高明热能表检定装置

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1、高明  卜占成  刘辰魁  宋荣荣本文为第一届《中国计量》中青年优秀科技论文奖二等奖获奖文章　　根据JJG225-2001《热能表》检定规程的规定，对热能表的检定方法主要有3种:总量检定法、分量检定法和分量组合检定法。热能表的检定条件:通过恒温槽调节温差温度来模拟温场条件，将控温水箱加热至(50±5)℃，模拟流量测量条件，不同流量点下对热能表进行计量检定。流量传感器的检定以电子天平称量换算的体积(或标准表测量体积)与流经热能表流量传感器的体积进行比较，求出流量传感器的误差。配对温度传感器以二等标准铂电阻温度计作为标准与被检热能表温度

2、传感器进行示值比较计算误差。计算器的检定以标准信号发生器和电阻箱作为模拟信号，按理论公式计算出的实际热量值与被检表计算器显示值进行比较计算误差，最后，按3项误差绝对值的算术和确定。　　现行热能表检定装置在不断推进供热计量过程中发挥了重要作用，最大限度地保证了热能表的计量性能。目前，热能表的检定手段大同小异，设备原理基本一致，笔者在实际检定中汇总了一系列共性的问题，这些问题影响着热能表检定质量，有的已成为工作中不可忽视的问题。    　　一、现有热能表检定装置存在的问题及分析　　1.恒温槽模拟介质温度影响检定质量　　当我们对热能表进行

3、总量或分量检定时，通常根据配对温度传感器两个温度探头的不同特性，将其分别放在温度不同的两个恒温槽内，采集计算热量时所需的温差值，由安装在管路上的流量传感器测得流量值，最终由计算器算得流经热能表的热量。实际检定时，配对温度传感器并不反映流体介质的真实温度，而当热能表用于用户时，配对温度传感器测得的是实际流体温度。通过我们对大量不同厂家、不同类型的热能表进行检定，发现这种检定方法对检定结果有一定的影响。这种差异对机械叶轮式热能表的影响相对较小，对于逐渐推广普及的带有温度修正的超声热能表影响明显，主要表现为如下几种情况:　　 (1)超声热

4、能表主要采用传播速度差法(即时差测量法)，从两个超声发射器发出两束超声波脉冲，各自到达下、上游的两个接收器，超声波在流体中传播时，将载上流体流速的信息，顺流和逆流的传播速度由于叠加了流体流速而不相同，利用时差检测出被测流体的流速，再换算成流量。基于超声热能表的测流原理及流量计算公式如下:        式中:L——超声换能发射器与接收器之间的距离，m；t1——超声波顺流传播时间，s；t2——超声波逆流传播时间，s；c——流体静止时的声速，m/s；v——流体的平均流速，m/s；S——管路的横截面积，m2；q——流体的瞬时体积流量，m3

5、/s。    声速c与流体温度有关，根据有关资料，水温对声速的影响较显著，声音的传播速度与水的温度存在以下函数关系:    c=1449.2+4.6T-0.055T2+0.00029T3+(1.34-0.010T)×(S-35)+0.016D    式中:c——声音在流体中的传播速度，m/s；T——水温，℃；S——含盐量；D——水深，m。    基于热能表的检定条件，在不考虑盐度、水深的情况下，水温与声速的关系近似为:    c=1449.2+4.6T-0.055T2+0.00029T3    从上式不难看出温度对声速测量的影响。 

6、   时差法的流量传感器采用了锁相技术或回鸣技术，国内外一些高性能热能表还采用了通过温度传感器测得的温度由计算电路对声速及几何尺寸等参数进行修正的补偿技术。显而易见，当热能表温度传感器测得的温度与流量传感器接触的温度差异较大时，计算器对声速的修正不够准确，从而导致对流量的修正不够准确。此外，超声波热能表的温度测量范围、流量测量范围较宽，使得这种影响比较显著，尤其是小流量的测量。    例如，当温度传感器测得的温度为60℃，流量传感器接触的温度为40℃时，可根据以下公式分别计算声速:    c40=1449.2+4.6×40-0.05

7、5×402+0.00029×403    =1563.8m/s    c60=1449.2+4.6×60-0.055×602+0.00029×603    =1589.8m/s    声音在水中传播的速度很快，用热能表计量热量时，顺流与逆流的时间差很微小，忽略因水温差异引起的时间差(Δt60≈Δt40)，计算温度差异引起声速差异进而导致瞬时体积流量的误差δq为        (2)当用称重法进行热量检定时，流体的密度准确与否至关重要。介质温度不同，密度自然也不同，超声热能表的计算器对流体的密度根据温度传感器测得的温度进行补偿修正，当

8、温度传感器测得的温度(默认为介质温度)与流量传感器接触的温度(实际介质温度)不同时，计算器对密度值没有进行正确的修正补偿。温度对密度的影响如压力不变时，液体密度计算式为    ρ=ρ20〔1-μ(T-20)〕    式中:ρ——温度为