一、裝置研制的技術(shù)依據(jù)

JJG164-2000《液體流量標準裝置》檢定規(guī)程、JJG643-2003《標準表法流量標準裝置》檢定規(guī)程、JJG225-2001《熱能表》檢定規(guī)程、JJG686-2006《熱水表》檢定規(guī)程、《美國國家標準與技術(shù)研究院新水流量校準裝置》、OIML R75-2001《熱量表》、歐洲標準EN 1434-2007《熱量表》。

二、裝置的組成及工作原理(見圖1)

<CTSM>圖1大口徑熱能表標準裝置工作原理圖</CTSM>
 

裝置主要由加熱及控溫設(shè)備、儲水容器、水泵、穩(wěn)壓容器、標準表組、流量調(diào)節(jié)閥、夾表器具、前直管段組、檢表臺、后直管段組、氣泡觀察視窗、換向器、天平組(3臺)、回水管路、電氣控制柜等組成。
 

裝置采用電子天平和標準表作為主、次標準器。啟動熱水循環(huán)系統(tǒng)，使熱水流經(jīng)被檢表并進入標準器(衡器或標準表)，調(diào)整檢定點的流量和恒溫槽的溫度；當(dāng)熱量值達到一定量后，停止熱水循環(huán)，記錄熱能表的熱能顯示值、標準器的顯示值；由流量標準值、恒溫槽的溫度、試驗段熱水的溫度及試驗管段的壓力，經(jīng)過計算得到熱能標準值，與被檢表的熱能示值相比較，從而確定熱能表的計量準確度。

三、裝置設(shè)計總體思路

1.設(shè)計思想
 

裝置采用質(zhì)量法+標準表法。裝置的標準器采用二級標準器，主標準器為電子天平，次標準器為高精度電磁流量計。
 

2.技術(shù)要求
 

裝置的建立不僅要滿足熱能表的試驗要求，還應(yīng)能擴大其使用范圍，保證質(zhì)量流量計、超聲波流量計、電磁流量計、橢圓齒輪流量計等液體流量計的檢定與試驗，使其作為國家有關(guān)標準與規(guī)程制定的技術(shù)依據(jù)，并提供可靠數(shù)據(jù)。
 

設(shè)計裝置總體流量測量范圍為(0.2～600)m3/h。質(zhì)量法用于檢測較小口徑的熱能表及流量計，其測量范圍為(0.2～120)m3/h；不確定度為U=0.1%，k=2；標準表法用于檢測較大口徑的熱能表及流量計，其測量范圍為(0.2～600)m3/h，不確定度為U=0.2%，k=2。
 

3.解決的問題
 

大口徑熱能表檢定裝置包括熱水流量標準裝置、配對溫度傳感器標準裝置和計算器檢定裝置。大口徑熱能表檢定裝置的溫度傳感器標準裝置和計算器檢定裝置，在JJG225-2001中已有明確的配套設(shè)備，大口徑熱能表標準裝置的主要研制對象是熱水流量標準裝置。研制過程中需要解決加熱方式的選擇和設(shè)計、介質(zhì)升溫、降溫、保溫、冷/熱水切換、換向器的研制開發(fā)、控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及處理的研制等。

四、裝置設(shè)計方案

1.冷熱水一體方案
 

為節(jié)約能源、降低能耗，設(shè)計裝置既可使用熱水檢測熱能表，又能使用未加熱的冷水檢測冷水水表或流量計，即冷熱水一體方案。冷水儲水池容積可以建得足夠大，而熱水裝置部分使用的介質(zhì)是熱水，需要加熱、耗能、保溫，儲水容器不宜建得很大。
 

2.標準器及換向器的選擇與設(shè)計
 

在計量標準器的設(shè)計上，采用標準電子天平，外加智能流量傳感器的辦法，使檢定過程既迅速又準確，并與國際上先進國家的計量標準在量值上具有可比性。衡器的有效稱重范圍為2t，約2m3，按60s計算，可以測量最大為120m3/h的瞬時流量。裝置設(shè)計如果只采用質(zhì)量法，場地及設(shè)備的造價過高。按600m3/h(DN200的最大流量)的流量，一般要求稱量值不得小于30s的流量值，也就是5t。為達到經(jīng)濟適用的目的，我們同時選用標準表法，在保證裝置測量范圍及準確度要求的前提下，降低裝置成本。
 

選用標準流量計口徑需要考慮的幾個因素:一是在接近上限流量時是否對測量有利；二是口徑的大小在同等流量下管路上產(chǎn)生的壓力損失對測量有多大影響。根據(jù)資料數(shù)據(jù)計算，我們選擇DN100作為最大口徑的次級標準流量計。
 

