一、裝置研制的技術(shù)依據(jù)

JJG164-2000《液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置》檢定規(guī)程、JJG643-2003《標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置》檢定規(guī)程、JJG225-2001《熱能表》檢定規(guī)程、JJG686-2006《熱水表》檢定規(guī)程、《美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院新水流量校準(zhǔn)裝置》、OIML R75-2001《熱量表》、歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 1434-2007《熱量表》。

二、裝置的組成及工作原理(見(jiàn)圖1)

<CTSM>圖1大口徑熱能表標(biāo)準(zhǔn)裝置工作原理圖</CTSM>
 

裝置主要由加熱及控溫設(shè)備、儲(chǔ)水容器、水泵、穩(wěn)壓容器、標(biāo)準(zhǔn)表組、流量調(diào)節(jié)閥、夾表器具、前直管段組、檢表臺(tái)、后直管段組、氣泡觀察視窗、換向器、天平組(3臺(tái))、回水管路、電氣控制柜等組成。
 

裝置采用電子天平和標(biāo)準(zhǔn)表作為主、次標(biāo)準(zhǔn)器。啟動(dòng)熱水循環(huán)系統(tǒng)，使熱水流經(jīng)被檢表并進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)器(衡器或標(biāo)準(zhǔn)表)，調(diào)整檢定點(diǎn)的流量和恒溫槽的溫度；當(dāng)熱量值達(dá)到一定量后，停止熱水循環(huán)，記錄熱能表的熱能顯示值、標(biāo)準(zhǔn)器的顯示值；由流量標(biāo)準(zhǔn)值、恒溫槽的溫度、試驗(yàn)段熱水的溫度及試驗(yàn)管段的壓力，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到熱能標(biāo)準(zhǔn)值，與被檢表的熱能示值相比較，從而確定熱能表的計(jì)量準(zhǔn)確度。

三、裝置設(shè)計(jì)總體思路

1.設(shè)計(jì)思想
 

裝置采用質(zhì)量法+標(biāo)準(zhǔn)表法。裝置的標(biāo)準(zhǔn)器采用二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器，主標(biāo)準(zhǔn)器為電子天平，次標(biāo)準(zhǔn)器為高精度電磁流量計(jì)。
 

2.技術(shù)要求
 

裝置的建立不僅要滿足熱能表的試驗(yàn)要求，還應(yīng)能擴(kuò)大其使用范圍，保證質(zhì)量流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、電磁流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)等液體流量計(jì)的檢定與試驗(yàn)，使其作為國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程制定的技術(shù)依據(jù)，并提供可靠數(shù)據(jù)。
 

設(shè)計(jì)裝置總體流量測(cè)量范圍為(0.2～600)m3/h。質(zhì)量法用于檢測(cè)較小口徑的熱能表及流量計(jì)，其測(cè)量范圍為(0.2～120)m3/h；不確定度為U=0.1%，k=2；標(biāo)準(zhǔn)表法用于檢測(cè)較大口徑的熱能表及流量計(jì)，其測(cè)量范圍為(0.2～600)m3/h，不確定度為U=0.2%，k=2。
 

3.解決的問(wèn)題
 

大口徑熱能表檢定裝置包括熱水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、配對(duì)溫度傳感器標(biāo)準(zhǔn)裝置和計(jì)算器檢定裝置。大口徑熱能表檢定裝置的溫度傳感器標(biāo)準(zhǔn)裝置和計(jì)算器檢定裝置，在JJG225-2001中已有明確的配套設(shè)備，大口徑熱能表標(biāo)準(zhǔn)裝置的主要研制對(duì)象是熱水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。研制過(guò)程中需要解決加熱方式的選擇和設(shè)計(jì)、介質(zhì)升溫、降溫、保溫、冷/熱水切換、換向器的研制開(kāi)發(fā)、控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及處理的研制等。

四、裝置設(shè)計(jì)方案

1.冷熱水一體方案
 

為節(jié)約能源、降低能耗，設(shè)計(jì)裝置既可使用熱水檢測(cè)熱能表，又能使用未加熱的冷水檢測(cè)冷水水表或流量計(jì)，即冷熱水一體方案。冷水儲(chǔ)水池容積可以建得足夠大，而熱水裝置部分使用的介質(zhì)是熱水，需要加熱、耗能、保溫，儲(chǔ)水容器不宜建得很大。
 

2.標(biāo)準(zhǔn)器及換向器的選擇與設(shè)計(jì)
 

在計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器的設(shè)計(jì)上，采用標(biāo)準(zhǔn)電子天平，外加智能流量傳感器的辦法，使檢定過(guò)程既迅速又準(zhǔn)確，并與國(guó)際上先進(jìn)國(guó)家的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)在量值上具有可比性。衡器的有效稱重范圍為2t，約2m3，按60s計(jì)算，可以測(cè)量最大為120m3/h的瞬時(shí)流量。裝置設(shè)計(jì)如果只采用質(zhì)量法，場(chǎng)地及設(shè)備的造價(jià)過(guò)高。按600m3/h(DN200的最大流量)的流量，一般要求稱量值不得小于30s的流量值，也就是5t。為達(dá)到經(jīng)濟(jì)適用的目的，我們同時(shí)選用標(biāo)準(zhǔn)表法，在保證裝置測(cè)量范圍及準(zhǔn)確度要求的前提下，降低裝置成本。
 

選用標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)口徑需要考慮的幾個(gè)因素:一是在接近上限流量時(shí)是否對(duì)測(cè)量有利；二是口徑的大小在同等流量下管路上產(chǎn)生的壓力損失對(duì)測(cè)量有多大影響。根據(jù)資料數(shù)據(jù)計(jì)算，我們選擇DN100作為最大口徑的次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)。
 

