为了达到节能降耗的目的,我国针对供热节能采暖采取了一系列措施,包括采用新一代保温材料,试用和比较不同形式的供热采暖设备等。但由于集中供暖是目前我国城镇供暖的主要形式,因此供热收费体制改革和热网的科学化管理就成为关注的焦点。而这两项工作的技术关键是温度、流量的计量、调控、和压力的监测,正是热工计量的范畴。
我国自2000年起实施城市供热体系改革,供热部门按照谁受益谁付费的原则,在供热系统中推行热计量收费改革。凡是新建的建筑必须设计、安装、使用热计量设施,到2010年,要对全部供暖系统进行热计量。大批热能表将投入实际使用,热能表作为与老百姓生活密切相关的计量器具,已经被国家质量监督检验检疫总局纳入首次强制检定范围。
但必须看到由于我国集中供热历史较短,热量计量也刚刚起步。热能表的使用远未普及,对热能表的检测和定型试验也是刚开始起步。所以,无论是热能表本身还是热能表的检测在我国的应用和发展还处于初期阶段,有很多技术问题尚未得到解决,一些观念尚不清晰,需要研究和讨论。本文仅就热能表检测的现状、发展和部分具体技术问题提出几点个人看法。
一、热能表检测的现状
为了解决热能表的检测问题,建设部于2000年颁布了CJ128热量表行业标准,使我国的热能表检测工作有了依据的文件标准。但是由于在该标准中涉及检测的内容较少,为了适应国内热能表的发展及对热能表检测的需要,国家质检总局于2001年颁布了热能表国家检定规程,该规程的主要依据是国际建议OIML75。因为规程颁布时相应的实验基础设施较为薄弱,部分操作程序没有进行充分的实验积累,在执行中存在一定问题,因此去年国家质检总局接受全国流量容量计量技术委员会的申请对该规程进行修订,目前该规程的征求意见稿已经基本完成,将于明年进行审定。为了对所使用的检测设备进行规范,同时开始了热能表检定装置国家规范的制订工作。为考察热能表检定装置量值统一状况,由十余个省计量院参加的全国省级技术机构热能表检定装置的量值比对工作正在进行当中。
二、热能量值溯源体系
如下图所示,热能的量值是由流量量值和温度(温差)量值按已有数学模型计算得到的。因此,热能表的检测需要有流量计量标准装置和温度(温差)计量标准装置以及必要的电测仪表。
三、热水流量装置的计量性能要求
1、水温; 热水流量计量准确是热能表量值正确的前提,因此,需有符合要求的热水装置。热能表在不同水温下,给出的流量值可能是有偏差的,因此热能表检测要在热水上进行,如果只在冷水上进行检定是不符合规程要求的。日常检定应在(50±5)℃的水温下进行检定,型式实验应在(505)℃、(855)℃的水温下进行。
2、标准器形式; 标准器的形式分为原始法即称重的方法和标准流量计的方法。由于金属量器受热膨胀、水体积会随温度变化、量器中的水温较难稳定等原因,在热水流量装置中不采用容积方法。标准流量计法中第一个问题是标准流量计的选择。我们认为电磁流量计是一个较好的方案,因为从原理上它在冷热水上计量性能的差异较小。但部分电磁流量计的长期稳定性较差,因此需对其进行长期稳定性考核。我们认为由于轴承受温度影响会产生形变等原因,涡轮流量计不适于做标准表使用,其他流量计是否适用由生产厂家的使用说明书及检测报告决定。
3、红外接口读出装置; 由于热能表的显示分辨率很低,进行流量检定时有较大难度,而目前欧洲的大部分热能表都配有红外接口,可以提供检测时使用的高分辨率数据,因此,建议下阶段在国家标准中对热能表的红外接口提出要求,并在检定装置上配备红外接口读出装置。
四、温度标准装置的计量性能要求
1、 准确度要求
单支温度传感器温度误差应满足:在0℃时为:±0.30℃;配对温度传感器的温差误差应满足: 在温差下限Δθmin为3℃时为:±0.1℃。由此可以看出配对温度传感器的温差的误差要求相对其单支温度传感器更为严格。所以称之为配对温度传感器。
2、测量方式
常规的配对温度传感器的温差检定方法是用两组恒温槽、两组标准铂电阻及一组或两组电测设备来模拟实际使用状态的情况,从而得到传感器的温度及温差的计量性能。为了减小温差测量误差,建议使用一套电测设备。装置的不确定度应由两组标准器的不确定度进行合成。为保证测量准确度,建议经常性的对标准铂电阻温度计的水三相点进行测量。如能保证在每次实验之前均测量铂电阻温度计的水三相点,也可使用质量稳定的高精度工业铂电阻替代标准铂电阻温度计。由铂电阻温度计的特性可以知道最大的温差误差会出现在温度测量的上限或下限,因此建议在温度测量范围的上限处及下限处进行温度传感器的温差检定。
由于在进行温差测量时对温度标准器要求较高,为了能更容易的实现测量,减小标准器不确定度对测量的影响,也可将两传感器同时放入同一恒温槽中,在同一温度下进行测试,通过三个温度点的检定值拟合出曲线,用曲线来判定其温差是否满足准确度要求。此时装置的不确定度由一组标准器的不确定度进行合成,可以看到与常规方法相比装置的不确定度大为减小,且当测量温度差时可以不考虑标准铂电阻和电测仪表的长期稳定性,或者说测量温度差时可以只考虑恒温槽水平温场的不确定度。对第一种方法则必须考虑。因此,在进行配对温度传感器温差测量时,这是一种值得推荐的方法。
3、电测设备:为了测量二等标准铂电阻温度计的电阻值,需配备电测设备。常用的电测设备为六位半数字电压表,为了减小测量误差,建议选用100Ω的标准铂电阻温度计。
五、积算仪的检测
1、积算仪部件检定
积算仪部件检定时需使用数字电压表、两组标准电阻箱、脉冲发生器及计数器等标准设备。其中标准电阻箱用来模拟铂电阻温度计的输出信号。规程上说“标准电阻箱的扩展不确定度应小于等于热能表最大允许误差的五分之一。”由于积算仪允许误差小于0.5%,因此其温度测量允许误差应不大于0.5%即0.015℃,而对于PT1000其阻值与温度的关系为:4Ω/℃。因此电阻值的测量误差应优于0.06Ω。所以标准电阻箱的阻值准确度是不够的,应选用计量性能好的数字电压表进行电阻值的测量。
2、与温度传感器一起检定的方法
如温度传感器与积算仪一起检定,则不需配备标准电阻箱和测量电阻箱阻值的数字电压表,但需使用两台恒温槽以模拟温度差。此时测量设备应满足上述对温度差的测量要求。
3、整体检验
所谓整体检验是指将热能表安装到热水实验装置上,将两温度传感器分别插入具有设定温度的恒温槽中,同时获得流量、温度、温差等标准值并与被检热能表进行比较的方法。此时不需配备脉冲发生器、标准电阻箱和测量电阻箱阻值的数字电压表。
4、数学模型的检测
数学模型的检验是验算积算仪计算结果的正确性。其标准值不需从标准器上读入,而应该直接使用积算仪本身显示的数值。
以上是我们对热能表检测的一些心得体会,有错误之处,敬请指正。