精通設備性能、精準節能監察

程正椿

為提升我國節能監察系統行政執法水平，國家在十二五期間從中央財政安排資金扶持各地節能監察機構能力建設，配置儀器設備。2012～2014年三年間廣西分三批次獲得國家對節能監察機構能力建設的資金支持。

表1

三批共獲得中央財政資金7602萬元。這些設備已經或即將列裝到全區14個地市88個縣區節能監察機構中去。這些設備共有28種3338臺套（不包括取證設備682臺套）。這些設備目前存在的最大問題就是很多從業人員還不會使用。為了讓我區各級節能監察人員盡快熟練掌握這些設備，本人就所了解的六大設備的有關知識做個介紹，與大家一起探討和分享，希望能給大家有所幫助。

1 超聲波流量計

（1）測量范圍

①自來水、循環水、冷卻水；供熱水等；原水、海水、一般沉淀后污水或二級污水；②飲料、酒精、啤酒、藥液等；③化學溶劑、牛奶、酸奶等；④汽煤柴油等油品；⑤發電廠的熱力、供暖、供熱；⑥流量采集，泄漏檢測；流量、熱量化管理、監控網絡系統；⑦熱量測量、熱量平衡。

（2）超聲波流量計的工作原理

時差式超聲流量計通過檢測并計算超聲脈沖在流體順向和逆向速度的差異來測定流量。測量時采用一對傳感器，相向交替發射和接收超聲波，信號在流體中順流傳播時要比在逆流方向快，而當流體靜止時，時間差為零。因此測量超聲波在順流和逆流中傳播的時間，即可得到時差△t，根據△t與流速V的關系，間接地測量出流體的平均流速，從而根據管道截面積計算出體積流量Q。

式中：K為常數；S為管道內截面積。

但是，如果簡單地根據上述原理來制造一個流量計在應用上會受到許多限制。時差式流量計采用專利的多脈沖寬帶技術，結合最新的DSP技術，它允許單個傳感器在很寬的頻率范圍內發射和接收信號，提供了近100～1000倍的信號強度，在此條件下，即使發射脈沖中斷，仍能滿足精確測量流量所需的足夠數據，在有少量氣泡和懸浮物存在的情況下也能正確測量。它與一般的窄帶技術和寬脈沖技術相比，可以發射不失真、穩定性好及高振幅的聲波信號，達到較高的測量精度。

（3）超聲波流量計的功能

在管外精確、可靠地測量管道中的流量而不需要過程管線停流是工程技術人員的愿望，也是超聲流量計的獨特優勢。超聲流量計采用時間差超聲測量原理，是融合了世界上先進的非接觸式流量測量技術、先進的多脈沖數字技術設計而成的一種全新通用型多功能超聲流量計。它提供了測量系統的高精度、高穩定性、多用途性、高可靠性，安裝簡單便利，可快速投用。它具有獨特的雙時基時間放大運算方式、先進的DSP信號處理和運算技術及平均流速數字校準技術。它適合測量密閉管路中滿管的比較純凈的液體如：自來水、江河海水、工業循環水、冷熱水、成品油等；化學腐蝕性的液體如：強酸強堿、氨水、污水等。事實上適合所有相對清潔的液體、渾濁但固體或氣泡含量少于1.0%的液體。適合測量非常低的流速。完全節能、不用過程“停車”、非常低的流量下限、準確可靠是超聲流量計的最大特點。

2 多普勒超聲波流量計

（1）功能與作用

多普勒超聲波流量計的功能：極好的低流速測量能力，可低至0.05m/s，測量精度：0.5～2.0%F·S；極寬的流量測量范圍，高流速可達12m/s，流速范圍：0.05～12m/s；非常適合大管徑污水測量，液體類型：含量超過100ppm的反射體（顆粒或氣泡），且顆粒大于100μm；自適應信號增益調節；無論外夾式或插入式，均可以在線安裝；操作簡單，只需輸入內徑即可實現流量測量；瞬時流量和累積流量脈沖輸出及流量報警輸出。

傳感器性能指標：

類型：外夾式和插入式；流體溫度：-40～+250℃；

管徑大小：標準外夾式DN40～4000；

防爆認證：Ⅱ2G，ExdⅡBT6，LCIE09 ATEX3088。

具體可計量的液體的應用場合：各種水（廢水，污水，非純凈循環水及原水）；各種漿液、紙漿和礦漿；挖泥船流量計量；非純凈有毒液體、原油、乳化液等；對其它流量計現場比對校驗；污水水泵流量考核；鉆井液、含沙原油等。

