關于熱量表的鑒定方法

提要 　國外標準對熱量表主要采用分體檢定的方法。通過對該方法的分析，指出其不足，認為整體檢定方法技術上可行，檢定結果更為真實合理。提出了兩種整體檢定方案。

關鍵詞 　熱量表 檢定 傳感器 系統誤差 累計熱量

      當前，我國供熱商品化的進程快速發展，按戶計熱收費是既定的目標，對于即將大量生產和安裝使用的各種型式的戶用熱量表，科學檢定其計量品質，是急需解決的重要問題之一。檢定方法的確定，對于促進和推動我國熱計量技術的進步，至關重要。

1 熱量表原理及其檢定方法

　　在世界法制計量組織75號國際建筑（OIMLR75）和歐洲熱量表標準EN 1434中，對于熱量表的計熱，規定按公式 （1）計算。式中Q為換熱系統從時刻τ0到τ1釋放或吸收的熱量，J或Wh；qm為流經熱量表的水的質量流量，kg/h；Δh為換熱系統入口和出口溫度間水的比焓差，J/kg或Wh/kg；τ，為時間，h。
　　OIML 75R和EN1434對于熱量表的性能檢定，提出了分項檢定和整體檢定兩種做法。在標準中，詳細規定了熱量表分項檢定的具體技術指標。而對于整體檢定，雖有規定，但所言寥寥。
　　我國熱量表標準已實施，熱量表檢定規程也在積極編制過程中，在我們還缺乏熱量表大量工程應用實踐的情況下，編制的主要參考只能是OIMLR75和EN1434，其中有關熱量表的檢定方法，在基本引用國外標準相關條款的同時，還應考慮標準編制以來的技術進步和我國供暖工程運行管理現狀，使國外標準中某些不盡如人意之處，得以彌補。
　　本文就熱量表的檢定方法進行討論，以供參考。

2 分項檢定方法

　　分項檢定是指對溫度傳感器、流量傳感器和積算器，分別按相關規程進行獨立檢定，檢定結果按絕對誤差求和的辦法，計算得出熱量表的總精度E。檢定程序見圖1。

                                  
　　                  
　　　　　　　　　　　　　　　　圖1　分項檢定示意圖
　　
　　分項檢定可以按照現有的檢定規程，在規定條件下對傳感器檢定，得出各個傳感器的誤差，以計算出熱量表的總精度。這種方法容易操作且技術成熟，但用于熱量表的檢定，則存在如下一些問題：

　　①　傳感器工作條件的影響
　　熱量表是一種由流量傳感器、溫度傳感器和積算器綜合構成的復合型儀表。工作時需要緊湊地組合并安裝在管路系統中，所以，傳感器在使用時的條件與檢定條件不同，將導致傳感器計量特性的變化，盡管有的熱量表在設計時采取了一些措施，全完全消除這些條件的影響是困難的。比如，熱量表在使用時，一般沒有絕熱保護，當金屬套管插入供暖管路中時，會使溫度測量的導熱誤差增加和傳感器慣性加大；由于插入點的偏離，插入截面上溫度的不均勻分布，也會造成測溫偏差。還有，當插入式溫度傳感器與某些流量傳感器安裝距離很近時，管內流體流態惡化，也將使流量傳感器計量失準。此外，對于積算器的檢定，利用脈沖發生器模擬流量信號，利用標準電阻模擬溫度信號，而不對計時脈沖檢定，這在計量累計熱量，是否可能造成較大誤差？這些由實際安裝或檢定條件帶來的系統性誤差，在單項檢定時可能不出現，但組裝成完整的熱量表后即會產生，即使重復測量也不可能消除。

　　②　熱量表精度的計算
　　按OIML 75R和EN1434，在計算熱量表準確度時，首先對流量傳感器、溫度傳感器和積算器，由分項檢定分別得到各自標準裝置和實測傳感器誤差曲線，二者相比，判斷合格與否。然后，按絕對值求和的方法計算熱量表準確度。
　　從傳感器誤差特性可知，OIML 75R和EN1434規定了熱量表精度等級，但即使達到了規定的精度等級，是否意味著累計熱量值（即收費金額）的偏差也能滿足規定的精度呢？
　　熱量表作為一種重要的民用計量儀表，關系到向廣大取暖用戶收取額度較大的費用問題，所以計量的準確度就顯得十分重要。當我們在技術上難以對累計熱量進行直接的綜合測量時，采取分項檢定而且數據處理方法合理時，還是可行的。但上述分項檢定結果，略去了一些影響因素，又沒有明確對不同類型誤差的處理方法：比如，當傳感器系統誤差較大時，對累計熱量值的影響，可能是不可忽略的，而累計熱量才是計費的最終依據。所以分項檢定的可靠性難以使人信服。

