熱量表準(zhǔn)確度測試管理論文

時(shí)間:2022-07-15 04:35:00

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熱量表準(zhǔn)確度測試管理論文

摘要:熱量表是供熱計(jì)量收費(fèi)的關(guān)鍵問題之一。本文提出了熱量表準(zhǔn)確度的整體測試方法和測試設(shè)備原理,這種測試方法周期短、精度高、測試簡單,對(duì)促進(jìn)我國熱量表的發(fā)展有現(xiàn)實(shí)意義。

1熱量表準(zhǔn)確度測試的現(xiàn)狀

計(jì)量收費(fèi)已經(jīng)成供熱中的一個(gè)熱點(diǎn)問題,它的成敗與否已經(jīng)成為關(guān)系到供熱事業(yè)生存和發(fā)展的根本問題。因此最近兩年的時(shí)間內(nèi),國內(nèi)供熱行業(yè)已經(jīng)開始了計(jì)量收費(fèi)和分戶供暖的工程改造。在未來的幾年時(shí)間內(nèi),舊系統(tǒng)改造和新系統(tǒng)建設(shè)如何實(shí)現(xiàn)計(jì)量收費(fèi)將肯定成為國內(nèi)供熱工作的重中之重。這方面顯示出的強(qiáng)大的商業(yè)機(jī)會(huì)不僅刺激了國外的各大廠商紛紛進(jìn)入中國推廣自己的熱計(jì)量設(shè)備,而且國內(nèi)許多生產(chǎn)和研究機(jī)構(gòu)也在不斷開發(fā)和生產(chǎn)這方面的設(shè)備。從目前情況看,熱量表生產(chǎn)廠家國內(nèi)外已超過30家,而且其數(shù)量還在不斷的增加之中。

現(xiàn)在電表和水表的準(zhǔn)確度,在國內(nèi)已經(jīng)形成了一套完整的檢測和認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng),而且以法律的形式規(guī)定下來。一個(gè)家庭一年中消耗熱量的費(fèi)用(供暖費(fèi))比電費(fèi)、水費(fèi)和煤氣費(fèi)的總和還要多。所以說,相對(duì)于水和電費(fèi)更昂貴的熱量消費(fèi)而言,熱量表準(zhǔn)確度的測試就顯得更為重要。現(xiàn)在我國的供熱計(jì)量也剛剛開始起步,計(jì)量單位還沒有成型的熱量表準(zhǔn)確度測試裝置。因此,如何方便可靠地進(jìn)行熱量表準(zhǔn)確度的測試,建立怎樣的熱計(jì)量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和裝置都是當(dāng)前一項(xiàng)重要和緊迫的課題。

國外已經(jīng)進(jìn)行計(jì)量供熱幾十年,尤其在歐洲,供熱熱計(jì)量全部都以法律的形式確定下來,形成了一套從運(yùn)行、生產(chǎn)、管理到司法完整的社會(huì)保障系統(tǒng)。而國內(nèi)還處在起步階段,所制定的標(biāo)準(zhǔn)主要還是依據(jù)歐洲的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。而從國外直接引進(jìn)成套的測試裝置,則需要幾十萬或者上百萬的人民幣,不僅價(jià)格昂貴,而且受測試周期限制,無法應(yīng)用于國內(nèi)的熱量表的大規(guī)模生產(chǎn)和檢測。

2熱量表準(zhǔn)確度分項(xiàng)測試方法

對(duì)于熱量表準(zhǔn)確度的測試,歐洲一般采用分項(xiàng)測試的方法。即熱量表測試時(shí),分別按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)溫度傳感器、流量傳感器和計(jì)算器的準(zhǔn)確度分別進(jìn)行測試。測試完成后,由得到的各個(gè)部件的準(zhǔn)確度計(jì)算得出熱量表的整體準(zhǔn)確度。

影響廣泛的OIMLR75《世界法定計(jì)量組織75號(hào)國際建議:熱量表》和詳盡EN1434:1997《歐洲標(biāo)準(zhǔn):熱量表》都建議采用采用分項(xiàng)測試的方式。如OIMLR75規(guī)定:

流量傳感器:最大允許測量誤差為3%

計(jì)算器+溫度傳感器:最大允許測量誤差為±(|E|-3%)

其中E為表1中各級(jí)表的總體誤差要求。

分項(xiàng)測試就是對(duì)每個(gè)部件采用相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行準(zhǔn)確度控制。這種檢測方法會(huì)帶來各方面的不便。在歐洲,為了保證熱量表總體的準(zhǔn)確度要求,很多國家對(duì)于溫度傳感器的準(zhǔn)確度都單獨(dú)做了規(guī)定,因?yàn)闆]有一個(gè)統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)來滿足要求。

表1熱量表分項(xiàng)測試準(zhǔn)確度分級(jí)(歐共體)

T(℃)誤差限

2級(jí)4級(jí)5級(jí)

