一、二次仪表的产生背景及其由来
    人们对自然界的认识很大程度上取决于检测和仪表。流量的检测计量一直是工业生产中过程控制的重要组成部分之一，它与国民经济、国防建设、工业生产、科学研究有密切的关系。特别是在能源高度紧张、工业生产自动化程度愈来愈高的当今世界，世界各国都在加紧开发新能源来代替传统的煤、石油等一次能源。与此同时，天然气工业得到了蓬勃发展，伴随着天然气在各国一次能源中的比重不断上升，天然气的计量引起了人们的特别关注，在天然气的采集、处理、储存、运输和分配过程中，需要数以百万计的流量计，其中有些流量计涉及到的结算金额数字巨大，对测量准确度和可靠性要求特别高。
　　天然气的计量关系到每个用气的公司、个人的切身经济利益。由于天然气是一种可压缩性流体，作为一次检测仪表的流量计本身仅仅能够检测工况下的气体体积量，无法给出统一状态下的气体体积量，给天然气的贸易计量带来很大的不便。为了更准确的计量，必须有一种可以在线检测气体的温度、压力和流量信号，并进行压缩因子自动修正和流量自动跟踪补偿，将工况体积量转换成标准状态体积量的仪器，在这种背景下就产生了体积修正仪。

二、体积修正仪的主要功能
    体积修正仪主要用来在线检测气体的温度、压力、流量等信号，并进行压缩因子自动修正和流量自动跟踪补偿，将工况体积量转换成标准状态体积量的仪表[1]。
    具体转换原理为：
    1、在线检测温度、压力信号；
    2、检测气体成分(或根据实际情况、设定天然气的气体组分)，然后通过温度、压力信号、气体成分计算出压缩因子[2]；
    3、接受流量计发出的流量脉冲信号，并根据流量计的出厂校准曲线对流量计的脉冲信号进行自动修正；
    4、最后通过气体状态方程计算出标准状态下的流量值，并直接显示计算结果进而达到商业计量的需要。
    此外，作为一种现场检测仪表，随着自动化水平和现场总线技术的不断提高，要求体积修正仪具有存储、显示、通讯等功能，部分用于贸易结算的体积修正仪还要求具有打印、计算金额等功能。
    但是由于体积修正仪作为天然气流量计量的二次仪表，其精度在很大程度上受流量检测元件(一般为涡轮流量计)的限制。由于生产单位的制造水平的影响(如温度、压力信号检测和传输的准确率、频率，气体成分的检测、设置，软件设计水平等等)，目前国内外市场上很少有修正仪能够完整的实现上述功能。
    虽然我国有丰富的天然气资源，但是天然气的利用却严重滞后，国内也没有天然气计量设备的统一标准，难以与国际接轨。国内市场上的体积修正仪一般只注意外围设备的功能，如在显示上采用了较大的显示屏、在通信上基本都采用了红外等标准信号的输出，但是忽略修正仪本身的意义，没有对流量脉冲信号进行修正、没有检测气体成分、很少在线进行压缩因子的计算修正。

三、体积修正仪的结构
    3.1 硬件
    3.1.1 主要硬件结构
    目前市场由于各家公司所采用的单片机各不相同，功能较为齐全的产品一般采用RENESAS的H8s/2238芯片或MITSUBISHI的M16C/62 芯片。这两种同为16位单片机，内部自带存储器、看门狗电路以及A/D、D/A转换功能,整机的数据存储运算功能都十分强大。
    体积修正仪的硬件结构如下：

    3.1.2 传感器的选取
    作为体积修正仪的重要组成部分，也是体积修正仪的成本中所占份额最多的组件，温度、压力传感器的选用很大程度上决定了体积修正仪的精度等级，同时也决定了整个产品的稳定性。目前市场上的主流一般采用如下精度的传感器：
    温度传感器精度：0.1%
    压力传感器精度：0.1%
    3.1.3 存储器
    目前市场上绝大多数的体积修正仪都具有存储功能，但是考虑到整机功耗、PCB布局、成本、软件设计等一系列原因，各个公司所采用的存储芯片都不尽相同，其存储空间也都有所差别，目前没有统一的标准。
    3.1.4 电源
    在不进行远程通信的情况下，绝大多数体积修正仪采用3.6V锂电池供电。当进行远程通讯或远程连接时，一般配有专用的电源转换模块，采用外接电源供电。
    3.2 体积修正仪的系统流程
    下图是简略的系统流程：

