熱水熱量計量儀表的環(huán)境試驗裝置研究

【摘要】本文介紹了一種用于熱水流量表、熱量表等流量儀表的環(huán)境試驗裝置。該裝置采用分體結(jié)構(gòu)設(shè)計，各個組件互不影響，能同時測量不同環(huán)境溫度和濕度下的熱量示值誤差、溫度示值誤差及流量示值誤差。在滿足試驗要求的前提下，最大限度地降低了裝置整體的體積和制造成本，對現(xiàn)有其他配套試驗裝置影響較小。

【關(guān)鍵詞】熱量表；環(huán)境試驗裝置；分體結(jié)構(gòu)

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.03.068

Study on the Environmental Test Equipment for Hot Water Heat Metering Instruments

LIU Yang

（Liaoning Institute of Measurement， Shenyang 110004， China）

Abstract： This article introduces an environmental test equipment for designing flow meters such as hot water flow meters and heat meters. The device adopts a split structure design， where each component does not affect each other， and can simultaneously measure the errors in heat， temperature， and flow under different environmental temperatures and humidity. On the premise of meeting the test requirements， it minimizes the overall volume and manufacturing cost of the device， with little impact on other existing supporting test devices.

Keywords： heat meters； environmental test equipment； split structure

環(huán)境影響試驗要求在不同環(huán)境溫度及濕度下對熱量表的計量準(zhǔn)確度進(jìn)行測量，而試驗所用的環(huán)境試驗裝置通常為非標(biāo)設(shè)備，需要根據(jù)各個實驗室的實際需求情況進(jìn)行定制。遼寧省計量科學(xué)研究院是熱量表國家型式評價實驗室所在機(jī)構(gòu)，承擔(dān)了東北大區(qū)熱量表的型式評價試驗，并擁有各類用于熱量表、流量計、燃?xì)獗淼攘髁績x表的環(huán)境試驗裝置。本文將主要介紹一種用于熱水流量表、熱量表等流量儀表的環(huán)境試驗裝置。

1背景技術(shù)及領(lǐng)域

熱水水表、熱量表等流量儀表是流量計量領(lǐng)域中測量供水回路中熱水流量和所釋放熱量的計量儀表，其廣泛應(yīng)用在發(fā)電、供暖、生產(chǎn)用熱等，在節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)、貿(mào)易結(jié)算等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 32224—2020《熱量表》和計量檢定規(guī)程JJG 225—2001《熱能表》中要求，熱水及熱量計量儀表需要進(jìn)行環(huán)境溫度及濕度的影響試驗，以確保計量儀表所在環(huán)境的溫濕度變化對計量儀表準(zhǔn)確度的影響在示值誤差允許范圍內(nèi)。因此，計量檢測機(jī)構(gòu)在開展熱水流量及熱量的量值溯源工作時，要使用一種能模擬環(huán)境溫濕度變化的試驗裝置，用來檢測不同環(huán)境下溫濕度的變化對計量儀表示值誤差準(zhǔn)確度的影響。

現(xiàn)有環(huán)境試驗裝置（以下簡稱“試驗裝置”）的結(jié)構(gòu)通常為一體化設(shè)計，將被測流量儀表安置在一個封閉的試驗空間中，并利用試驗裝置內(nèi)置的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置使被測流量儀表運行至正常工作狀態(tài)，再將封閉空間內(nèi)的被測流量儀表的工作介質(zhì)和封閉空間的環(huán)境溫度統(tǒng)一調(diào)整至試驗所需模擬的環(huán)境溫度。這種試驗裝置的優(yōu)點是對所需模擬環(huán)境的溫度和濕度的控制十分精確，主要用于測試準(zhǔn)確度等級較高（優(yōu)于1級，即示值誤差不高于±1%）的流量儀表。