△t<10±4%±6%(8%)±8%(10%)

10≤△t<20±3%±5%(7%)±7%(9%)

20≤△t±2%±4%(6%)±5%(7%)

(注:當(dāng)流量在0.1Ln以下時(shí),取括號(hào)內(nèi)給出的誤差限;Ln為熱表工作流量)

不難想象,把一塊熱量表分成幾項(xiàng)來測試,工作比較繁瑣,而且測試周期大大增加。在測試的時(shí)候,要求根據(jù)不同的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選擇符合要求的測試儀表,再去按照各自的測試標(biāo)準(zhǔn)分別檢測,使他們分別達(dá)到規(guī)定的要求;其次其測試結(jié)果不直觀,因?yàn)椴荒苤苯咏o出熱量表的整體誤差,而要根據(jù)各部件測試的結(jié)果,通過誤差合成來確定總的誤差;再次,這種測試方法不適用于緊湊型的整體熱量表。

3熱量表準(zhǔn)確度整體測試方法

針對(duì)于現(xiàn)行熱量表分項(xiàng)測試的弊端,整體測試來檢測熱量表的準(zhǔn)確度有著許多優(yōu)點(diǎn)和先進(jìn)性。首先測試不需要分解熱量表的各個(gè)部件,直接依次檢測出熱量表的整體準(zhǔn)確度,節(jié)省了大量的時(shí)間和工作量,其次對(duì)于緊湊型的熱量表,可以檢測出其結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)誤差。其測試準(zhǔn)確度完全可以滿足2、3級(jí)熱量表的要求,且方法簡便快捷,非常適合廠家出廠時(shí)的檢驗(yàn)。

3.1熱量表準(zhǔn)確度整體測試裝置

熱量表準(zhǔn)確度整體測試是根據(jù)熱平衡原理,即理論上熱量表的示值應(yīng)等于加熱量,如圖1示,該裝置由保溫水箱、電加熱器、風(fēng)機(jī)盤管、水泵、初調(diào)用的浮子流量計(jì)和待測熱量表組成。電熱裝置加熱保溫水箱內(nèi)的水,升溫后的水經(jīng)熱量表的供水管流出,進(jìn)入風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行冷卻,然后再經(jīng)水泵、熱量表的回水管后返回保溫水箱。

為了使流量穩(wěn)定和方便各個(gè)工況流量調(diào)節(jié),設(shè)置變頻熱水循環(huán)泵。水箱出口和入口安裝溫度傳感器觀察水溫。熱量表安裝在保溫水箱的出入口上,熱量表和水箱之間的管道盡量短并很好保溫,盡量減少其引起的散熱損失。

為了使保溫水箱散熱盡量少,應(yīng)進(jìn)行絕熱處理,其漏熱量應(yīng)降到測試工況加熱量的1%以下。在保溫箱體的內(nèi)側(cè)和外側(cè)布置電熱堆,作為漏熱測試用。在對(duì)熱量表準(zhǔn)確度進(jìn)行正常測試前,必須對(duì)保溫水箱做漏熱實(shí)驗(yàn)測試。

3.2熱量表準(zhǔn)確度整體測試的原理

根據(jù)能量守恒原理,熱量表準(zhǔn)確的計(jì)量值應(yīng)由下式確定:

(1)

式中:Q–熱量表示值(kWh)

E–電加熱器輸入電能(kWh)

E–測試開始和終止時(shí)水箱及水的內(nèi)能變化量(kWh)

Q1–保溫水箱、水箱與熱量表之間的管路漏熱損失(kWh)

(2)

式中:-水箱(水)的熱容量,kWh/℃

t1、t2-測試開始、終止時(shí)水箱(水)的溫度,℃

在測量過程中,E使用1‰或則更高準(zhǔn)確度(0.5‰)的電能表準(zhǔn)確的測定。這樣,只要準(zhǔn)確測定熱量表測試周期內(nèi)保溫水箱漏熱量和水箱(水)的內(nèi)能的變化,就可以準(zhǔn)確的知道熱量表的熱量檢定值Q,再根據(jù)被檢熱量表的顯示值Qb,由下式:

(3)

可以計(jì)算出熱量表的準(zhǔn)確度。因此測量的關(guān)鍵是漏熱量和水箱(水)的內(nèi)能變化的準(zhǔn)確測定。

3.3保溫水箱漏熱量的測定及其它

保溫水箱漏熱試驗(yàn)按照保溫容器漏熱測試方法進(jìn)行。做漏熱試驗(yàn)時(shí),關(guān)閉水箱出口和入口閥門,調(diào)整加熱功率,使水箱水溫穩(wěn)定在某一數(shù)值。當(dāng)水箱內(nèi)水溫波動(dòng)在±0.3℃內(nèi)時(shí),可以認(rèn)為系統(tǒng)穩(wěn)定。記錄穩(wěn)定后的水溫和空氣溫度的熱電堆電位差、功率表的讀數(shù)――此時(shí)即為水箱的漏熱量,通過多工況測量得出水箱漏熱量與上述電位差相關(guān)的漏熱特性方程。

