Um registro de calibração em ar documenta como um medidor de gás ultrassônico se comporta em ar. Um estudo com dois medidores G4 comparou essa linha de base com medições em quatro misturas de gás em pontos de vazão equivalentes. Dois resultados servem a propósitos diferentes: o erro de indicação em relação a uma referência e a mudança desse erro em relação à linha de base em ar. Para um exemplar na vazão máxima, a mistura com 23% de hidrogênio produziu um erro de indicação relatado de −1,05%, enquanto a mudança ponto a ponto em relação ao ar foi de −1,59 pontos percentuais. Este artigo explica ambas as grandezas, as condições do estudo por trás delas e as informações de que um comprador precisa para avaliar se uma calibração se aplica ao gás pretendido.

Um serviço público pode receber gás de fontes com diferentes composições ao longo da vida útil de um medidor de gás ultrassônico. Um certificado de calibração em ar é útil para registrar o desempenho de referência do medidor sob uma condição de teste. Um revisor também precisa saber como o mesmo medidor lê quando a composição do gás muda. Shi, Zhang e Song testaram essa questão com um sistema de referência de gás real e dois medidores G4 domésticos [1]. O teste deles permite duas comparações na mesma vazão. A primeira compara a leitura de um medidor com o volume de referência real no meio selecionado. A segunda pergunta quanto o resultado nesse meio se afastou do resultado em ar.

A distinção é importante quando a linha de base do ar em si difere de zero. Um pequeno erro absoluto no gás de aplicação pode coexistir com uma mudança maior em relação ao ar. Um relatório de teste útil fornece informações suficientes para ver ambos os resultados e determinar se os meios e as condições operacionais são relevantes para a aplicação.

Na descrição simplificada da fonte, um par de transdutores mede o tempo de trânsito acústico a jusante e a montante. L é o comprimento do percurso acústico, cf é a velocidade do som no gás, θ é o ângulo entre o percurso e o eixo do tubo, e vm é a velocidade média ao longo da linha de medição conforme definido no artigo.

S é a área da seção transversal em m² e vm está em m/s, portanto q está em m³/h sob a relação indicada. A diferença de tempos recíprocos cancela cf nas equações idealizadas quando a mesma velocidade do som se aplica às duas direções. O resultado explica o princípio de medição. Avaliar um medidor acabado também envolve os transdutores, a temporização do sinal e a geometria de fluxo do medidor, portanto a equação por si só não pode estabelecer o erro obtido com um gás diferente.

Figura 1. Geometria de tempo de trânsito, redesenhada em inglês a partir de Shi, Zhang e Song [1], Figura 1 (PDF p. 2, impresso p. 255). O diagrama não está em escala.

Os autores testaram um medidor G4 de cada um de dois fabricantes. O sistema de referência tinha um volume padrão declarado de 120 L. A incerteza expandida relatada para o sistema era de 0,25% em k = 2. As condições de teste relatadas eram 101 kPa e 20 °C. A diferença de temperatura entre os locais relevantes e o meio foi mantida dentro de 1 °C conforme a descrição do teste. Cada meio foi testado em 0,1qmax, 0,2qmax, 0,4qmax, 0,7qmax e qmax.

Os meios eram ar e quatro misturas de gases. O estudo tratou explicitamente a mistura com 23% de hidrogênio e 77% de metano como fora da faixa pretendida dos medidores testados. Essa mistura é um caso exploratório. Os resultados de teste dela ajudam a explicar a distinção entre as grandezas relatadas, enquanto a aprovação para uma aplicação comercial requer evidências para essa configuração e gás.

Para cada caso, os autores relataram o erro percentual de indicação usando o volume indicado Vi e o volume de referência real Vref.

E = [(Vi − Vref) / Vref] × 100% (3-1)

A tabela mantém os erros de indicação reportados. Cada leitura já compara o volume indicado com a referência naquela condição de teste.

