【關(guān)鍵詞】檢定裝置,技術(shù)參數(shù),應(yīng)用
【論文摘要】本文簡述了采用標(biāo)準(zhǔn)表法進(jìn)行設(shè)計的熱量表檢定裝置的原理，介紹了結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)及有關(guān)測試及應(yīng)用的情況。
我國供熱計量收費(fèi)改革自建設(shè)部第76號令《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》頒布實施以來，國內(nèi)外各生產(chǎn)熱量表廠家紛紛關(guān)注這個新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)近幾年來涌現(xiàn)出各類熱量表。2001年6月國家最新頒布了《熱量表》城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ128-2000。2002年3月國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布了JJG225-2001《熱能表國家計量檢定規(guī)程》，使熱量表的設(shè)計規(guī)范、技術(shù)要求及質(zhì)量保證有了依據(jù)。99年8月國務(wù)院辦公廳國發(fā)[1999]72號文明確要求熱量表安裝前應(yīng)進(jìn)行首次強(qiáng)制檢定政策的出臺，在這種情況下，實際測試中熱量表的計量性能用什么裝置檢定成為大家關(guān)注的熱點(diǎn)。生產(chǎn)廠家、供熱部門、計量部門急需一套檢定熱量表準(zhǔn)確度高、效率高、可靠性強(qiáng)的裝置，對此不少廠家及計量部門都在進(jìn)行著有益的探索。
我公司在國內(nèi)是研制生產(chǎn)熱量表比較早比較成熟的企業(yè)之一，為了保證熱量表的質(zhì)量，2000年9月申報了“熱量表檢定裝置”（以下簡稱為裝置）的實用新型專利，并于2001年9月被授權(quán)，專利號為：（ZL 00 2 5476.5）。2001年4月份我們向天津市技術(shù)監(jiān)督局提出申請，由北京市計量測試所對我公司研制生產(chǎn)的裝置進(jìn)行定型鑒定。經(jīng)過近半年多的測試工作，于2001年8月該所簽發(fā)了《計量器具新產(chǎn)品定型鑒定結(jié)果通知書》，9月份由天津市技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)了該裝置的《計量器具型式批準(zhǔn)證書》（CPA證）及《制造計量器具許可證》（CMC證）。
為了提高該裝置的設(shè)計水平及今后批量生產(chǎn)的工藝水平，我們向國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局科技司申報了科技成果鑒定，以中國計量科學(xué)研究院專家為主組成的專家組于2001年9月對該裝置進(jìn)行科技成果鑒定。專家組一致認(rèn)為，作為我們生產(chǎn)制造企業(yè)即非計量檢定機(jī)構(gòu)，能重視熱量表的計量性能的檢定工作，在短期內(nèi)投入大量的人力物力研制該裝置，給予了充分地肯定，并認(rèn)真負(fù)責(zé)地對我公司第一臺樣機(jī)提出極其寶貴的意見。專家組認(rèn)為：“該裝置的研制生產(chǎn)的科技成果填補(bǔ)了國內(nèi)在熱量表整體檢定裝置中采取標(biāo)準(zhǔn)表法的空白，為國內(nèi)熱量表檢定裝置的研究和發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)”。現(xiàn)就該裝置的特點(diǎn)介紹如下：
一．該裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理
依據(jù)熱量表的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及檢定規(guī)程，裝置的設(shè)計原理采用標(biāo)準(zhǔn)表法。該裝置的結(jié)構(gòu)由熱水管路系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)流量計、溫度傳感器、壓力傳感器、恒溫槽、加熱循環(huán)水箱、工控機(jī)及控制電路、控制臺、夾表器、安全系統(tǒng)等組成。加熱循環(huán)水箱采用PID系統(tǒng)控制溫度，當(dāng)水箱內(nèi)熱水達(dá)到設(shè)定的水溫后，開啟泵將熱水送入試驗管道，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)流量計、直管段及被測表組返回到水箱；將標(biāo)準(zhǔn)二等鉑電阻和被測表組的溫度傳感器同時分別置于兩個恒溫槽中。恒溫槽內(nèi)的熱水溫度范圍為4-95℃，恒溫槽采用智能化恒溫控制器。流量溫度系統(tǒng)穩(wěn)定后，開始檢定。計算機(jī)采集流量、溫度、壓力信號，根據(jù)公式（1）進(jìn)行積分，計算出檢定時間段內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)熱量值。檢定時間段內(nèi)的被測表熱量值采用小鍵盤人工控制，可與計算機(jī)數(shù)據(jù)采集同步。通過標(biāo)準(zhǔn)熱量值與被測表的熱量值進(jìn)行比較、計算，實現(xiàn)對被檢表的準(zhǔn)確度檢定。