（2）多普勒超聲波流量計的工作原理

多普勒超聲流量計利用了物理學中的多普勒效應，在任何流動的液體中存在的不連續都會使被反射的超聲波信號產生頻移（也即信號產生相位差），通過測量相位差，即可測得流速。頻移是流速的線性函數，它經過電路過濾后，能產生穩定的、可重復的和線性的指示。理論上，這些不連續可以是懸浮的一些氣泡、固體，或由于流體擾動引起的界面。傳感器產生和接收超聲波信號，提供數據給主機，主機處理信號并提供模擬輸出供流量和累積量顯示。DMS90X系列多普勒超聲流量計就是基于多普勒超聲測量原理，采用相位差方法來處理信號的。它具有獨特的數字濾波技術和頻率調制解調技術，自動整形接收到的波形信號，它可以測量含污水的管道，且對管道振動不太敏感。

聲波反射物質的聲阻抗必須與液體的聲阻抗（聲波在介質中傳播時的速度差異）有至少10%的差別。只是液體中的顆粒必須足夠大（大于100um）或含有氣泡，能引起聲波的縱向反射。

3 熱像儀

（1）功能與作用：簡單地說熱成像儀就是個紅外相機，但它拍攝的不是物體的顏色，拍的是物體的溫度，一張照片包含了你看到的每個點的溫度，并且以不同的顏色顯示每個點的溫度，溫度高的地方紅紅亮亮，就像個燒紅的鐵棒一樣，一目了然。通過這種設備，我們可以安全、快速、直觀、準確地找到安全隱患。因為它是拍照的方式，所以不用接觸觸碰，遠距離就可以實現采集，能保證安全。手指一按，溫度圖片和結果就自動保存，非常快捷方便。這種測溫技術最早從1958年就開始在國外使用，測溫技術成熟準確。所以有了這個設備，可以極大地減輕檢測人員的工作量，不像以前要爬上爬下去測溫，也保證了人員的安全，遠距離拍個照片就有結果。

（2）熱像儀探測器像素：不小于640×480像素，探測溫度范圍：-40～+2000℃，加配原廠長焦鏡頭。

我區鋼鐵、鐵合金、鋁材加工等企業的窯爐都是高溫型的，現場的檢測工況多種多樣，有2000℃高溫的鍋爐，有防爆要求的石化工廠，有有害氣體的生產車間，還有一些高測試精度要求的精密生產場所。所以我們配的儀器需要選配可以測量高溫的選件，還要有能從安全距離外準確測試的長焦鏡頭，而這一切如果儀器不準那么測試出來的結果就沒有任何意義了，所以對儀器精度需要有嚴格的要求，因為這是測試結果是否可靠的根本。

（3）有MSX動態多波段成像功能：有MSX功能的圖可以成像更多細節，在節能監測過程中清晰的紅外圖像能準確定位故障和缺陷并呈現一個有直觀準有說服力的效果圖。

（4）熱靈敏度（NETD）＜30mK@+30℃。靈敏度高有助于檢測保溫漏熱漏冷，便于快速直觀查找泄露點，假如儀器靈敏度不夠，將無法檢測建筑節能和墻體保溫，這類型節能監測存在普遍問題就是儀器靈敏度不夠。

（5）圖像幀頻：60Hz，鏡頭與屏幕可旋轉。幀頻高圖像清晰無拖影，檢測現場工況復雜，鏡頭可旋轉可實現多角度多方位便捷檢測。

4 煙氣分析儀

（1）功能與作用：

主要用于能效測試中的燃燒效率測試，通過煙氣中的各種氣體成分含量、煙氣溫度等的測量，通過相應的公式計算出燃燒效率，保證鍋爐、窯爐等設備的良好運行。

節能監測和環保監測的性質不一樣，測量的工況、環境、場合（測量位置）不一樣，節能監測主要監測的是各種鍋爐、窯爐的燃燒過程中的燃燒狀況，根據測量的這些參數判斷燃燒狀況，指導各廠家和單位整改和優化，達到節能的目的。而環保監測中監測的是最終的排放狀況，主要是脫硫、脫硝后的排放指標是否達到國家制定的環保標準。

