Un étalonnage à l'air enregistre le comportement d'un compteur de gaz à ultrasons dans l'air. Une étude portant sur deux compteurs G4 a comparé cette référence à des mesures réalisées dans quatre mélanges gazeux à des points de débit appariés. Deux résultats servent des objectifs différents : l'erreur d'indication par rapport à une référence et la variation de cette erreur par rapport à la référence à l'air. Pour un spécimen au débit maximal, le mélange à 23 % d'hydrogène a produit une erreur d'indication rapportée de −1,05 %, tandis que la variation point par point par rapport à l'air était de −1,59 point de pourcentage. Cet article explique ces deux grandeurs, les conditions de l'étude qui les sous-tendent, et les informations dont un acheteur a besoin pour évaluer si un étalonnage s'applique au gaz visé.

Un service public peut recevoir du gaz provenant de sources de compositions différentes tout au long de la durée de vie d'un compteur de gaz à ultrasons. Un certificat d'étalonnage à l'air est utile pour enregistrer les performances de référence du compteur dans une condition d'essai donnée. Un évaluateur doit également savoir comment le même compteur lit lorsque la composition du gaz change. Shi, Zhang et Song ont testé cette question avec un système de référence à gaz réel et deux compteurs G4 domestiques [1]. Leur essai permet deux comparaisons à un même débit. La première compare la lecture d'un compteur au volume de référence réel dans le milieu sélectionné. La seconde demande comment le résultat dans ce milieu a évolué par rapport au résultat dans l'air.

La distinction est importante lorsque la référence à l'air elle-même diffère de zéro. Une petite erreur absolue sur le gaz d'application peut coexister avec un décalage plus important par rapport à l'air. Un rapport d'essai utile fournit suffisamment d'informations pour mettre en évidence ces deux résultats et pour déterminer si les milieux et les conditions de fonctionnement sont pertinents pour l'application.

Dans la description simplifiée de la source, une paire de transducteurs mesure le temps de transit acoustique en aval et en amont. L est la longueur du trajet acoustique, cf est la vitesse du son dans le gaz, θ est l'angle entre le trajet et l'axe du tuyau, et vm est la vitesse moyenne le long de la ligne de mesure telle que définie dans l'article.

S est la section transversale en m² et vm est en m/s, donc q est en m³/h selon la relation indiquée. La différence des temps réciproques annule cf dans les équations idéalisées lorsque la même vitesse du son s'applique aux deux directions. Le résultat explique le principe de mesure. L'évaluation d'un compteur fini implique également les transducteurs, la synchronisation du signal et la géométrie d'écoulement du compteur, de sorte que l'équation seule ne peut pas établir l'erreur obtenue avec un gaz différent.

Figure 1. Géométrie du temps de transit, redessinée en anglais d'après Shi, Zhang et Song [1], Figure 1 (PDF p. 2, impression p. 255). Le schéma n'est pas à l'échelle.

Les auteurs ont testé un compteur G4 de chacun de deux fabricants. Le système de référence avait un volume standard déclaré de 120 L. L'incertitude élargie rapportée pour le système était de 0,25 % à k = 2. Les conditions d'essai rapportées étaient de 101 kPa et 20 °C. La différence de température entre les emplacements pertinents et le milieu a été maintenue dans une limite de 1 °C selon la description de l'essai. Chaque milieu a été testé à 0,1qmax, 0,2qmax, 0,4qmax, 0,7qmax et qmax.

Les milieux étaient l'air et quatre mélanges gazeux. L'étude a explicitement traité le mélange contenant 23 % d'hydrogène et 77 % de méthane comme hors de la plage prévue des compteurs testés. Ce mélange constitue un cas exploratoire. Les résultats d'essai obtenus avec celui-ci aident à expliquer la distinction entre les grandeurs rapportées, tandis que l'approbation pour une application commerciale nécessite des preuves pour cette configuration et ce gaz.

Pour chaque cas, les auteurs ont rapporté l'erreur d'indication en pourcentage en utilisant le volume indiqué Vi et le volume de référence réel Vref.

E = [(Vi − Vref) / Vref] × 100 % (3-1)

Le tableau conserve les erreurs d'indication signalées. Chaque relevé compare déjà le volume indiqué au volume de référence dans cette condition d'essai.

