熱量表檢定方式及檢定結(jié)果影響因素研究

趙振華

（太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030000）

集中供熱是我國北方地區(qū)跨過寒冬的關(guān)鍵手段，這也是國民對供熱系統(tǒng)越來越關(guān)注的重要原因。在過去幾年，供熱系統(tǒng)主要是以建筑面積為標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行費(fèi)用收取的，隨著時代的發(fā)展和技術(shù)的更新，此種收費(fèi)方式的不合理性也逐步顯露。現(xiàn)階段，越來越多的城市已經(jīng)將熱能當(dāng)作一種可以計(jì)量的商品來進(jìn)行出售，其中用于計(jì)量熱能的儀表便是熱量表。熱量表準(zhǔn)確的熱能供應(yīng)不僅關(guān)乎居民取暖費(fèi)用的收取和繳納，更是關(guān)乎整個供熱系統(tǒng)的工作效率，因此加大對熱量表檢定力度，提高熱量表的準(zhǔn)確性是供熱公司發(fā)展的必然路徑。

1 熱量表

1.1 熱量表概述

熱量表是測量熱量的一種計(jì)量工具，該種工具在實(shí)際熱量的測量過程中主要是對管路當(dāng)中載熱介質(zhì)所釋放的熱量進(jìn)行測量。根據(jù)熱量表的結(jié)構(gòu)可以將其分為組合式熱量表和一體式熱量表，前者是配備獨(dú)立的流量傳感器、溫度傳感器和計(jì)算機(jī)等；后者是將流量傳感器、溫度傳感器、計(jì)算機(jī)等集成為一體的形式。在實(shí)際的工作過程中，工作人員將熱量表的溫度傳感器安裝在供熱管路的入口和出口處，將流量傳感器安裝在入口或出口的地方，經(jīng)過傳感器各項(xiàng)數(shù)據(jù)的收集，之后經(jīng)過溫度差以及流量的綜合計(jì)算，能夠顯示出載熱介質(zhì)在入口和出口之間所釋放的熱量值。

1.2 熱量表的分類

1.2.1 機(jī)械式熱量表

機(jī)械式熱量表是最傳統(tǒng)的一種熱量表，目前常見的機(jī)械式熱量表有葉輪式熱量表，該種熱量表的實(shí)際工作過程主要是依靠測定葉輪的轉(zhuǎn)速以及其中介質(zhì)的流量來計(jì)算熱量值。根據(jù)葉輪式熱量表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還可以將其奉為單流束葉輪式熱量表和多流束葉輪式熱量表。其中單流束的熱量表在實(shí)際的應(yīng)用過程中，由于水流沖擊力較大，并且沖擊力分布不均勻，因此葉輪的使用壽命較短，而多流束熱量表相較壽命較長。除此之外，根據(jù)葉輪的形式不同也可以將熱量表分為螺翼式葉輪流量表和旋翼式葉輪流量表。通常情況下，管徑在φ15～φ40 mm 之內(nèi)的供熱管路所選用的熱量表為旋翼式熱量表，管徑在φ50～φ300 mm 之間的供熱管路所選用的熱量表為螺翼式熱量表。相比較其他類型的熱量表而言，機(jī)械式熱量表的初始投資較低，但對其中內(nèi)部軸承要求較高，并且對載熱介質(zhì)的純凈度有較高的要求，如果其中含有大量的雜質(zhì)將會導(dǎo)致葉輪卡頓，進(jìn)而影響到熱量表的正常運(yùn)行。