另外有些儀器還有“儀器自帶采樣流量顯示功能”和“高效帕爾貼冷卻器帶冷凝水收集器”節能監測方法和規范里面沒有這些要求，現行國家煙氣分析儀的檢定規程（JJG968-2002）里面也沒有要求。增加這些功能的儀器價格較高（煙氣分析儀廠家都是按需生產配置功能），根據我們的工作需要，如果以后我們要拓展到環保監測領域，到時可以通過增加外置預處理器來完善這些功能。

（2）工作原理：

煙氣分析儀主要通過儀器內部的安裝的各種氣體傳感器測量出相應的氣體成分，傳感器類型有：①電化學法（也稱定電解點位法），該類型的傳感器有O2（氧氣）、CO（一氧化碳）、NO（一氧化氮）、NO2（二氧化氮）、SO2（二氧化硫）等，這種類型的傳感器一般壽命2～3年，即2～3年需要更換傳感器（壽命跟使用頻次有關，用得少的話壽命會超過3年）。②紅外傳感器，主要有CO2（二氧化碳）、CxHy（碳氫類，主要是甲烷（CH4）。該類型的傳感器精度高，壽命8～10年，但價格較高。

（3）儀器參數：

①儀器可測量 O2、CO、CO2、NO、NO2、SO2、CxHy（CH4）、H2S 等煙氣參數，可同時測量8種煙氣參數。根據節能監測標準，涉及到煙氣分析儀的規范有13種。根據規范要求，需要測量O2、CO、RO2（三原子氣體，含CO2+SO2）、燃氣鍋爐需要測量 CxHy（碳氫類氣體，主要是甲烷（CH4），另外，對應目前環保要求，需要測量 NOx（NO+NO2），所以需要配置 O2、CO、NO、NO2、SO2、CO2、CxHy、H2S 等 8 個測量組分，且要求同時測量，另外根據規范要求環境溫度和煙氣溫度要同時測量。因為節能是各種工況都有，所以配備含8種組分的煙氣分析儀才能滿足節能監察的工作要求。

②CO2為實測值，非計算值。儀器可以計算CO2值，但是計算CO2的公式中需要用到燃料的CO2maxVol.%，以及對應的燃料的A1（燃燒效率系數），B（校正系數）這兩個系數，目前我們國家的燃料類型的這些參數并沒有標準。比如同樣是煤，貴州產的和合山產的這些系數就差別很大，代入不同的系數，計算結果差別較大，所以采用儀器內置傳感器直接測量，消除燃料類型不同帶來的計算CO2誤差。

③有完善的儀器狀態自檢功能：保證儀器的快速、正常使用。

④帶密封檢漏、煙道中心定位功能：密封檢漏：儀器主機和采樣管線、采樣探管之間采用快速連接，儀器多次使用中會有插拔，如接觸不好會造成管路密封不好，造成有空氣吸入，分析成分不準確（O2偏高，其它成分偏低），儀器帶有密封檢漏功能可消除這種影響煙道中心定位：對于大的煙道，中心點和邊緣點的測量值會有差別，一般測量時盡可能采取煙道中心點的測量值，所以需要有煙道中心定位功能。

⑤Mini-USB用于數據傳輸和儀器充電。

⑥優化設計的氣水分離器和煙塵過濾器。

⑦帶CO（H2補償）傳感器清洗保護泵，保護CO傳感器。

⑧菜單導航軟件和功能鍵，用戶能自定義顯示和打印界面。

⑨儀器至少能存儲8500組數據，且可安裝附加的存儲卡擴展存儲。

5 照度計、便攜式照度計

（1）功能與作用：

光照強度是指單位面積上所接受可見光的光通量（能量），簡稱照度，單位勒克斯（Lux或Lx）。用于指示光照的強弱和物體表面積被照明程度的量。精密數字照度計是用來測量光照強度的專業設備，應用于規劃、安裝、測試以及監視照明系統，也可用于衛生、生理、心理或者健康的醫療照明條件測量。在對照明系統進行節能監察工作時，需要對賓館、商廈、道路、隧道、機場等領域的照明系統進行專業的光學測試，并出具官方權威的監察報告。主要應用如下：

①應急照明系統測試，如應急照明燈；②用于生產設施，辦公場所以及醫院等檢修和維護；③街道、運動場所、園林公園照明設施測試如路燈；④光源制造過程質量控制和保障；⑤燈光設計和建筑規劃燈光效果測試；⑥農業及林業領域照度測試。

