启停质量法热能表装置及检测方法

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热能表检定装置用于热能表的检定，能提供确定准确度量值的计量器具和辅助设备的总体。热能表检定装置包括热水流量标准装置、配对温度传感器检定装置、计算器检定装置，能分别对流量传感器、配对温度传感器和计算器进行检定。

通过装置及量值溯源技术研究建立原级热能表检定装置，制定热能表检定规程或规范，实现热能表量值传递并研究完善热能表量值溯源体系，为各计量院所和企事业单位开展热水的量值传递提供技术方案，带动热能表检测技术的提升，从而解决企事业用热能表无法准确检测的问题，引导全国热改工作的理论和实践进行。为热水贸易结算服务，以达到节约能源的目的。针对大部分热能表检定装置中水装置的换向是采用启停法，本文给出具体应用实例。

1 热水流量标准装置的结构与工作原理1.1 热水流量标准装置的结构热水流量标准装置的结构如图 1所示，由水循环系统、加热控温系统、试验管段、热水流量计量标准器(电子秤重系统)、实验启停设备和控制设备等组成。

图 1 质量法热水流量标准装置结构示意图1.2 热水流量标准装置的工作原理(1)工作原理工艺原理用水泵将控温箱中的水送入管道，经缓冲罐后进入实验管路、被检热能表、调节阀，再经喷嘴、换向器进入称量系统中的称重容器 (或过度容器)流人回水箱或直接回到控温水箱。

当试验时，选择检测流量点，并用调节阀调节该流量监测点的流量 (允许差 5%)，等流量和水温稳定后，可进行检测。在-定时间内，将电子秤测得的称重容器中注入的热水质量或标准表测得的被检热能表的热水累积值作为流量的标准值 (注意该值分别为rt示或 )，并将此标准值与同时经被检表流量传感器的热水累积流量值进行比较，以确定被检热能表的误差 E 。即E： × 或E100% ： 二 ×100% (1) 巫 y s示 qs示式中：Vm示、q 示分别为被检表测得的体积累积量，m ；体积流量，m /h。 示、g 示分别为电子秤测得的标准质量换算为体积累积量，m。；体积流量，m /h。

(2)质量 (或累积量 )计算的数学 (或测量)模型 ，。]现有的质量法热水流量标准装置多用启停法，对于启停质量法热水流量标准装置，按下面推导的数学模型计算装置累计体积量 (或流量)值，用电子秤质量法 (即不用砝码)的平衡方程式为：- 。m示或 (1-P o)：m示- f 1 1M 示(1- ) m示 赫 [收稿日期2013-03-01[作者简介]史振东 (1975-)，男，黑龙江鸡西人，工程师，毕业于中国石油大学，从事流量计量工作。

工业计量 2013年第23卷第4期 ·57·FLOW MEASUREMENTm 示1-f Pla 1P，·.·冬《1，若忽略此项，则式(2)就变为： m 示(1P a) (3)式中：m示为电子秤 (数字)示值，kg；P为测量介质的密度，kg/m ；p。为-定环境温度下空气的密度，kg/in 。

质量流量的数学模型：芋竿( ) c4 gm 了 1 J 斗体积流量的数学模型：堕 ( P ato tO ) (5) q --I J根据式 (4) (5)推导的理论数学模型，如果分析装置 (质量法)的不确定度应根据式 (4)q ；如果分析装置检测热水流量计 的不确定度应根据式(5)q 。