1.2.2 超聲波熱量表

超聲波熱量表是當(dāng)前熱力系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用較為先進(jìn)的熱能檢測儀器，該種儀器在實(shí)際的應(yīng)用過程中主要利用超聲波發(fā)送和接收裝置來查看超聲波在載熱介質(zhì)當(dāng)中順流和逆流的傳播時間差，進(jìn)而計(jì)算出熱能。根據(jù)超聲波的聲波反射原理可以得知，可以直接將其分為直射式超聲波熱量表和反射式超聲波熱量表，前者主要應(yīng)用在大口徑供熱管路當(dāng)中的熱能測量，后者主要應(yīng)用在小口徑管路當(dāng)中的熱能測量。相比較傳統(tǒng)機(jī)械式熱量表，超聲波熱量表并無機(jī)械葉輪轉(zhuǎn)動，不會產(chǎn)生機(jī)械磨損，后期維護(hù)成本較低，但前期投入相對較高。

1.2.3 電磁式熱量表

在熱交換系統(tǒng)當(dāng)中，測量載熱介質(zhì)釋放出的熱量主要應(yīng)用的是電磁式熱量表，該種熱量表主要依靠高精度電磁流量計(jì)進(jìn)行介質(zhì)流量測量，并且在電磁式熱量表當(dāng)中集成了高精度的鉑金電阻對載熱介質(zhì)進(jìn)行溫度測量，因此電磁式熱量表具有更高的測量性能。現(xiàn)如今，一體式電磁式熱量表是當(dāng)前市場中最常見的電磁式熱量表，其測量進(jìn)度較高，應(yīng)用可靠性和穩(wěn)定性有極大的提升，但相比較超聲波熱量表和機(jī)械式熱量表，該種熱量表的價格更高。

2 熱量表檢定方式

2.1 外觀檢測

外觀檢測是熱量表檢定過程中最基礎(chǔ)的檢查手段，通常采用目測的方式觀察熱量表外觀是否出現(xiàn)損壞、玻璃有無裂縫、內(nèi)部是否包含有灰塵等。除此之外，在檢查過程中還需要對熱量表的銘牌信息、殼體的防水性能、安裝位置信息、顯示內(nèi)容等進(jìn)行檢查，在確保外觀無任何損壞后進(jìn)行下一步檢查。

2.2 運(yùn)行檢查

運(yùn)行檢查時熱量表檢定過程中最重要的內(nèi)容。在檢驗(yàn)過程中，首先需要將熱量表安裝在熱量標(biāo)準(zhǔn)裝置上，之后打開檢測裝置，在通水幾分鐘后查看熱量表是否正常運(yùn)行，在關(guān)閉水流后查看熱量表是否停止。

2.3 密封性檢查

良好的密封性是熱量表正常運(yùn)行的關(guān)鍵，在對熱量表密封性進(jìn)行檢驗(yàn)時，需要將其安裝在熱量檢定標(biāo)準(zhǔn)裝置上，在其中通入（60±10）℃的熱水，通水時間持續(xù)5 min 以上，并且通水壓力調(diào)節(jié)為該熱量表的公稱壓力，之后關(guān)閉閥門。經(jīng)過10 min 后，熱量并無泄露、滲漏等問題的發(fā)生，則表面熱量表密封性檢查合格。

2.4 熱量表顯示數(shù)值檢定

在對熱量表顯示數(shù)值進(jìn)行檢定之前，檢定工作人員需要明確熱量表的精度等級，目前市面上常見的有1 級表、2 級表、3 級表三個等級。在不同應(yīng)用條件下不同精度的熱量表誤差要求也有所不同。因此，熱量表的精度等級并不是一個固定的數(shù)值，因此需要確定熱量表的精度。

2.4.1 一體式熱量表的計(jì)量精度

一體式熱量表是將所有的模塊集成在熱量表內(nèi)部當(dāng)中，因此計(jì)量誤差也沒有邏輯上的判斷，其精度需要由標(biāo)準(zhǔn)裝置統(tǒng)一給出。

1 級表最大允許相對誤差：

2 級表最大允許誤差：

3 級表最大允許誤差：

式中，E 代表最大允許相對誤差；Δθmin代表最小允許溫差；Δθ 代表溫差，即熱交換回路當(dāng)中載熱介質(zhì)入口和出口的溫度差；qp代表常用流量，即熱量表在測量范圍內(nèi)所允許可以連續(xù)運(yùn)行的最大流量；q代表流量。