Q= q Δhdt…………………………………………… (1)
式中： Q -- 釋放的熱量，kJ；
q --流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)流量計載熱液體的質(zhì)量流量，kg/s；
Δh--熱交換回路中入口的恒溫槽溫度與出口的恒溫槽溫度對應(yīng)溫度下的載熱液體的比焓值差，kJ/kg；
t--時間，s。
計算機(jī)控制部分，通過對流量、溫度、壓力等數(shù)據(jù)的采集和處理，實現(xiàn)密度計算、比焓差計算、熱量積分、熱量的誤差計算，溫度、流量、壓力的調(diào)整及控制，熱量表檢定中的各種數(shù)據(jù)可備份查詢及打印。
因為整個系統(tǒng)是在熱水管路下工作，所以循環(huán)水路與電器部分完全隔離；加有報警裝置，管路溫度上限報警，加熱水箱上下限水位報警等；為保護(hù)被測表溫度傳感器即鉑電阻及電纜，設(shè)計了防護(hù)套管，使其放入恒溫槽中不易損壞。
二.該裝置的主要技術(shù)參數(shù)
裝置的準(zhǔn)確度：3級。裝置的擴(kuò)展不確定度（k=2）應(yīng)小于等于被檢熱量表的最大允許誤差的1/5。被檢3級熱量表的最大允許誤差應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ128-2000 5.3.2條的規(guī)定.
E=±（4+4θmin/Δθ +0.05qp/q）% （2）
裝置的不確定取堋潰?.4+0.4θmin/Δθ +0.005 qp/q）% （k=2） （3）
裝置瞬時流量波動系數(shù): ≤0.5%
計算器最大誤差≤±（0.1+0.2 θmin/Δθ）%
標(biāo)準(zhǔn)流量傳感器準(zhǔn)確度:
Ef ≤0.5% (0.1m3/h 以上)
Ef ≤0.6% (0.1m3/h 以下)
流量范圍: 0.03m3 /h--5m3 /h
標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器準(zhǔn)確度: 二等鉑電阻
溫度測量范圍: 4-95℃
最小溫差: 3℃
被測表公稱口徑: DN15，DN20，DN25
三.樣機(jī)實驗的主要數(shù)據(jù):
1.依據(jù)JJG225-2001檢定規(guī)程中7.3.1總量檢定法要求，在每一種情況下，選擇給
定范圍內(nèi)的一溫差,一流量點(diǎn)并在(50±5)℃的水溫下進(jìn)行檢定。
1）Δθmin≤Δθ≤1.2Δθmin 和0.9qp≤q≤qp ;
2) 10≤Δθ≤20 和0.2 qp≤q≤0.22 qp;
3) Δθmax-5≤Δθ≤1.2Δθmax 和qi≤q≤1.1qi ;
對于3級熱量表的檢定裝置的不確定度按公式（3）所示。
依據(jù)計量檢定技術(shù)規(guī)范《測量不確定度評定與表示》JJF1059-1999，對于我公司生產(chǎn)的熱量檢定裝置的合成不確定度見表一。
表一
溫差(℃)流量（m3 /h）不確定度%
31.50.765%
200.30.457%
400.030.562%
2．計算器部分的誤差見表二。
表二
溫差(℃)流量（m3 /h） 誤差%
31.5 0.48
20 0.3 0.04
40 0.03 0.03
3． 考核系統(tǒng)的裝置工藝水平，并考慮測試流量系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用裝置瞬時流量波動系數(shù)δ=0.36%。
4． 考核該裝置的計量重復(fù)性數(shù)據(jù)見表三。
管路水溫50±1℃ 被測表：SYR-15G 規(guī)格:DN15 表三
流量
（m3 /h） 供水溫度（℃） 回水溫度（℃） 被測表熱量（MJ） 標(biāo)準(zhǔn)熱量（MJ） 相對誤差
（%）
1.5 53 500.66380.6689-0.762
1.5 53 500.66270.6660-0.495
1.5 53 500.66180.6647-0.441
0.3 70 500.83190.81482.100
0.3 70 500.83240.81641.965
0.3 70 500.83210.81572.010
0.03 90 500.16110.1688-4.555
0.03 90 500.16220.1690-4.005
0.03 90 500.16150.1685-4.161