四、体积修正仪的误差分析
    标准状态下的气体体积由下面的气体状态方程计算得到：

    综上，当贸易计量用的涡轮流量计和体积修正仪相配合使用时，整个系统测得的标况体积的精度一般在1%z左右。若忽略涡轮流量计的误差，则作为二次仪表的体积修正仪一般都在0.5级以内。
    目前上海飞奥生产的用于贸易计量的TGM系列涡轮流量计的标定精度一般在0.5%左右，若配合意大利飞奥生产的Explorer体积修正仪计量，可确保整个系统的计量精度在1%以内。

五、流量计+气体体积修正仪计量系统的组成：
    目前绝大多数的天然气公司在天然气到达用户时都采用在调压器后安装涡轮流量计，这样做的好处是防止管道压力变化对计量结果产生影响，可以使计量更加准确。
    天然气一般都采用涡轮流量计+气体体积修正仪的现场计量方式，如下图：

    该计量系统主要是通过TGM涡轮流量计(Turbine Gas Meter)来检测现场天然气的工况流量，然后通过发出的工况体积的低频脉冲数送到气体体积修正仪中。同时还通过体积修正仪的温度、压力传感器来检测管道内的温度、压力等参数，计算出标准状态下的体积量。
    随着管理和监控水平的不断提高，目前上海地区几乎全部的天然气公司在采购流量计和体积修正仪时，都要求该体积修正仪具有远程监控的功能。
    目前该监控系统的主流配置流程一般为：

    随着系统集成技术的发展，目前市场上已经出现了带GPRS通讯功能的修正仪的通讯供电模块，这样就在SCADA系统中省去了现场的RTU，节约了系统成本。

六、小结
    随着天然气工业以及现场检测仪表的蓬勃发展，越来越要求体积修正仪有更高的精度和稳定性，以及更为强大的功能。目前国内生产的体积修正仪在软件制造水平、压缩因子的计算、电磁兼容性、通讯接口、产品无铅化制程、整机的稳定性等方面和国外的同类产品相比还存在一定的差距。这其中有固然的技术水平和生产工艺的差距，但更多是由于国内尚未形成统一的行业标准以及生产厂家出于生产成本的考虑等因素造成的。
    作为二次仪表，体积修正仪的精度在很大程度上受到流量、温度、压力、成分等检测元件的限制。因此，要想进一步提高气体体积的计量精度，必须要进一步提高与修正仪相配套的一次仪表的稳定性、检测精度、检测范围等参数，同时还要注意一次仪表检测信号的传输准确率、传输频率等参数。
    经过对目前市场上主流的体积修正仪的研究、查阅大量的资料表明，气体体积修正仪将朝如下方面发展[3]：
    1、采用高精度、标准化输出的一次检测仪表，进一步提高修正仪的计量精度。如高精度的温度、压力传感器、色谱分析仪、流量计等。
    2、随着产品在市场上大面积的使用，逐渐形成统一的标准，有利于产品标准化。
    3、产品进一步智能化。伴随着计算机技术和电子技术的发展，必然要求体积修正仪进一步智能化，要求对计量的各个环节进行全过程的、动态的、科学的管理。
    4、随着通讯水平的提高，必然形成体积修正仪信号输出的统一协议，消除目前行业内主流企业自行编写协议，相互不兼容，产品不能和现场仪表有效通信，无法很好的接入现场总线的现象。使产品进一步的网络化、系统化。

参考文献
    [1] 杜维、张宏建...《过程检测技术及仪表》，化学工业出版社，1998.3。
    [2] 孙怀清，天然气流量计量，重庆工业自动化仪表研究所，2001.7。
    [3] 中国流量网，http://www.chinaflow.com.cn。