當(dāng)開始時(shí)水箱(水)的溫度和終止的溫度不相同時(shí),水箱(水)的內(nèi)能就發(fā)生了變化。為準(zhǔn)確測出這一變化量DE,應(yīng)準(zhǔn)確知道水箱(水)的熱容量、t1和t2。水溫t1、t2可以用高精度溫度計(jì)測出,而水箱(水)的熱容量必須通過試驗(yàn)來確定。為此,首先測出t1,然后迅速加熱使水溫在短時(shí)間內(nèi)升到要求值,停止加熱并測量t2和記錄電加熱量。此電加熱量除于(t2-t1)即得到熱容量。

浮子流量計(jì)是用于初步選擇流量在某一范圍內(nèi)即可,由此不需要準(zhǔn)確測量,因?yàn)樵谏鲜鰷y試原理中并不需要流量。

3.4熱量表準(zhǔn)確度測試過程

首先啟動(dòng)水泵,然后打開電加熱器對(duì)水箱中的水進(jìn)行加熱。觀察浮子流量計(jì),調(diào)節(jié)水泵的流量相對(duì)穩(wěn)定在設(shè)定值附近,再調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,使水箱中的出水水溫恒定在設(shè)定值附近。當(dāng)工況穩(wěn)定后,開始測試熱量表的準(zhǔn)確度,即開始計(jì)量加入水的加熱量(電能表初始讀數(shù))、熱量表的初始讀數(shù)、水箱初始水溫t1、水溫和空氣溫度的熱電堆電位差。當(dāng)測試結(jié)束時(shí),再記錄電能表終止讀數(shù)、水箱內(nèi)水的終止水溫t2。測試過程中,計(jì)算機(jī)根據(jù)水溫和空氣溫度的熱電堆電位差,通過上述試驗(yàn)得到的漏熱特性方程不斷計(jì)算而得到總漏熱量Q1;又由測得的t1和t2以及上述試驗(yàn)所確定的熱容量求出內(nèi)能變化量E。這樣,電能表記錄所消耗的電量,扣除水箱漏熱Q1和內(nèi)能變化量E就應(yīng)該是熱量表的真值。將此值與熱量表的示值進(jìn)行比較就得出熱量表的準(zhǔn)確度。

很好的處理漏熱量和內(nèi)能變化量的測定,可以使測試臺(tái)的整體誤差控制在0.3%之內(nèi)。

這種測試方法大大提高了測試效率。在測試過程中無須去關(guān)心熱量表每一組成部件的準(zhǔn)確度,由于最終需要的是熱量表的總體誤差,所以只要熱量表的整體誤差滿足要求就行了。與分項(xiàng)測試方法相比,整體測試法省去了許多中間過程,測試起來非常方便,最后得到的結(jié)果也很直觀,其測試結(jié)果比分項(xiàng)測試再去合成求熱量表的總體誤差更具合理性,其讀數(shù)就是熱量表的真實(shí)誤差。測試裝置的準(zhǔn)確度可以達(dá)到被測3級(jí)熱量表準(zhǔn)確度的1/5,完全滿足了測試標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.5熱量表整體測試的工況設(shè)定

熱量表的整體測試裝置可以方便的設(shè)置各種工況,即可以設(shè)置定工況實(shí)驗(yàn),也可以靈活的設(shè)置變工況實(shí)驗(yàn)。

進(jìn)行變工況實(shí)驗(yàn),完全可以在有限的時(shí)間內(nèi)模擬冬天采暖季節(jié)的系統(tǒng)運(yùn)行情況,考察熱供水溫度(例如95℃),在作變工況實(shí)驗(yàn)時(shí)流量也逐漸增加到系統(tǒng)最大流量,當(dāng)達(dá)到溫度和流量最大時(shí),再分階段減小水泵和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,直至出水水溫又穩(wěn)定恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)開始的溫度。實(shí)驗(yàn)中,各個(gè)階段系統(tǒng)參數(shù)所占的時(shí)間比率和實(shí)際采暖季節(jié)中各個(gè)系統(tǒng)參數(shù)所占的比率完全一致。

4兩種檢測方法比較

以上兩種檢測方法,各有其特點(diǎn)和適用場合。分項(xiàng)測試方法可以檢測每一個(gè)部件的準(zhǔn)確度,對(duì)于開發(fā)產(chǎn)品非常有用,同時(shí)特別適合于產(chǎn)品的型式檢驗(yàn);而整體測試方法注重于整體、不關(guān)注每個(gè)部件的準(zhǔn)確度,因其測試簡單、周期短、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定且投資比較節(jié)省,因此特別適合于出廠批量檢驗(yàn)。