超聲波熱量表的流量誤差變化研究

蔡 勤 劉敦利 黃湘來

新疆計量測試研究院（新疆 烏魯木齊 830011）

隨著國家節(jié)能減排工作的開展和熱量計量的推廣，家用熱量表已同水表、燃氣表一樣，成為商品房建設必須安裝的重要計量儀表之一。而超聲波熱量表以其功能齊全、體積較小、安裝便捷、價格適中等特點深受廣大客戶青睞。近年來，新疆計量院接收檢定的家用熱量表幾乎都是超聲波熱量表[1]。目前，按照現(xiàn)行的熱量表國家檢定規(guī)程，熱量表實行首次檢定（有效期為3 年）、到期復查的檢定方式[2]。然而，熱量表在漫長的有效期內(nèi)其誤差變化如何卻無法得知。特別是在新疆等供暖周期長、供熱量大的地區(qū)，熱量表工作時間長、流量波動大[1,3]，同時，受水質(zhì)的影響，水中雜質(zhì)、污垢的沉積等，超聲波熱量表的計量性能很難得到很好的保證。熱量表的誤差變化主要分為流量誤差和溫度誤差，這里主要研究和分析其流量誤差的變化。

1 實驗條件與方法

為了研究在用超聲波熱量表的流量誤差變化，選取了烏魯木齊市某小區(qū)安裝的準確度為2 級的500 塊超聲波熱量表進行了相關(guān)實驗。熱量表的主要技術(shù)指標見表1。

具體實驗方法：對500 塊熱量表進行首次檢定，合格后安裝使用；然后從中抽樣6 塊熱量表每年拆卸并檢定，檢定完畢后恢復安裝使用，共進行2 次；第3 年，把500 塊熱量表全部拆卸并進行復檢。由此得到6 塊熱量表的4 次連續(xù)檢定數(shù)據(jù)和其他494 塊熱量表首檢和復檢的檢定數(shù)據(jù)。分析6 塊熱量表的檢定數(shù)據(jù)，研究其流量誤差變化；同時，結(jié)合其他494 塊熱量表的檢定數(shù)據(jù)，研究復檢結(jié)果中合格的熱量表整體流量誤差變化情況。

2 實驗結(jié)果分析

對抽樣的6 塊熱量表的逐年檢定數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計（表2）。從表2 中數(shù)據(jù)可以看出，基本上每塊熱量表的每個檢定點的流量誤差絕對值都是逐年增大的，表明了熱量表的流量誤差隨使用時間的增長而逐年增大。根據(jù)檢定規(guī)程[2]，所有熱量表3 個檢定點qi（最小流量）、qt（分界流量）、qp（最大流量）的最大允許誤差分別為±4%、±2.2%、±2.02%。所以，根據(jù)檢定數(shù)據(jù)，在第3 次檢定中，樣本2 的qp檢定點誤差為2.28%，超過最大允許誤差，在第4 次檢定中，樣本2 的qp檢定點（2.56%）和樣本6 的qt檢定點（2.44%）均出現(xiàn)超差。從這一結(jié)果分析，這6 塊熱量表在使用第2 年以后的不合格率為16.7%，在使用第3 年以后的不合格率為33.3%。

表1 熱量表的主要技術(shù)指標

表2 6 個樣本不同檢定點的誤差 單位：%

針對500 塊熱量表的復檢結(jié)果，對比每一塊表的每一個檢定點的首檢數(shù)據(jù)和復檢數(shù)據(jù)，統(tǒng)計得出，在全部的1 500 個檢定點中，誤差絕對值增大的檢定點有1 422 個，占全部檢定點的94.8%，誤差絕對值減小的占4.8%，誤差不變的占0.4%，誤差超差的占8.4%，即從單個流量點分析，熱量表的不合格率為8.4%。綜合考慮熱量表的檢定結(jié)果，其不合格率為10.5%，其中包括了流量超差、物理損壞、功能缺陷等情況。同時，對比這首檢和復檢的1 500 個檢定點數(shù)據(jù)，其中全部為正值誤差的檢定點有1 230 個，占82%，說明流量計量結(jié)果比實際流量快的熱量表占絕大多數(shù)；這些正值誤差的檢定點中，誤差增大的有1 226 個，占99.7%，說明了隨著熱量表的使用，誤差絕大部分為正方向變化，即熱量表越走越快。

從以上2 個方面的實驗結(jié)果可以得出：第一，熱量表的流量誤差隨著使用年限的增加會逐漸增大，在使用后的第3 年至少有超過8%的熱量表流量誤差超差，對熱量計量工作造成很大的損失；第二，熱量表在使用中流量誤差基本呈現(xiàn)正方向變化，熱量表流量誤差為正值的情況占絕大多數(shù)，這種變化對用戶帶來逐漸增大的經(jīng)濟損失。

同時，對比抽樣逐年檢定的結(jié)果和整體復檢的結(jié)果，前者的不合格率要明顯高于后者，但兩者同樣都比較高，因此超聲波熱量表的計量準確度問題要給予足夠的關(guān)注，熱量表的定期復檢顯得十分必要和重要。

3 實驗結(jié)論與建議

根據(jù)以上的實驗結(jié)果可以看出，超聲波流量計的流量誤差隨著使用年限的增長基本上呈現(xiàn)逐年增大的趨勢，分析其原因，主要可能有3 個方面：首先，新疆的水質(zhì)偏堿，長期的高溫運轉(zhuǎn)會使得管道內(nèi)產(chǎn)生大量的污垢，從而改變了介質(zhì)的成分，影響了超聲波在介質(zhì)中的傳播速度，導致誤差逐漸增大；其次，根據(jù)長時間的觀測研究，在正常的運轉(zhuǎn)過程中，熱量表的瞬時流量基本處于最小流量到分界流量的范圍內(nèi)，流量值偏小，不能有效的沖擊和清洗管道，反而有利于污垢的附著，對熱量表傳感器的靈敏度和信號強度產(chǎn)生影響，從而影響熱量表的計量準確度；再次，新疆地區(qū)供暖周期長，每年都達半年以上，且一直保持24h 運行，在高溫循環(huán)水的長時間沖擊下，熱量表傳感器會加速老化，也會對其誤差產(chǎn)生較大的影響。

針對以上可能導致熱量表流量誤差逐漸變大的原因，這里提出3 條建議。

（1）為了保證熱量表的傳感器靈敏性，建議每年把熱量表拆卸清洗，或者用高壓水對其進行一定程度的循環(huán)沖洗。

（2）循環(huán)水中添加少量能夠中和水質(zhì)的酸性物質(zhì)，從而減少污垢的產(chǎn)生和沉積，也有利于熱量的傳輸和利用。

（3）由于全國氣候的差異性，熱量表在不同地區(qū)使用的頻率和周期也呈現(xiàn)出較大的差異，因此，檢定周期也有必要作一定程度的調(diào)整。

熱量表的周期檢定是一項艱巨的工程，特別是對于新疆等供熱面積大的區(qū)域，需要政府相關(guān)部門、計量部門用戶等多方的共同參與和實施。無論是從用戶角度考慮還是國家節(jié)能減排工作的大局出發(fā)，準確的計量結(jié)果對熱量計量都具有重要意義。

[1]張宋強,鄭云林.新疆地區(qū)供熱計量裝置現(xiàn)狀及關(guān)注的問題[J].中國計量,2012（4）：36-37.

[2]JJG 225-2001 熱量表檢定規(guī)程[S].

[3]羅洪平.熱量表檢定的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].儀器儀表標準化與計量,2011（4）：15-16.