熱功率比較法檢定熱量表可行性探討及方法推薦

高莉

濟寧市計量測試所 山東濟寧 272000

1 熱量表的檢定方式和檢定方法

國家計量檢定規程、行業標準中規定的熱量表的檢定方法有總量檢定和分量檢定兩種。總量檢定是對熱量表的熱量值直接進行檢定的方法；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分量，檢定合格后再進行組裝，提高制造廠的生產效率，便于分析各分量的具體精度。在產品開發、產品升級和型式評價過程中，當整體精度達不到要求時，可以分析熱量表的哪個部件存在問題。但其測試周期長、成本高，不適合量產熱量表出廠時的精度測試和法定計量檢定機構的首次強制檢定。對于不能拆卸的整體式熱量表，這種檢測方法無法實現。所以在交易交接過程中測量結果不直觀，對供熱方或用戶方沒有直觀的參考意義。

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。測試結果包括各傳感器的測量誤差及其相互影響。測量效率高，結果直觀，更接近熱量表的實際運行情況。由于其明顯的優勢，第一次法定計量機構強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，結合現有熱量表及熱量表檢測裝置的技術現狀，筆者提出了一種總量檢定法基礎上的改進方法：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換為對瞬時熱功率的比較，在檢定過程中，避免了時間參量對檢測結果的影響[1]。

其理論依據為：熱量相對誤差Ei計算公式為

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

從上述變換過程可以看出，熱量相對誤差計算過程由累積熱量Q這一有關時間的參數直接轉換為與測量時間無關的參數瞬時熱功率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際應用中的可行性。熱量的計算公式為

式中：Q——釋放的熱量，J或kW·h；

q——流經熱量表中載熱液體的質量流量，kg/s；

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

t1、t2——起始、結束時間，s。

在熱量表檢定系統中，Δt取值足夠小，得以保證在Δt范圍內，qv、ρ、Δh可視為常數，熱量表及熱量表檢測裝置中熱量的計算公式由連續函數式（3）變為離散函數：

則其瞬時熱功率計算公式為

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

標準表法熱量表檢測裝置采用熱功率比較法檢測時，待流量、溫度穩定后，直接從熱量表和測量軟件中讀取被測熱量表和標準裝置的熱功率，可實現動態檢測，減少了靜態讀數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、表后閥門的開閉動作，只需流量調節閥對檢測流量進行調整，大大減少了閥門反復開閉對裝置的影響，提高了裝置的使用壽命。質量法熱量表檢測裝置綜合累積流量qm與測量時間t得出平均熱功率Pc，對被測熱量表的瞬時熱功率進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。

質量法熱量表檢測裝置，被檢表取樣時間一般也為1min，最短檢測時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2.4min，省時3.6min。可見，熱功率比較法在熱量表首次檢定及質量檢驗過程中，在保證準確度的前提下，大大縮短了檢測用時，提高了工作效率[3]。

3 結語

由以上分析可知，現有的熱量表或熱量表檢測裝置可以在沒有附加測量參數的情況下實現熱功率的測量。實現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時顯示，熱功率比較法可以實現熱量表的動態檢測，適應當前實際流量測量的發展趨勢。

熱功率比較法的檢測方法綜合了總量檢測的優點，在總量檢測的基礎上通過對計算公式的變換，減少了時間參數在總量檢測方法中的參與。在保證測量精度的基礎上，大大提高了熱量表的檢測效率，有效地實現了熱量表的批量檢測，為熱量表生產廠家和計量檢定部門提供一種方便快捷的檢測方法。因此，在標準和規程的修訂過程中，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品質量和政府計量行政部門的有效監管提供保障。