2 不确定度分析 ]根据质量流量的数学模型式 (4)q 进行分析。

在工作条件下(85%)，水的密度p968.44kg/m。；空气密度p。1.20kg/m。。

2.1 确定灵敏度系数 c ( )和其计算值 qm1c (t)： Oqm t - 1c (p。) Oqm P a：P-a 1 .20 0.001P24 r pⅡ ) - p)O qmgp - - 0.001242.2 计算合成相对标准不确定度根据不确定度传播律，由式 (4)得质量法装置的合成相对标准不确定度 u。 (q )：l/cr(9 )[Cr(m示)u (m示)] [Cr( )u ] [c (JD。)Ur(p )] [Cr(p)Ur(p)] 彳1(6)(1) 电子秤称 量 m示 的相对 标 准不确 定度l/， (m示)以电子秤分度值为 100g的三级电子秤为例。如称量为600kg，实际称量为500kg，其合成相对标准不确定度 n (m示)由以下各输入量绝对不确定度组成：① 示值的绝对不确定度，如按矩形分布，则。(m示)： ：o.17kg② 分辨力的绝对不确定度，也按矩形分布，则 (m示)： ：0.058kg③ 标准砝码的绝对不确定度，也按矩形分布，则M (m呆)：0.001-5% k： 0.0000087kU / g 3 L m示 ·√3u。(m示)[ (m示)u；(m示)M；(m示)]寺：(0.17 0.058 0.0000087 )寺0.19kg 0.038%(2)计时器测量时间 t的不确定度 u，(t)由以下输人量不确定度组成：① 计时器晶振 8h频率稳定度Url：旦： 067- 0.67×10-6 ㈩ - ② 计时器的时间间隔测量的不确定度r2(t)2.20 X 10③ 计时器的分辨力M ：0-. 00-01：1. ×10-6 Mr3( ) -30 x-4 ·92 Z/，er(t)[ 2 1(t)M2r(t) 2r3(t)]寺[(0.067 2.20 1.92 )×l0- ]寺2.92×1O-(3)空气密度P。的相对不确定度 cp ) 955。.。6× 。-6(4)热水密度P的相对不确定度r(p) 云 %。74 旷。

(5)将各输入量的估算值 Ur( )和其灵敏度系数 c ( )代入式 (6)可计算出质量法热水流量标准装置的合成相对标准不确定度 (q )。 (g )[0.038 0.000292 (0.00124 X9550.06×l0 ) (0.00124 x2980.74×10 ) ]寺0.038%扩展不确定度为 (g )o.076% o.1% (尼2)3 实际测量结果启停质量法热水流量标准装置， ，对电子秤、计时器和空气密度以及热水密度的量进行测量，其空气、热水的密度的不确定度与电子秤质量、时间等测量的不确定度比较可以忽略不计。

3.1 电子秤测量不确定度的计算方法(1)A类相对不确定度㈩ [ 。%(7)(2)B类相对不确定度A - UrB(m) x 100% (8)式中：m 为第 点标准砝码的质量，kg；R i为质量为mi的标准砝码第 i次测量时电子秤的读数，kg；R。为空容器 几次测量衡器的读数平均值，kg。

(3)电子秤的检测记录及不确定度的计算结果检测数据和不确定度计算结果见表 1。

表 1 电子秤检测记录及不确定度计算结果表注：分别选择 urA(m )、 B(mi)中最大值作为电子秤的相对不确定度。

得到衡器的 A类相对标准不确定度 以0.02%、B类相对标准不确定度 m0.04%。

3.2 启停效应的检测方法采用流量计法在与大致相同时间间隔操作换向，使换向 m (m≥10)次，记录衡器或累积读数值 累积测量时间 和流量计累积脉冲数 Ⅳ 完成-次检定。重复进行 (凡≥10)次检定，记录 B2 、t” t2 、Nl和 Ⅳ2 (i1，2，，n)。

9)平均值 At 1∑At(1)A类相对不确定度c ： 1min - 1 J(2)B类相对不确定度 B(At) X 100% (11)l-，bmi(3)启停效应的检测记录及不确定度计算结果检测记录及不确定度计算结果见表2。

得到启停效应的A类相对标准不确定度u ( )0.08%，和 B类相对标准不确定度 坩(At)0.02%。

3.3 校准电子秤时所用标准砝码的相对标准不确定度 lfFrBF B0.005%3.4 计时器的A类不确定度和 B类不确定度计时器的 A类不确定度和 B类不确定度与电子秤、启停效应不确定度相比非常小，可忽略不计。

3.5 启停质量法热水流量标准装置的实际测量的扩展不确定度(m)2u (m)2[ rA2(m) 2B( ) (△ ) (△ ) ； ( )] 2[0.02 0.04 0.08 0.02 0.005 ] ：0.19%(k2) (下转第69页)· 59 ·(a)标定框图进 检查状态lI显示 O点码数Il 显示量程值II 显示量程码数(b)参数检查框图 (c)检测框图图6 软件框图[编辑：曹微言]注：按最短测量时间1rain计算。

4 分析和试验结果根据如图 1所示的结构、工艺流程、工作原理、数学模型建立的装置，通过其不确定度分析与输入量实测数据及其处理方法比较可得结论：(1)装置的设计不确定度和实测结果的不确定度分别为 0.10%、0.19%；(2)装置结构设计工艺流程合理、工艺原理、数学模型正确；(3)不确定度分析、实验数据的处理方法详实准确；(4)理论分析与实测数据的不确定度具有同-数量级，基本吻合；(5)不确定度有-定差别的原因是估计输入量的不确定度较为严格，与实测试验状态有较大的差别，即使如此饮合检测-工业计量 2013年第23卷第 4期级热能表的要求。