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热量表自动检定系统设计摘要：设计了一种可以检定多种口径热量表的多功能自动检定系统。
该系统由热水流量检测系统、温差检测系统、数据检测系统和自动控制系统等部分组成。
在检定中，热水流量检测系统给试验管路供以循环水，温差检测系统模拟实际的入口和出口温度，数据检测系统和自动控制系统在检定过程中采集相关流量，温度等信号，依据相关热力学公式计算出标准热量值，与被检表的热量示值进行比较计算，从而实现对被检表的检定。
实验表明该装置能很好地完成热量表的自动和手动检定。
检定系统达到了设计要求，实现了实时监测，保存检定记录，打印报表等功能，具有自动化程度高、检定管径多、灵活性强等特点。
关键字：热量表自动检定流量温度0 引言按照《中华人民共和国计量法》第十二条和第十五条的规定：“制造、修理计量器具的企业、事业单位，必须对制造修理的计量器具进行检定，保证产品计量性能合格”。
热量表是安装在热交换回路的入口或出口，用以对采暖设施中的热耗进行准确计量及收费控制的智能型仪表。
其工作原理是当水流经热交换系统时，热量表根据流量传感器给出的流量和配对温度传感器给出的供回水温度，以及水流经的时间，计算并显示该系统所释放或吸收的热量。
热量表在出厂之前都必须经过检定，为此设计了一种可以检定多种口径热量表的检定系统。
该系统分为手动和自动两种检定方式，极大地方便了工作人员的使用，在检定结束后通过比较控制系统计算的标准热量值和被检热量表给出的热量值是否在规定误差范围内，从而做出检定结果。
1 系统设计1.1 系统结构检定系统由热水流量检测系统、温差检测系统、数据检测系统和自动控制系统等部分构成。
系统中热水流量标准检测系统主要由主标准器、供回水系统、试验管路系统和流量、温度、压力计量显示仪表等组成。
其中，主标准器可选择不同的结构和类型组合，构成不同形式、不同准确度等级的热水流量检测系统，主要有质量法和标准表法。
本设计中采用了自动和手动两种方式、检定方法包括质量法和时间法（标准表法）两种。
热量表检定装置的工作原理及设计
今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种热量表检定装置。
该专利由济南联力自动化控制技术有限公司申请，并于2017年3月29日获得授权公告。
内容说明
本实用新型涉及热量表检定领域，尤其涉及一种热量表检定装置。
发明背景
现有的热量表检定装置中一般是一个恒温水箱为整个检定系统提供循环水，在热量表检定过程中存在以下问题：首先，按照目前的检定方法，每次需要改变恒温水箱中的温度时每次都需要重新加热，热量表检定效率较低，其次，现有的热量表检定过程中普遍存在循环水中有气泡的现象，容易影响热量表检定精确度。
因此有必要提供一种热量表检定效率高，检定精确度高的热量表检定装置。
发明内容。
2012年10月内蒙古科技与经济Octo ber 2012 第19期总第269期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy &Economy N o .19T o tal N o .269大口径热量表检定装置配套设备设计方案李红艳,杨焕诚(内蒙古自治区计量测试研究院,内蒙古呼和浩特 010000) 摘 要:按各个组成部分,介绍了大口径热量表检定装置配套设备设计方案。
关键词:热量表检定装置;配套设备;设计 中图分类号:T H81 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)19—0110—02 大口径热量表检定装置配套设备主要包括换向器、气动夹表器、检定管线及工作台、密封性试验装置、变频调速系统、温度传感器检定装置、计算器检定标准装置等部分组成。
其作用是为热量表检定装置准确的量值传递提供必要的辅助功能。
1 换向器该装置除静态读数外还可采用动态读数法测量,以提高对有脉冲信号输出的热量表或热水表检定的自动化程度。
需通过换向器实现流量的测量。
换向器设计原则是工作时不能溅水、漏水、蒸汽溢出和影响流量稳定性,并且换向时间应足够短。
设计时应选用合适的气缸和喷嘴,尽量减小气缸的行程,气缸的气压应稳定。
因考虑到热水的蒸发,换向器必须是封闭的。
设计中采用的是闭式换向器,其特点是结构紧凑、换向噪音小、动作快速、密封性好、热量散失小。
另外,通过对气体压力进行定值控制,保证了换向时间的一致性。
换向时差对流量的影响满足装置合成不确定度的要求。
换向器作为合成装置不确定度的一个重要组成元素,其精度的提高对整个装置精度提高是至关重要的。
2 气动夹表器夹表器选用气动方式,通过在缸体外挂气缸,拖动活塞运动,夹紧被检流量计,夹紧力度可调节。
材质:接液部分采用不锈钢(304),其余部分采用碳钢并经防腐防锈工艺处理。
检定管线及工作台撬装式检表工作台,工作台外形尺寸:8m ×1.6m ×1.3m (长×宽×高),易于加工、运输、安装。
2012年9月内蒙古科技与经济September2012 第18期总第268期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy&Economy N o.18T o tal N o.268大口径热量表检定装置供水系统设计原理胡 煊,杨焕诚(内蒙古自治区计量测试研究院,内蒙古呼和浩特 010000) 摘 要:文章从大口径热量表检定装置供水系统的主要组成部分,即:热水泵、储水容器、稳压罐、排气系统、流量调节系统等方面,介绍了大口径热量表检定装置供水系统的设计原理。