2.4.2 組合式熱量表的計(jì)量精度

如上文所述，組合式熱量表意主要是有流量傳感器、溫度傳感器以及計(jì)算器所構(gòu)成的，因此其精度是由三部分共同構(gòu)成。

（1）流量傳感器誤差。

1 級表流量傳感器誤差：

2 級表流量傳感器誤差：

3 級表流量傳感器誤差：

（2）溫度傳感器誤差。

在實(shí)際的應(yīng)用過程中，溫度傳感器是熱量統(tǒng)計(jì)最關(guān)鍵的部分，因此其溫差誤差應(yīng)當(dāng)滿足Eθ=±（0.5+3＊Δθmin/Δθ）%，單個溫度傳感器的誤差應(yīng)當(dāng)滿足Eθ=±（0.03+0.05＊|θ|）℃。

（3）計(jì)算器誤差。

計(jì)算器誤差應(yīng)當(dāng)滿足

2.5 總量檢定

總量檢定是對熱量表的總體反應(yīng)數(shù)值進(jìn)行檢定。此項(xiàng)檢定工作應(yīng)當(dāng)在JJG225-2001《熱能表檢定規(guī)程》的標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行。在實(shí)際的檢定過程中，檢定工作人員需要在（50±5）℃的水溫下，保持水流流量進(jìn)行熱量檢測，通常檢測次數(shù)為三次，以三次數(shù)據(jù)的平均結(jié)果來判定熱量表顯示數(shù)值是否合格，如果檢測的平均誤差數(shù)值不超過最大允許誤差，且其中兩組數(shù)據(jù)誤差沒有超過最大允許誤差，則表面熱量表合格。

2.6 分量檢定

分量檢定是對熱量表的各個部分進(jìn)行檢定，通過對每一部件的誤差檢定來計(jì)算整體誤差，以此來判斷熱量表的測量性能。此項(xiàng)檢定需要在JJG225-2001《熱能表檢定規(guī)程》的標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行。在檢定溫度傳感器時，需要將熱量表的溫度傳感器插入到恒溫水槽當(dāng)中，通常情況下溫度傳感器需要浸沒在水批評面下300 mm 處，并且在其中保持15 min，檢定過程中溫度傳感器的溫度變化應(yīng)當(dāng)保持在0.1 ℃以內(nèi)。而流量檢定主要是在溫度為（50±5）℃下進(jìn)行的，將流量傳感器置于管路當(dāng)中，每個流量點(diǎn)需要檢定以此，如果第一次檢定誤差大于最大允許誤差，可以做第二次，最總以三次誤差平均值來判定流量傳感器的誤差。計(jì)算器檢定在每一個檢定點(diǎn)最少檢定兩次。

2.7 重復(fù)性

重復(fù)性檢定條件，測量流量點(diǎn)qp，測量次數(shù)為3 次。

重復(fù)性：

式中：vdj、vcj代表流量點(diǎn)qp處流量傳感器第j次檢定到的介質(zhì)流量與約定真值（j=1、2、3）。

2.8 檢定周期

通常情況下，熱量表的檢定周期在三年以內(nèi)。在檢定通過后相關(guān)部門需要簽發(fā)檢定合格證書，對于檢定不合格的熱量表，相關(guān)部門需要簽發(fā)不合格通知書，并且指明不合格點(diǎn)。

