合格。3 在用膜式燃气表的合格率依据膜式燃气表检定规程(JJG 5772005)规定的在用膜式燃气表合格率判断条件8，分别从
8、 3 个流量点(q min、0.2q max、q max)下的示值误差、外观、密封性 3 个方面判断在用膜式燃气表的合格率。根据数理统计中的伯努利大数定律，当抽样样本数量足够大时，可用事件的频率近似代替事件出现的概率 9。因此，在对 2000 只膜式燃气表进行大样本随机抽样检验的情况下，可认为抽样样本中膜式燃气表的合格率(即检验合格的燃气表的数量与相应样本总数之比)近似等于相应情况下某天然气公司所有在用膜式燃气表的合格率。经过统计，得到相应情况下某天然气公司所有在用膜式燃气表的合格率。其中，使用时间分别为 3 年、6 年、9 年的 A 级膜式燃气表的合格率见表 2，使用时间分别为 3 年、6年
9、、9 年的 B 级膜式燃气表的合格率见表 3，示值相对误差绝对值超过 50%(即不走字或近似不走字)的 B 级燃气表的比例见表 4。表 2 在用 A 级膜式燃气表在各使用时间下的合格率使用时间/a项目3 6 9qmin 6.85 66.20 85.160.2qmax 84.94 97.19 95.64流量点qmax 87.68 97.19 96.51密封性 100.00 100.00 100.00外观 100.00 100.00 100.00综合合格率 6.85 66.20 85.16表 3 在用 B 级膜式燃气表在各使用时间下的合格率使用时间/a项目3 6 9qmin 79.23 86.43
10、 29.430.2qmax 95.85 93.39 70.87流量点qmax 97.79 96.40 83.79密封性 100.00 100.00 100.00外观 100.00 100.00 100.oo综合合格率 79.23 86.43 29.43表 4 计量示值相对误差绝对值超过 50%B 级膜式燃气表的比例 %使用时间/a项目3 6 9qmin 1.67 3.37 20.120.2qmax 0.84 1.28 6.91流量点qmax 0.84 1.16 5.714 在用膜式燃气表的示值误差4.1 各流量点示值误差的分布规律对同一类型同一使用时间的燃气表样本检验得到的示值误差数据具有较强
11、的随机性，其概率分布可能服从正态分布，但还需作相应分析和检验。因此，在抽样检验的 2000 只膜式燃气表中，取使用 6 年的 B 级表在 0.2qmax流量点下的相对示值误差数据来分析其概率分布情况 8。将该情况下的相对示值误差数据分为 6 个等距区间，并统计落在每小区间中的误差频数和频率，见表 5。表 5 相对示值误差的频数和频率相对示值误差分组区间/% 频数 频率/%-100.00，-1.13 16 3.12(-1.13，0.04 72 14.04(0.04，1.21 165 32.16(1.21，2.38 172 33.53(2.38，3.55 81 15.79(3.55，100.00
12、7 1.36合计 513 100.00利用表 5 数据，通过作直方图的方法，可初步判断该组相对示值误差数据服从正态分布。其余类似情况下的相对示值误差数据的概率分布与该组数据分布相同，也同样服从正态分布。4.2 各流量点示值误差的参数估计J2.5 型膜式燃气表各流量点相对示值误差服从正态分布，即：N(， 2) (1)式中 膜式燃气表各流量点下相对示值误差膜式燃气表各流量点下相对示值误差的数学期望膜式燃气表各流量点下相对示值误差的标准差采用矩法 9对相对示值误差的数学期望 和标准差 的最佳估值进行估计，即： est=Xavg (2)式中 est膜式燃气表各流量点下相对示值误差数学期望的最佳估值Xa
13、vg抽样膜式燃气表各流量点下相对示值误差的样本平均值式中 est膜式燃气表各流量点下相对示值误差标准差的最佳估值S抽样膜式燃气表各流量点下相对示值误差的样本标准差n抽样膜式燃气表的数量Xi第 i 只抽样燃气表在相应流量点下的相对示值误差经过统计，不同使用年限的 A 级和 B 级膜式燃气表相对示值误差的数学期望和标准差的最佳估值见表 6、7。表 6 不同使用时间的 A 级膜式燃气表相对示值误差的数学期望和标准差的最佳估值 %使用时间/a参数3 6 9 est -15.46 -0.42 -1.30qmin est 6.87 1.51 5.58 est 1.20 1.05 0.640.2qmax e
14、st 5.99 1.53 1.87 est 1.10 -4.18 0.02流量点qmax est 4.64 7.69 2.55表 7 不同使用时间的 B 级膜式燃气表相对示值误差的数学期望和标准差的最佳估值 %使用时间/a参数3 6 9 est -2.97 -5.90 -10.47qmin est 7.00 6.50 10.80 est 0.61 1.26 1.440.2qmax est 1.00 1.50 3.60 est -0.27 -0.32 -0.80流量点qmax est 1.00 2.80 4.90从表 6、7 可以看出，除使用时间为 3 年的 A 级燃气表和使用时间为 9 年的
15、B 级燃气表在 qmin流量点下以及使用时间为 6 年的 A 级燃气表在 qmax流量点下的相对示值误差的最佳估值超过了膜式燃气表检定规程(JJG 5772005)规定的最大允许误差之外，其余情况下的相对示值误差的最佳估值均符合要求。此外，A 级燃气表在 3 个流量点(qmin、0.2q max、q max)下的计量示值误差并没有如 B 级燃气表一样呈现随使用年限的增加而增大的趋势，出现这一反常现象可能与其制造加工质量的不稳定有关。5 结论 抽样检验结果表明，A 级燃气表的合格率低于 B 级燃气表的合格率。A 级和 B 级燃气表的合格率分别为 66.21%和 72.56%，所有在用燃气表的合格率为 71.15%。燃气表的合格率主要与 qmin流量点下的示值误差超标有关。 随着使用时间的延长，尤其是在使用 6 年之后，不走字或近似不走字的燃气表比例呈明显上升趋势。 除使用时间为 3 年的 A 级燃气表和使用时间为 9 年的 B 级燃气表在 qmin流量点下以及使用时间为 6 年的 A 级燃气表在 qmax流量点下的相对示值误差的最佳估值超过了膜式燃气表检定规程(JJG 5772005)规定的最大允许误差外，其余情况下燃气表相对示值误差的最佳估值均符合要求。 所有燃气表的外观和密封性检验均合格，反映其在长达 9 年的时间里安全使用性能可得到充分保证。