但該類試驗裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其外形體積通常較大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)管線復(fù)雜，集成度很高（見圖1和圖2）。因此，當(dāng)試驗裝置內(nèi)部零部件需要維護(hù)時，維修人員要臨時拆除外部結(jié)構(gòu)才能進(jìn)行維修，工作量較大。而對于那些準(zhǔn)確度等級較低，或環(huán)境溫濕度變化對準(zhǔn)確度影響較小的被測流量儀表來說，不需要將環(huán)境的溫度點和濕度點控制得如此精確，這就造成試驗裝置性能過剩。

基于此，遼寧省計量科學(xué)研究院熱量表型評實驗室設(shè)計了一種各個分支功能為獨立結(jié)構(gòu)的試驗裝置。該試驗裝置將溫度濕度控制組件、封閉空間組件、工作介質(zhì)循環(huán)組件、輔助測試組件各自獨立設(shè)計，彼此運行互不影響，可單獨某一組件進(jìn)行維護(hù)，不影響其他組件運行。

2試驗裝置的結(jié)構(gòu)

該試驗裝置充分利用計量檢測機(jī)構(gòu)現(xiàn)有流量計量標(biāo)準(zhǔn)裝置，在為一個封閉空間提供滿足試驗要求的溫度和濕度環(huán)境的同時，對計量儀表進(jìn)行流量及熱量的示值誤差進(jìn)行測試。

2.1該試驗裝置的創(chuàng)新點

1）實現(xiàn)了試驗裝置中的工作介質(zhì)循環(huán)組件功能。結(jié)合現(xiàn)有流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，通過設(shè)置獨立支線流量管路向被測儀表提供標(biāo)準(zhǔn)流量。流量標(biāo)準(zhǔn)裝置可以提供符合要求的標(biāo)準(zhǔn)流量值，用來對流量儀表的流量參數(shù)進(jìn)行量值溯源。通過對現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行改造，實現(xiàn)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的最大化利用。

2）實現(xiàn)了試驗裝置中的溫濕度控制組件和封閉空間組件功能。將溫濕度試驗裝置與被測流量儀表封閉測試環(huán)境空間分開，利用循環(huán)風(fēng)機(jī)和空氣管路將溫濕度試驗裝置提供的高溫空氣、低溫空氣、特定濕度空氣導(dǎo)入被測流量儀表的封閉環(huán)境空間，可以擺脫溫濕度試驗裝置本身空間體積的限制；對不同規(guī)格的被測流量熱量儀表設(shè)計單獨的合適封閉測試環(huán)境空間，可最大化地利用封閉測試環(huán)境空間，進(jìn)而降低試驗裝置的整體體積和維護(hù)時的工作成本。

3）實現(xiàn)試驗裝置中的輔助測試組件功能，能同時對熱量示值誤差和流量示值誤差進(jìn)行檢測。在封閉測試空間預(yù)留了被測儀表溫度測量部件的檢測接口，用于完成熱量表的檢測。熱量表的檢測需要同時測量供水管路的流量和管路內(nèi)熱水的溫度溫差。管路中熱水溫度和溫差的測量需要利用單獨的恒溫槽來進(jìn)行，利用2臺放置于封閉測試空間外面的恒溫槽提供穩(wěn)定的高溫和低溫溫場，模擬供熱回路的進(jìn)水溫度和回水溫度，結(jié)合熱量表所測量的管路流量值計算得到熱量值。

2.2試驗裝置的工作原理

遼寧省計量科學(xué)研究院熱量表型評實驗室分解了現(xiàn)有類似設(shè)備的組合結(jié)構(gòu)，將試驗裝置拆分為獨立結(jié)構(gòu)，每個結(jié)構(gòu)單獨工作，互不影響。試驗裝置具體工作原理流程見圖3。

在圖3中，1為流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作介質(zhì)連接管路，包括進(jìn)水管路和回水管路；2為被測流量儀表；3為用來模擬環(huán)境溫濕度變化的封閉空間；4為溫濕度試驗裝置，用來提供需要的高低溫空氣；5為高低溫空氣的循環(huán)管路；6為恒溫槽，用來檢測被測熱量表的溫度傳感器；7為被測熱量表的溫度傳感器。在該試驗裝置中，工作介質(zhì)循環(huán)組件為1和2；封閉空間組件為3；溫濕度控制組件為4和5；輔助測試組件為6和7。