3 整體檢定

　　整體檢定是對處于工作狀態下的熱量表，直接檢定其所顯示的累計熱量值。
　　由于整體檢定是針對已經組成整體或已安裝就位的熱量表進行的，所以，包含在熱量表內的各傳感器及其相關影響已然存在，這時進行的檢定就是綜合精度檢定，也就是熱量表在工程使用條件下的實際上精度檢定。通過整體檢定，不僅可以完成常規檢定，還可以：
　　· 判斷被檢熱量表的誤差性質，從而可以提出儀表改進方向，或給予必要的修正；
　　· 按照供暖運行工況，編制模擬全年運行的檢定方案，對累計熱量的計量準確度進行檢定。
　　可見，整體檢定有利于從實際使用的效果上評價熱量表的精度，因而較為真實可靠。
　　整體檢定可以采用兩種方法，熱平衡法和比較法：

　　①　熱平衡法
　　熱平衡法是一種常用的實驗方法，熱平衡法檢定熱量表的原理見圖2。輸入給加熱器的電能E扣除電加熱器在檢定規程中內能的變化DE和向漏出的熱量QL，就是補檢熱量表計量熱量的真實值Q。即Q=E-DE-QL。

                     　 
　　   1 電加熱器2 被栓熱量表（圖例為整體式）3模擬負荷（散熱裝置）4水泵5電能表
　　　　　　　　　　　　　圖2 熱量表熱平衡法檢定原理
　　
　　熱平衡法使熱量的真實值與被檢熱量表的顯示值比對，是一種直接比較的檢定方法。這不僅可以免除對流量和溫度的測量，更由于包含了各種傳感器在安裝后的真實工作狀態，是對被檢熱量表實際工作性能的檢驗，故具有更高的可靠性。當然，對輸入電能、水箱內能變化和經過嚴格絕熱處理水箱漏熱量的精確測量，是實施熱平衡法時具有難度的技術關鍵。

　　②　比較法
　　比較法就是利用精度等級更高的標準器的測量值檢定被檢儀表顯示結果，從而評價被檢儀表的精度。這是量值或基準傳遞時廣泛采用的方法。從圖3比較法檢定熱量表的原理可以看出，對被檢熱量表進行檢定的，是精度更高的標準流量儀表和測溫儀表。在檢定過程中，采集各時刻標準儀表測量值，經過運算處理，得出熱量的真實值，以這一數值與被檢熱量表顯示值比對。

                    
　　　              1 電加熱器 　2 標準溫度計　3 被檢熱量表（圖例為分體式）
　　　　　4 模擬負荷（散熱裝置）　5 標準流量計　6 水泵　7 標準測量積算裝置
　　　　　　　　　　　　　圖3　熱量表比較法檢定原理
　　
　　比較法同樣采用流量計和溫度計作為標準裝置檢定熱量表，是由具有相同計量學特性的一組標準儀表構成的組合標準（基準）。這種檢定是針對已經組合成整體或已安裝就位的熱量表進行的，即包含在熱量表內的各傳感器及其相關影響已然存在，是熱量表在工程使用條件下的實際精度的檢定。同時，這種檢定方法是用標準裝置計量得出的熱量值與被檢熱量表的熱量讀數值比對，所以，比較法精度檢定與分項檢定是根本不同的。
　　利用比較法進行熱量表檢定，不僅具有整體檢定的優點，而且，還能依據如上原理，使檢定裝置的實際工程設計具有相當的靈活性和突出的優越性。應該指出的是，比較法檢定時，無需對電加熱器的絕熱進行嚴格設計和測量，但選擇標準裝置和完善的技術設計，是保證檢定裝置計量特性的關鍵。
　　從檢定效能看，整體檢定比分項檢定直接而可靠，技術也是先進的，但有難度。國內開發研制的利用熱平衡法熱量表整體檢定裝置，已經進入試驗運行。實踐證明，實現熱量表的整體檢定，須精心設計和嚴格加工，但不存在不可克服的障礙。而且，所需投資也大大低于由國外引進的熱量表檢定的成套裝置。
　　整體檢定方法，還可使裝置體積減小，移動方便，甚至可實現多臺熱量表的同時檢定，這不僅能夠大大提高檢定效率，還為熱量表制造企業提供適用于產品出廠檢驗的重要手段。

4 結論

　　4．1 分項檢定只對構成熱量表的基本單元分別進行檢定，沒有考慮熱量表結構條件對測量精度的影響。同時，不對系統誤差進行有效處理，采取對分項誤差進行絕對值求和的簡單辦法，就不能說明熱量表在累計熱量測量時的精度。
　　4．2 從檢定原理分類，整體檢定可以采用熱平衡法和比較法，兩種方法各有利弊，但在工程上都是可行的。
　　4．3 整體檢定方法是用基準熱量值與被檢成品熱量表顯示的熱量值對比，這種檢定結果不僅包含了結構條件對測量精度的影響，而且與實際運行情況一致，具有比較真實的實用背景，因而是更為可知靠的。
　　4．4 在計熱收費實施的過程中，應該推進我國熱量表整體檢定方法的戌，以利于我國熱量表的生產制造和計熱收費工作的健康發展。


作者簡介：  蕭曰嶸，男，1937年1月生，大學，教授。