5． 該裝置熱量表檢測記錄報表見表四
型號:SYR-15G 規(guī)格:DN15 室溫: 30℃ 相對濕度:65% 表四
表號 流量(m3 /h) 溫差(℃) 標(biāo)準(zhǔn)熱量(MJ) 被測熱量(MJ) 相對誤差(%)
110697 0.320.0820.200720.16-0.2014
110712 0.320.0820.173420.652.3625
110673 0.320.1020.173620.451.3704
110629 0.320.1019.358419.631.4027
110642 0.320.0729.169329.832.2792
110286 0.320.0716.102515.96-0.8853
四.裝置的應(yīng)用情況
該裝置廣泛應(yīng)用于熱量表的制造行業(yè)、計量檢定機(jī)構(gòu)及供熱企業(yè)。同時適用于國內(nèi)外在
使用功能上的普通式、卡式、通訊式的熱量表。目前在結(jié)構(gòu)上國家計量檢定規(guī)程JJG225-2001《熱能表》中規(guī)定了熱量表分為組合式熱量表和一體式熱量表，一體式熱量表又分為全部或部分不可分開的熱量表，以上所有的各類熱量表均有流量傳感器、溫度傳感器和計算器組成。
為了適合熱量表的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，熱量表的檢定方法在檢定規(guī)程中規(guī)定了總量檢定和分量檢定。查詢歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN1434-1997《熱量表》及國際法制計量組織（OIML）的國際建議R75《熱量表》對分體檢定的技術(shù)要求、實現(xiàn)方法都有了準(zhǔn)確的規(guī)定，而且一直沿用至今。即使是對一體熱量表也分為兩個部分：即流量檢定部分，計算器和溫度傳感器檢定部分，流量部分就是熱水流量檢定系統(tǒng)，測試點(diǎn)分別為qp ，0.2qp , qi 。我國引進(jìn)熱量表檢定裝置，無非是引進(jìn)熱水流量計檢定裝置。在國內(nèi)配恒溫槽，解決溫度計量，而后依公式進(jìn)行計算獲得標(biāo)準(zhǔn)熱量值，與被測表進(jìn)行比較。總量檢定的方法在EN1434-1997《熱量表》和OIML的國際建議R75《熱量表》中沒有明確規(guī)定。到目前為止還沒有總量檢定的檢定裝置，我們?yōu)榱诉m應(yīng)熱量表大力發(fā)展的局面及國內(nèi)要求強(qiáng)檢的政策需求，采用總量檢定方法簡單快捷、準(zhǔn)確度高，僅以DN15普通熱量表為例，采用該裝置進(jìn)行檢定，符合檢定規(guī)程7.3.1總量檢定的要求。日單班檢定熱量表80只左右，每月2000余只，檢定效率是分體檢定所不可比的。對計量部門在對各種熱量表進(jìn)行檢定過程中，操作人員不必將熱量表進(jìn)行分解，不必對各種熱量表的技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了解，從而提高了檢定效率。也不必要求生產(chǎn)廠家必須為測試而單獨(dú)設(shè)計測試點(diǎn)，從而降低了熱量表的成本。特別是在出廠檢測時更能體現(xiàn)該裝置的優(yōu)越性。該裝置在使用中也可以對熱量表的三個部分分別進(jìn)行測試，符合檢定規(guī)程7.3.2分量檢定的要求，并可針對總量檢定中出現(xiàn)的問題分別對熱水流量、溫度傳感器、計算器進(jìn)行測試，找出原因，以便修正。該裝置還可以作為熱水流量計傳感器的準(zhǔn)確度的檢定裝置。在熱量表材料強(qiáng)度實驗中，可設(shè)定溫度并在該溫度最大流量下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，對熱量表所有部件進(jìn)行耐加速實驗。
在控制熱量表質(zhì)量的全過程中，該裝置適合首次檢定、后續(xù)檢定、使用中檢定、定型檢定及樣機(jī)試驗的不同要求，使用總量檢定更有其優(yōu)越性。我國大部分生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的熱量表一體式熱量表居多，對這樣的表進(jìn)行檢定使用該裝置是最佳的方法。
五.結(jié)論
以上介紹了熱量表檢定裝置的基本情況，僅僅是一個初步探討，目前尚沒有全國或行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，國際上也沒有熱量表檢定裝置的標(biāo)準(zhǔn)可參考。由于熱量表計量的復(fù)雜性，對其相關(guān)量的研究尚不夠充分，特別是裝置的各不確定度分量之間進(jìn)行合成的分析，還需要與同行廣泛交流，深入探討，使熱量表檢定裝置的發(fā)展更規(guī)范，更符合國情，以適應(yīng)熱量表這個新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