各電磁流量計配備相應(yīng)的直管段，每根管道在電磁流量計前后貼近其安裝測溫傳感器，每根管道上安裝調(diào)節(jié)閥。標準器及換向器的選擇如表1所示。
 

<CTSM>表1標準器及換向器的選擇</CTSM>
 

3.信號采集方式
 

對熱量表信號的采集我們采用激光計數(shù)頭外加程序判斷等方法，使裝置計數(shù)具有“人腦”功能。
 

4.水箱的設(shè)計
 

裝置主要用于熱能表流量傳感器的流量計量性能試驗，一般水溫要達到(50±5)℃。較小口徑熱能表檢定時用水量小，大口徑檢定時用水量大，為了節(jié)約能源，加快升溫速度，根據(jù)需要檢定的熱能表口徑的大小，決定是加熱一個水箱還是兩個水箱。水箱之間采用雙閥門連接，加熱一個水箱時，兩閥門之間排空，降低熱傳導(dǎo)。
 

5.恒壓系統(tǒng)設(shè)計
 

穩(wěn)壓罐上安裝壓力變送器，壓力信號輸出給水泵控制器，逐一啟動水泵，最后一臺啟動的水泵通過變頻器進行變頻控制，以達到穩(wěn)定壓力的作用，使流量穩(wěn)定。裝置設(shè)計的穩(wěn)壓方式暫且定為大流量依靠變頻調(diào)整，小流量依靠穩(wěn)壓罐與恒壓系統(tǒng)控制。所以穩(wěn)壓容器不必設(shè)計得過大，一般設(shè)計為2m3，穩(wěn)壓容器內(nèi)采用氣囊穩(wěn)壓。穩(wěn)壓罐的壓力通過壓力變送器與水泵的變頻器連接，人工設(shè)定壓力，自動恒壓。
 

6.取熱方式的選擇和設(shè)計
 

從室溫(30℃)加熱到90℃大約需要1200kW·h的電能，按12h加熱時間，加熱功率為100kW算，使用電能加熱本單位的電網(wǎng)可能需要增容。在整個社會都強調(diào)節(jié)約能源的大環(huán)境下，我們在流量裝置上開創(chuàng)性地采用太陽能加熱和天然氣鍋爐加熱方式，太陽能加熱將水溫升到接近設(shè)定溫度時由鍋爐加熱，進行恒溫調(diào)整控制。太陽能加熱為主要方式，燃氣鍋爐加熱為輔助方式。
 

考慮到節(jié)能，儲水箱溫度由太陽能主加熱+燃氣鍋爐輔助加熱，自動恒溫控制。熱能表的檢定或試驗，需要將水溫提高到檢定與試驗要求，一般檢定時的水溫要達到(50±5)℃，并且每次檢定溫度不能出現(xiàn)5K的變化。本裝置設(shè)計采用燃氣鍋爐加熱，電加熱作為輔助加熱，以保障試驗溫度的穩(wěn)定。
 

7.控制及調(diào)節(jié)系統(tǒng)
 

計算機控制采用氣動閥門和電動調(diào)節(jié)閥，可實現(xiàn)流量的控制，標準表數(shù)據(jù)及被檢表數(shù)據(jù)由計算機完成自動采集?？刂苾?nèi)容:水泵開啟、加熱監(jiān)控、管道水溫采集，閥門調(diào)節(jié)，檢定流程控制，及一些意外情況的監(jiān)控處理。主控制由一臺工控機完成，流量大小通過電動調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)流量的自動調(diào)節(jié)。
 

8.管道內(nèi)氣體排空設(shè)計
 

并聯(lián)管道匯管內(nèi)有“死角”，會有氣體駐留，當(dāng)存在于標準表和被檢定表之間時，由于壓力變化氣體容易壓縮的原因，會影響試驗結(jié)果，管道不允許有氣體存在，必須排氣。匯管處每根直管段前安裝有排氣裝置。
 

9.場地設(shè)計
 

裝置的安裝中，水箱上表面應(yīng)低于檢表臺的高度，整套裝置不便于同一平面上進行，我們設(shè)計為三層結(jié)構(gòu)。太陽能板置于樓頂，裝置及燃氣鍋爐水平安裝，水箱部分置于地面之下，這樣有利于建筑施工、便于設(shè)備維護。

五、結(jié)束語

國家質(zhì)檢總局“十一五計量規(guī)劃”把“完善量傳、溯源體系”和“全面實施能源計量工程”列入重點工作，為我們研制大口徑熱能表檢定裝置確定了指導(dǎo)思想，裝置的應(yīng)用對提高我國熱能表的產(chǎn)品質(zhì)量及市場競爭力，把好進口熱能表的質(zhì)量關(guān)，具有積極的社會意義。

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