新型試驗裝置的實際結(jié)構(gòu)見圖4。圖中流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和恒溫槽為原有設(shè)備。我們通過改造流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，增加了與圖中封閉空間的連接管路，利用溫濕度標(biāo)準(zhǔn)裝置產(chǎn)生需要的高低溫空氣，通過風(fēng)循環(huán)機(jī)及配套管路傳送至封閉空間中。

試驗裝置的檢測對象為熱水流量儀表，傳統(tǒng)的環(huán)境試驗裝置在進(jìn)行實流檢測時，對流量儀表工作所用工作介質(zhì)的溫度保持往往都采用復(fù)雜的加熱及循環(huán)裝置。這會使環(huán)境試驗裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，并且提高了檢測成本。而我們采用分體結(jié)構(gòu)可以充分利用現(xiàn)有流量試驗設(shè)備，通過保溫管路和單獨的密閉空間對被測熱量儀表進(jìn)行試驗，可以減少被測儀表工作介質(zhì)釋放的熱量對密閉空間環(huán)境的影響。

3試驗裝置的工作方式

試驗裝置的被測熱水水表或熱量表工作所用的介質(zhì)為熱水，通過圖4中的銀色流量標(biāo)準(zhǔn)裝置及其配套管路進(jìn)行循環(huán)；封閉空間和溫濕度標(biāo)準(zhǔn)裝置所用的工作介質(zhì)為空氣，通過圖4中的紅色管路進(jìn)行循環(huán)。

進(jìn)行環(huán)境溫濕度影響試驗時，流量標(biāo)準(zhǔn)裝置及其連接管路為封閉空間內(nèi)的流量儀表提供實際熱水流量，使其處于正常工作中。檢測人員可以通過更換不同規(guī)格口徑的管路對不同口徑被測流量儀表進(jìn)行流量參數(shù)的量值溯源。

溫濕度標(biāo)準(zhǔn)裝置產(chǎn)生不同溫度和濕度的空氣，通過循環(huán)風(fēng)機(jī)使封閉空間內(nèi)的環(huán)境空氣達(dá)到檢測時要求的溫度和濕度并保持恒定。當(dāng)被測儀表為熱量表時，檢測人員需要將熱量表配套的溫度傳感器通過單獨的接線口穿出，放入設(shè)定溫度的恒溫槽中，用來模擬供熱回路中供水溫度和回水溫度，實現(xiàn)熱量參數(shù)的量值溯源。

當(dāng)被測流量儀表的流量和封閉空間的溫濕度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，檢測人員對被測流量儀表顯示的流量值或熱量值與流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的流量值進(jìn)行比較，完成特定溫濕度環(huán)境下的量值溯源工作。

4試驗裝置的性能參數(shù)

通過遼寧省計量科學(xué)研究院的環(huán)境性能實驗室對該試驗裝置進(jìn)行量值溯源，檢測結(jié)果見表1。從表1的數(shù)據(jù)可見，試驗裝置的溫度均勻性和波動度滿足熱量表環(huán)境試驗要求。

5計劃展望及改進(jìn)

該試驗裝置滿足熱量儀表的型式評價試驗要求，并且降低了設(shè)備成本及運行成本，為遼寧省計量科學(xué)研究院流量計及燃?xì)獗淼攘髁績x表的型式評價中環(huán)境性能試驗部分提供了相關(guān)的實踐經(jīng)驗。未來，我們計劃將其推廣到更多的流量計量領(lǐng)域中，并將進(jìn)一步對試驗裝置進(jìn)行優(yōu)化，提高零部件的通用性和耐用性，提高與現(xiàn)有裝置的適配性。

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【作者簡介】

劉洋，男，1980年出生，高級工程師，研究方向為流量計的檢定、校準(zhǔn)等。

（編輯：李加鵬）