（2）照度計示值誤差±1%

國家權威的節能監察檢測，需要使用優于或符合國際和國家標準的測試儀器。而照度計示值誤差，正是考量儀器是否遵照官方的技術標準的最重要參數。使用精度高達±1%的照度計，才可用于出具認證證書和官方權威照度檢測。

（3）余弦特性誤差：f2：±2%

有顏色校正功能的硅光二極管，即其頻譜響應與人眼的白晝視覺匹配V（λ），光譜光視覺率V（λ）偏差f1＜3%；對一定角度的入射光進行余弦校正，余弦矯正特性f2≤2%。這樣才能可靠測量日光或人造光源的照度。

（4）分辨率 0.01Lx，0.001fc

分辨率顯示儀器能夠檢測到被測量最小變化量的能力。對于用來測量非常微弱的光源，如應急照明燈，就需要具備高達0.01Lx（0.001fc）分辨率的照度計。

（5）測量范圍（0.01～199000）Lx，（0.001～19990）fc

由于需要應對各種不同的測試環境，如體育館、公共廣場大型照明設施、車頭燈等，需要寬泛的測量范圍，無需額外的附件，即可測量極高的光照強度，甚至最亮的日光。

（6）2次/s采樣率，100個獨立測量值存儲

2次/s的采樣率可以實時捕捉變化的光源信號，得到真實有效的測試結果。由于需要攜帶儀器外出，在各種不同環境下進行節能監察檢查，測試結果直接記錄在儀器中，數據可通過USB傳輸到電腦，再整理分析數據得出報告。

（7）精度等級

依據DIN5032-7（光度測量法.光照度計和光通量計的分類）和DINEN13032-1的標準要求，對照度計進行B級精度和C級精度的分級，測量結果保證在標準規定的誤差限制內，確保使用該設備在執行節能監察、質量檢查、參考測量以及評估的有效性。

（8）亮度范圍測量范圍1～1999000cd/m2

亮度是指發光表面在指定方向的發光強度與垂直且指定方向的發光面的面積之比，亮度的單位是坎德拉/平方米（cd/m2）。其用來描述反射光或者發光物體對人眼感知的亮度效果，光在眼睛中產生的生理效果是戶外燈光設計的主要參考因素。高精度亮度計按照應用規范，用來測量最大和最小的亮度值，保證帶有顯示屏設備或者燈具的質量要求，確保設備老化維護，優化照明均勻性。照度計安裝上亮度測量配件后即可測量亮度，而亮度計也需要具備寬泛的測試范圍，以應對以下各種不同的測試環境：

①醫療領域的圖像顯示設備屏幕監測；②街道、隧道、鐵路和機場的指示燈系統測試；③CRT、LCD、LED以及等離子顯示屏幕測試；④運動場所、公共建筑照明；⑤投影屏幕的一致性測試；⑥照明設施、燈箱和戶外廣告的亮度測量。

6 多通道熱流計

（1）功能與作用

熱流計是專業測量熱通量（熱流密度）的儀器。在工業節能監察上主要用于測量電廠熱流管道熱損失的專用儀器以及所有涉及熱力管道保溫材料熱損失測量都會涉及應用到此儀器。

熱力管道保溫性能越好，說明熱損失越小，越節能。熱流計是一款定量測試的儀器，“GB/T8174-2008設備及管道絕熱效果的測試與評價”明確提及熱流計的安裝、使用以及測試數據考量是否達標的量化依據。這對執法人員來說，操作簡單，量化清晰。

（2）性能要求

①滿足《設備及管道絕熱效果的測試與評價》（GB/T8174-2008）依照的藍本。②用于測量物體表面傳導熱流和溫度；標準里規定溫度和熱流必須同時測量。③高、低溫熱流傳感器外殼材質都為金屬材質，減少熱導率影響下的熱阻變化。金屬介質導熱率高，真實反映傳熱過程。④高、低熱流傳感器厚度都不大于3mm，接近一維傳熱模型。科學理論介紹一維傳熱是傳熱最準確，最可靠的模式，所以探頭滿足一維傳熱模型，對測量結果準確性越好。⑤熱流傳感器響應時間優于0.1s，接近實時的熱流監控。響應時間越高，越真實反映熱流測試結果。⑥熱流量程：0～3000kW/m2，精度優于示值的5%，熱流分辨率優于1.2W/m2，標準里有精度要求。⑦熱流傳感器工作溫度范圍（非內置熱電偶溫度范圍）：-250～980℃，并內置熱電偶，標準里有高溫環境的測試參考。

還有一些小型的設備在這就不做一一介紹了。