熱功率比較法檢定熱量表可行性探討及方法推薦

高莉

濟(jì)寧市計(jì)量測試所 山東濟(jì)寧 272000

1 熱量表的檢定方式和檢定方法

國家計(jì)量檢定規(guī)程、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的熱量表的檢定方法有總量檢定和分量檢定兩種?？偭繖z定是對熱量表的熱量值直接進(jìn)行檢定的方法；將組成熱量表的流量傳感器、溫度傳感器和積算儀的參數(shù)視為熱量的分量，按照分量或分量組合分別檢定的方法就是分量檢定法。

熱量表的分量或分量組合檢定方便制造廠分別檢定熱量表的各個(gè)分量，檢定合格后再進(jìn)行組裝，提高制造廠的生產(chǎn)效率，便于分析各分量的具體精度。在產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品升級和型式評價(jià)過程中，當(dāng)整體精度達(dá)不到要求時(shí)，可以分析熱量表的哪個(gè)部件存在問題。但其測試周期長、成本高，不適合量產(chǎn)熱量表出廠時(shí)的精度測試和法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)的首次強(qiáng)制檢定。對于不能拆卸的整體式熱量表，這種檢測方法無法實(shí)現(xiàn)。所以在交易交接過程中測量結(jié)果不直觀，對供熱方或用戶方?jīng)]有直觀的參考意義。

總量檢定法是熱量表各部分的精度不涉及檢測過程，而是測量熱量表的整體誤差。測試結(jié)果包括各傳感器的測量誤差及其相互影響。測量效率高，結(jié)果直觀，更接近熱量表的實(shí)際運(yùn)行情況。由于其明顯的優(yōu)勢，第一次法定計(jì)量機(jī)構(gòu)強(qiáng)制檢定一般采用總量檢測法。

2 熱功率比較法檢測原理及可行性分析

2.1 原理

綜合以上兩種方法的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有熱量表及熱量表檢測裝置的技術(shù)現(xiàn)狀，筆者提出了一種總量檢定法基礎(chǔ)上的改進(jìn)方法：熱功率比較法。其具體原理為：將總量檢定方法中，被檢熱量表與熱量表檢測裝置的累積熱量的比較轉(zhuǎn)換為對瞬時(shí)熱功率的比較，在檢定過程中，避免了時(shí)間參量對檢測結(jié)果的影響[1]。

其理論依據(jù)為：熱量相對誤差Ei計(jì)算公式為

在一次檢定過程中，熱量表和熱量表檢測裝置的計(jì)量保持同步，式（1）右邊分子分母分別除以檢測時(shí)間t，根據(jù)功率的定義，可得式（2）

從上述變換過程可以看出，熱量相對誤差計(jì)算過程由累積熱量Q這一有關(guān)時(shí)間的參數(shù)直接轉(zhuǎn)換為與測量時(shí)間無關(guān)的參數(shù)瞬時(shí)熱功率P。

2.2 可行性分析

（1）中討論了熱功率比較法原理上的可行性，本部分分析該方法在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。熱量的計(jì)算公式為

式中：Q——釋放的熱量，J或kW·h；

q——流經(jīng)熱量表中載熱液體的質(zhì)量流量，kg/s；

Δh——熱交換回路中入口溫度與出口溫度對應(yīng)的載熱液體的比焓值差，kJ/kg；

t1、t2——起始、結(jié)束時(shí)間，s。

在熱量表檢定系統(tǒng)中，Δt取值足夠小，得以保證在Δt范圍內(nèi)，qv、ρ、Δh可視為常數(shù)，熱量表及熱量表檢測裝置中熱量的計(jì)算公式由連續(xù)函數(shù)式（3）變?yōu)殡x散函數(shù)：

則其瞬時(shí)熱功率計(jì)算公式為

從式（6）、式（7）可看出，熱功率比較法的影響參數(shù)同樣是瞬時(shí)流量qm（或qv、密度ρ）與焓差Δh。采用該方法，無需增加額外的測量。事實(shí)上，現(xiàn)在許多熱量表廠商已在其產(chǎn)品中增加了熱功率測量、顯示功能[2]。

標(biāo)準(zhǔn)表法熱量表檢測裝置采用熱功率比較法檢測時(shí)，待流量、溫度穩(wěn)定后，直接從熱量表和測量軟件中讀取被測熱量表和標(biāo)準(zhǔn)裝置的熱功率，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測，減少了靜態(tài)讀數(shù)法在流量階躍階段的測量誤差，且在一批熱量表檢測過程中，除去夾卸熱量表的裝、拆階段，減少裝置表前、表后閥門的開閉動(dòng)作，只需流量調(diào)節(jié)閥對檢測流量進(jìn)行調(diào)整，大大減少了閥門反復(fù)開閉對裝置的影響，提高了裝置的使用壽命。質(zhì)量法熱量表檢測裝置綜合累積流量qm與測量時(shí)間t得出平均熱功率Pc，對被測熱量表的瞬時(shí)熱功率進(jìn)行采樣得到平均熱功率Pd，按照式（2）可得到測量誤差。采用該檢測方法，理論上只需滿足天平的最小秤量值，熱量表顯示分辨力引入的不確定度影響可以忽略。

質(zhì)量法熱量表檢測裝置，被檢表取樣時(shí)間一般也為1min，最短檢測時(shí)間取決于天平的最小秤量，一般天平量程的20%～80%為其最佳稱量范圍，對配置10kg天平的熱量表檢測裝置，稱量2kg耗時(shí)2.4min，省時(shí)3.6min。可見，熱功率比較法在熱量表首次檢定及質(zhì)量檢驗(yàn)過程中，在保證準(zhǔn)確度的前提下，大大縮短了檢測用時(shí)，提高了工作效率[3]。

3 結(jié)語

由以上分析可知，現(xiàn)有的熱量表或熱量表檢測裝置可以在沒有附加測量參數(shù)的情況下實(shí)現(xiàn)熱功率的測量。實(shí)現(xiàn)熱功率測量功能的熱量表或熱量表檢測裝置具有熱功率的實(shí)時(shí)顯示，熱功率比較法可以實(shí)現(xiàn)熱量表的動(dòng)態(tài)檢測，適應(yīng)當(dāng)前實(shí)際流量測量的發(fā)展趨勢。

熱功率比較法的檢測方法綜合了總量檢測的優(yōu)點(diǎn)，在總量檢測的基礎(chǔ)上通過對計(jì)算公式的變換，減少了時(shí)間參數(shù)在總量檢測方法中的參與。在保證測量精度的基礎(chǔ)上，大大提高了熱量表的檢測效率，有效地實(shí)現(xiàn)了熱量表的批量檢測，為熱量表生產(chǎn)廠家和計(jì)量檢定部門提供一種方便快捷的檢測方法。因此，在標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程的修訂過程中，增加熱量表和熱量表檢測裝置的熱功率顯示功能，從而為提高熱量表產(chǎn)品質(zhì)量和政府計(jì)量行政部門的有效監(jiān)管提供保障。