Pour le compteur 1 à 0,2qmax, l'air a produit une erreur de −0,01 % et le mélange à 23 % d'hydrogène a produit +1,71 %. La différence est de +1,72 point de pourcentage. Le compteur 2 à qmax montre un schéma différent. Son erreur avec le mélange hydrogène était de −1,05 %, tandis que la valeur avec l'air était de +0,54 %. En soustrayant le résultat avec l'air, on obtient −1,59 point de pourcentage. Ce calcul montre comment des résultats de part et d'autre de zéro peuvent rendre le décalage plus grand que l'erreur absolue dans le gaz d'application. Le compteur 2 à 0,7qmax en donne un autre exemple, avec −0,97 % pour le mélange et +0,71 % pour l'air, soit un décalage de −1,68 point de pourcentage.

Les mélanges riches en méthane méritent également d'être conservés dans le tableau. À 0,4qmax, le compteur 1 rapporte +0,80 % dans le cas de 99,9 % de méthane, tandis que le compteur 2 rapporte +0,16 %. Les valeurs correspondantes pour l'air sont +0,05 % et +0,73 %. Les changements qui en résultent vont dans des directions opposées. Traiter le résultat comme une correction unique dépendant de la composition, commune aux deux spécimens, masquerait cette différence.

La source qualifie la figure 3 de « décalage maximal de l'erreur moyenne ». Les courbes sont cohérentes, compte tenu de la résolution des graphiques publiés, avec l'erreur de gaz signée moins l'erreur d'air pour le même compteur et le même point de débit dans les tableaux 2 et 3. L'article ne fournit ni équation distincte ni données répétées expliquant comment une moyenne ou un maximum a été obtenu. La reproduction indique donc que le calcul correspond à une différence point par point. Un rapport d'acceptation doit préciser sa procédure de moyennage et les plages de débit applicables.

Figure 2. Erreurs d'indication pour les compteurs G4 1 et 2. Reproduction des données anglaises de la figure 2(a–b) de la source, à partir des entrées rapportées dans Shi, Zhang et Song [1], tableaux 2–3 (PDF p. 3, version imprimée p. 256).

Figure 3. Différences air-gaz pour les compteurs G4 1 et 2. Contrepartie anglaise de la figure 3(a–b) source (PDF p. 4, impression p. 257). Les courbes sont des différences point par point recalculées à partir des tableaux 2–3, en points de pourcentage. Les valeurs tracées concordent, à la précision de lecture graphique, avec ce calcul. Les auteurs appellent le graphique « décalage maximal de l'erreur moyenne » et ne documentent pas de procédure distincte de moyennage ou de maximisation.

La comparaison montre pourquoi un rapport de qualification devrait conserver à la fois les erreurs d'indication absolues et les variations par rapport à la ligne de base à l'air. Un acheteur comparant les options peut demander les compositions de gaz, les variantes de compteurs, les points de débit, les conditions de pression et de température, ainsi que l'incertitude associée aux mesures. L'étude a porté sur deux spécimens et un régime de pression et de température déclaré. Des travaux ultérieurs pourraient reproduire la comparaison sur plusieurs unités de chaque conception et sur l'enveloppe réelle de composition et de température en service. Des lectures répétées brutes aideraient à distinguer les décalages systématiques de la dispersion.

qmax désigne le débit maximal. Un décalage point par point est exprimé en points de pourcentage et calculé ici comme l'erreur d'indication en milieu gazeux moins l'erreur d'indication à l'air pour le même compteur et le même point de débit. L'expérience et les résultats source s'appliquent aux spécimens d'essai rapportés. La norme référencée dans l'article documente la procédure d'origine.

[1] Shi, A., Zhang, J. et Song, S. (2021). « Analyse expérimentale des effets de la composition du gaz sur la mesure des compteurs de gaz à ultrasons » [Analyse expérimentale des effets de la composition du gaz sur la mesure des compteurs de gaz à ultrasons]. Gaz urbain, supplément 2021, p. 254–257. Équations (2-1)–(2-4) et (3-1), tableaux 2–3 et figures 1–3. La figure 1 est un schéma redessiné en anglais. Les figures 2–3 utilisent les valeurs rapportées dans les tableaux 2–3, avec la transformation point par point identifiée dans la figure 3.

Photo de couverture : National Institute of Standards and Technology Digital Collections, Gaithersburg, MD 20899. L'ingénieur du NIST Robert Palla vérifiant un séchoir d'essai. Œuvre du gouvernement américain, domaine public Mark 1.0 selon la notice source. Recadrage éditorial de la photo et mise en page du titre. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Engineer_Robert_Palla_of_the_Advanced_Measurement_Technology_Section_checking_one_of_the_test_dryers.jpg