3 熱量表檢定結(jié)果影響因素研究

3.1 流量傳感器檢定結(jié)果影響因素

3.1.1 擾流因素

在對熱量表進(jìn)行檢定時，其安裝位置對其檢定結(jié)果有一定的影響，并且該種因素所產(chǎn)生的誤差值會對熱量表的測量性能產(chǎn)生直接的影響。因此，在實(shí)際的檢定過程中，需要選取合適的直管來進(jìn)行匹配檢定，避免因管內(nèi)介質(zhì)流速不均勻?qū)е鲁霈F(xiàn)旋渦等畸變影響到測量結(jié)果。除此之外，如果熱量表密封情況不良也會產(chǎn)生擾流情況，因此在檢定前需要對熱量表的密封性進(jìn)行檢查，避免密封圈因長期使用出現(xiàn)老化、變形等情況。對于管段式熱量表而言，在檢定之前需要檢查熱量表管段內(nèi)部是否存在有異物和污垢，如果其中出現(xiàn)異物需要進(jìn)行清理，避免異物對水流產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致測定結(jié)果不準(zhǔn)確。

3.1.2 管道內(nèi)含有大量空氣

由于熱量表檢定標(biāo)準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)、管路布局較為復(fù)雜，在排氣過程中容易出現(xiàn)疏漏，導(dǎo)致其中含有部分氣體。因此在檢定之前，檢定工作人員需要嚴(yán)格檢查管道內(nèi)部是否含有空氣，避免其中存在有未排盡的空氣對測定結(jié)果產(chǎn)生影響。

3.1.3 水溫的影響

水溫差異會對超聲波熱量計(jì)檢定結(jié)果產(chǎn)生影響。不同的水溫下聲波傳輸速度有所不同，通常在熱量計(jì)檢定過程中水溫控制在（50±5）℃下進(jìn)行的，如果水溫發(fā)生較大的變化，會影響到聲波傳輸時間，進(jìn)而導(dǎo)致最終檢定結(jié)果發(fā)生偏差。

3.2 溫度傳感器檢定結(jié)果影響因素

現(xiàn)階段，我國在熱量計(jì)溫度傳感器檢定過程中主要采用恒溫槽、電阻測量設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)等部件構(gòu)成，在實(shí)際的檢定過程中，恒溫槽為溫度傳感器提供恒溫環(huán)境，鉑電阻與電阻測量設(shè)備測量載熱介質(zhì)溫度為（Ts1、Ts2），將此溫度與被測溫度傳感器測得的溫度（Tu1、Tu2）比較，進(jìn)而通過計(jì)算得出誤差值。在此過程中，如果恒溫槽溫度發(fā)生較大的變化，會對測量結(jié)果產(chǎn)生極大的影響。因此在檢定過程中工作人員需要保持外界溫度不會發(fā)生較大變化，其中恒溫槽內(nèi)部溫度需要恒定，在檢測過程中溫差不可超過0.1 ℃。

3.3 計(jì)算器檢定結(jié)果影響因素

在熱量表當(dāng)中，計(jì)算器檢定裝置主要有標(biāo)準(zhǔn)電阻、信號發(fā)生器等部件構(gòu)成。在實(shí)際的工作過程中，用電阻箱模擬計(jì)算器輸入的供水穩(wěn)定和回水溫度，信號發(fā)生器模擬流量信號。通過供水、回水溫度差和流量信號計(jì)算出熱量值，因此其測量結(jié)果與溫度傳感器、流量傳感器所傳輸?shù)男盘栍嘘P(guān)。檢定工作人員在對其檢定過程中需要確保傳感器的信號輸出頻率在計(jì)算器檢定范圍之內(nèi)，以此種方式提高計(jì)算機(jī)檢定結(jié)果精確度。

4 結(jié)束語

綜上所述，熱量表是供熱系統(tǒng)當(dāng)中最重要的儀表設(shè)備，其檢測精準(zhǔn)度與用戶的供熱費(fèi)用有著直接的聯(lián)系。因此，在熱量表應(yīng)用之前和應(yīng)用過程中需要進(jìn)行檢定，為了提高檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性，相關(guān)工作人員需要嚴(yán)格按照國家檢定部門所頒發(fā)的檢定流程進(jìn)行，在檢定過程中還需要加強(qiáng)對檢定結(jié)果影響因素的管控，避免其對檢定結(jié)果產(chǎn)生影響，以此來提高檢定質(zhì)量，從而確保熱量表的精準(zhǔn)工作。