Para o Medidor 1 a 0,2qmax, o ar produziu um erro de −0,01% e a mistura de 23% de hidrogênio produziu +1,71%. A diferença é de +1,72 pontos percentuais. O Medidor 2 em qmax mostra um padrão diferente. Seu erro com a mistura de hidrogênio foi de −1,05%, enquanto o valor com ar foi de +0,54%. Subtraindo o resultado do ar, obtém-se −1,59 pontos percentuais. Este cálculo mostra como resultados em lados opostos de zero podem tornar a variação maior que o erro absoluto no gás de aplicação. O Medidor 2 a 0,7qmax fornece outro exemplo, com −0,97% na mistura e +0,71% no ar, uma variação de −1,68 pontos percentuais.

As misturas ricas em metano também merecem ser mantidas na tabela. A 0,4qmax, o Medidor 1 reporta +0,80% no caso de 99,9% de metano, enquanto o Medidor 2 reporta +0,16%. Os valores correspondentes para o ar são +0,05% e +0,73%. As mudanças resultantes movem-se em direções opostas. Tratar o resultado como uma única correção dependente da composição comum a ambos os espécimes obscureceria esta diferença.

A fonte chama a Figura 3 de “deslocamento máximo do erro médio”. As curvas são consistentes, dentro da resolução dos gráficos publicados, com o erro de gás com sinal menos o erro de ar para o mesmo medidor e ponto de vazão nas Tabelas 2 e 3. O artigo não fornece equação separada nem dados replicados sobre como uma média ou máximo foi obtido. O redesenho, portanto, rotula o cálculo como uma diferença ponto a ponto. Um relatório de aceitação deve declarar seu procedimento de média e as faixas de vazão aplicáveis.

Figura 2. Erros de indicação para medidores G4 1 e 2. Redesenho dos dados em inglês da Figura 2(a–b) da fonte, usando as entradas reportadas em Shi, Zhang e Song [1], Tabelas 2–3 (PDF p. 3, impresso p. 256).

Figura 3. Diferenças ar-gás para medidores G4 1 e 2. Contraparte em inglês da Figura 3(a–b) da fonte (PDF p. 4, impressão p. 257). As curvas são diferenças pontuais recalculadas a partir das Tabelas 2–3, em pontos percentuais. Os valores plotados concordam, na precisão de leitura do gráfico, com este cálculo. Os autores chamam o gráfico de “deslocamento máximo do erro médio” e não documentam um procedimento separado de média ou maximização.

A comparação mostra por que um relatório de qualificação deve preservar tanto os erros absolutos de indicação quanto as mudanças em relação à linha de base do ar. Um comprador que compara opções pode solicitar as composições do gás, as variantes do medidor, os pontos de vazão, as condições de pressão e temperatura e a incerteza associada às medições. O estudo envolveu dois espécimes e um regime declarado de pressão e temperatura. Trabalhos futuros poderiam replicar a comparação em várias unidades de cada projeto e em toda a envoltória real de composição e temperatura em serviço. Leituras repetidas brutas ajudariam a distinguir desvios sistemáticos da dispersão.

qmax significa caudal máximo. Um deslocamento pontual é expresso em pontos percentuais e calculado aqui como o erro de indicação do meio gasoso menos o erro de indicação do ar para o mesmo medidor e ponto de caudal. A experiência e os resultados da fonte aplicam-se aos provetes de ensaio reportados. A norma referida no artigo documenta o procedimento original.

[1] Shi, A., Zhang, J., e Song, S. (2021). “气体组分变化对超声波燃气表计量特性影响的试验与分析” [Análise experimental dos efeitos da composição do gás nas medições de medidores de gás ultrassônicos]. 城市燃气, suplemento de 2021, pp. 254–257. Equações (2-1)–(2-4) e (3-1), Tabelas 2–3 e Figuras 1–3. A Figura 1 é um redesenho esquemático em inglês. As Figuras 2–3 usam os valores relatados nas Tabelas 2–3, com a transformação pontual identificada na Figura 3.

Foto de capa: National Institute of Standards and Technology Digital Collections, Gaithersburg, MD 20899. O engenheiro do NIST Robert Palla verificando um secador de teste. Trabalho do Governo dos EUA, Domínio Público Marca 1.0 conforme o registro da fonte. Corte editorial da foto e layout do título. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Engineer_Robert_Palla_of_the_Advanced_Measurement_Technology_Section_checking_one_of_the_test_dryers.jpg