各電磁流量計(jì)配備相應(yīng)的直管段，每根管道在電磁流量計(jì)前后貼近其安裝測(cè)溫傳感器，每根管道上安裝調(diào)節(jié)閥。標(biāo)準(zhǔn)器及換向器的選擇如表1所示。
 

<CTSM>表1標(biāo)準(zhǔn)器及換向器的選擇</CTSM>
 

3.信號(hào)采集方式
 

對(duì)熱量表信號(hào)的采集我們采用激光計(jì)數(shù)頭外加程序判斷等方法，使裝置計(jì)數(shù)具有“人腦”功能。
 

4.水箱的設(shè)計(jì)
 

裝置主要用于熱能表流量傳感器的流量計(jì)量性能試驗(yàn)，一般水溫要達(dá)到(50±5)℃。較小口徑熱能表檢定時(shí)用水量小，大口徑檢定時(shí)用水量大，為了節(jié)約能源，加快升溫速度，根據(jù)需要檢定的熱能表口徑的大小，決定是加熱一個(gè)水箱還是兩個(gè)水箱。水箱之間采用雙閥門連接，加熱一個(gè)水箱時(shí)，兩閥門之間排空，降低熱傳導(dǎo)。
 

5.恒壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
 

穩(wěn)壓罐上安裝壓力變送器，壓力信號(hào)輸出給水泵控制器，逐一啟動(dòng)水泵，最后一臺(tái)啟動(dòng)的水泵通過(guò)變頻器進(jìn)行變頻控制，以達(dá)到穩(wěn)定壓力的作用，使流量穩(wěn)定。裝置設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓方式暫且定為大流量依靠變頻調(diào)整，小流量依靠穩(wěn)壓罐與恒壓系統(tǒng)控制。所以穩(wěn)壓容器不必設(shè)計(jì)得過(guò)大，一般設(shè)計(jì)為2m3，穩(wěn)壓容器內(nèi)采用氣囊穩(wěn)壓。穩(wěn)壓罐的壓力通過(guò)壓力變送器與水泵的變頻器連接，人工設(shè)定壓力，自動(dòng)恒壓。
 

6.取熱方式的選擇和設(shè)計(jì)
 

從室溫(30℃)加熱到90℃大約需要1200kW·h的電能，按12h加熱時(shí)間，加熱功率為100kW算，使用電能加熱本單位的電網(wǎng)可能需要增容。在整個(gè)社會(huì)都強(qiáng)調(diào)節(jié)約能源的大環(huán)境下，我們?cè)诹髁垦b置上開(kāi)創(chuàng)性地采用太陽(yáng)能加熱和天然氣鍋爐加熱方式，太陽(yáng)能加熱將水溫升到接近設(shè)定溫度時(shí)由鍋爐加熱，進(jìn)行恒溫調(diào)整控制。太陽(yáng)能加熱為主要方式，燃?xì)忮仩t加熱為輔助方式。
 

考慮到節(jié)能，儲(chǔ)水箱溫度由太陽(yáng)能主加熱+燃?xì)忮仩t輔助加熱，自動(dòng)恒溫控制。熱能表的檢定或試驗(yàn)，需要將水溫提高到檢定與試驗(yàn)要求，一般檢定時(shí)的水溫要達(dá)到(50±5)℃，并且每次檢定溫度不能出現(xiàn)5K的變化。本裝置設(shè)計(jì)采用燃?xì)忮仩t加熱，電加熱作為輔助加熱，以保障試驗(yàn)溫度的穩(wěn)定。
 

7.控制及調(diào)節(jié)系統(tǒng)
 

計(jì)算機(jī)控制采用氣動(dòng)閥門和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，可實(shí)現(xiàn)流量的控制，標(biāo)準(zhǔn)表數(shù)據(jù)及被檢表數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)完成自動(dòng)采集?？刂苾?nèi)容:水泵開(kāi)啟、加熱監(jiān)控、管道水溫采集，閥門調(diào)節(jié)，檢定流程控制，及一些意外情況的監(jiān)控處理。主控制由一臺(tái)工控機(jī)完成，流量大小通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
 

8.管道內(nèi)氣體排空設(shè)計(jì)
 

并聯(lián)管道匯管內(nèi)有“死角”，會(huì)有氣體駐留，當(dāng)存在于標(biāo)準(zhǔn)表和被檢定表之間時(shí)，由于壓力變化氣體容易壓縮的原因，會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果，管道不允許有氣體存在，必須排氣。匯管處每根直管段前安裝有排氣裝置。
 

9.場(chǎng)地設(shè)計(jì)
 

裝置的安裝中，水箱上表面應(yīng)低于檢表臺(tái)的高度，整套裝置不便于同一平面上進(jìn)行，我們?cè)O(shè)計(jì)為三層結(jié)構(gòu)。太陽(yáng)能板置于樓頂，裝置及燃?xì)忮仩t水平安裝，水箱部分置于地面之下，這樣有利于建筑施工、便于設(shè)備維護(hù)。

五、結(jié)束語(yǔ)

國(guó)家質(zhì)檢總局“十一五計(jì)量規(guī)劃”把“完善量傳、溯源體系”和“全面實(shí)施能源計(jì)量工程”列入重點(diǎn)工作，為我們研制大口徑熱能表檢定裝置確定了指導(dǎo)思想，裝置的應(yīng)用對(duì)提高我國(guó)熱能表的產(chǎn)品質(zhì)量及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，把好進(jìn)口熱能表的質(zhì)量關(guān)，具有積極的社會(huì)意義。

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