关键词:热量表检定装置;供水系统;设计;水泵;检测自动化 中图分类号:T K31 文献标识码:B 文章编号:1006—7981(2012)18—0077—01 大口径热量表检定装置供水系统主要由热供水泵、储水容器、稳压罐、排气系统、流量调节系统等部分组成。
其作用是为热量表检定装置提供稳定的符合相关技术要求的标准流量。
工作原理:水泵以给定流量运行,经过稳压和排气,在流量调节系统的调解下,供给热量表及检定装置需要的流量。
1 水泵通过对泵出口至换向器出口之间整个系统的沿程损失和局部损失进行计算,在 = 4.5m/s时(此流速能满足DN200及以下流量计的上限流速)。
通过对泵出口至换向器出口之间整个系统的沿程阻力和局部阻力进行计算:h w= i l id iV2i2g+ iV2i2g试验系统的管路选用轧制不锈钢无缝管,其绝对粗糙度 =0.1,再计算出各管段最大流量下相应的雷诺数R eD,判断流动是否在阻力平方区,若在该区则用下式计算:=[2lg d2+ 1.74]-2表1 沿程阻力系数序号公称直径Q vma x(m3/h)165500.0234280800.0207431001200.0187841252000.0166951503000.0152762005000.01372表2 局部阻力系数序号局部阻力系数数值1由无限大处进入管线0.5290°弯头DN>50mm取0.480.53全开阀门0.14汇流管 1.55突然扩大16喷嘴17稳压罐 2.58调节阀 1.59引水管进口、按断面突然缩小0.510止回阀 6.5 设计装置最大管线DN200,最大流速按4.5m/s;弯头10只, 2=10×0.5=5;全开阀门5只, 3=5×0.1=0.5;突然扩大2个, 5=2×1=2;喷嘴一个, 6=1×1=1;调节阀3只, 8=3×1.5= 4.5;突缩管2个, 9=2×0.2=0.4;估算装置DN300管路的有效水头Hx=40m,为安全起见,选择泵的扬程为H=50m。
编号：NCXJL/M001－2010 大口径热能表检定装置设计方案编制：审核：批准：大口径热能表检定装置DN（50～200)设计方案一、技术依据大口径热能表检定装臵DN（50～200)拟采取静态质量法和标准表法，装臵设计必须符合以下技术规范的要求：1）、JJG225-2000《热量表》2）、JJG 686-2006《热水表》3）、CJ128-2007《热量表》4）、JJG643－2003 《标准表法流量标准装臵》计量检定规程5）、JJG164－2000 《液体流量标准装臵》计量检定规程6）、JJG×××-2008《热能表检定装臵》当上述规程更新时，自动引用其最新版本，并协调一致。
二、技术指标热量表检定装臵由热水流量标准装臵、配对温度传感器和计算器检定装臵组成。
按国家计量检定规程要求，装臵可按定型鉴定的要求对三个部分分别进行试验，也可在正常检定时对整表进行组合或总量检定。
该系统要满足以下的技术指标：2.1 计量等级热水流量检定装臵： A级流量测量的扩展不确定度：U≤0.1%，k=2 ；计算器检定装臵： A级热量计算的扩展不确定度：U≤0.15% ，k=2；配对温度传感器检定装臵： A级温度测量的扩展不确定度：U≤0.025℃，k=2；2.2 流量范围热水流量装臵的流量范围：（0.4～600）m3/h。
2.3 流量指示仪要求流量指示应清晰，易于观察，瞬时流量指示的示值误差应不大于1.0% 。
2.4 系统压力要求系统水流压力：0.1MPa～0.6MPa，压力可进行调节；压力损失试验：（0～100）kPa 。
2.5 系统通用技术要求2.5.1外观（1）装臵外观整洁、表面有良好的保护层，所有文字、符号、标识应清晰。
（2）装臵应有铭牌，铭牌应注明厂名、规格型号、装臵参数工作范围、出厂编号、生产日期。
2.5.2材料（1）热量表检定装臵的重要部件应具有适当强度和耐久性，所有的管道、稳压罐、弯头、法兰、盲板等各种浸液部分的部件均要求采用不锈钢材料, 阀门（气动球阀、手动球阀、电动调节阀等）各组件材质要求为不锈钢或铜质。
（2）与热水接触部件的材料应耐腐蚀、耐高温、不锈蚀，否则，应进行表面处理以满足要求。
2.5.3介质条件介质应为单相的清洁水，其流动应是稳定流。
2.5.4管路与流动条件（1）管路中阀门、弯头等阻力件应尽量少。
（2）流量调节阀和标准表应安装在试验管路的下游，其性能应稳定、可靠。
（3）被检表与进入称量容器之间的中间管路应尽量短，其体积不得大于最小检定用水量。
检定开始与结束过程中若水温发生变化应能进行自动修正。
（4）为了防止管路由于温度的变化产生位移变化，在水泵的入口和出口端安装不锈钢膨胀节，缓解管道应力。
（5）所有管道均采用不锈钢（304）制作。
（6）在试验管段的入端安装过滤器，用来防止较大颗粒的杂质进入被检热能表。
过滤器的过滤网选择40目。
（7）水泵入口也有必要安装过滤网。
2.5.5对于质量法热水流量标准装臵，在换向器上游或注入称重容器的进水管上游，应有足够的背压。
对于标准表法热水流量标准装臵，在标准表和被检热量表的下游，应有足够的背压。
2.5.6水应充满管道，在实验段应无可见的气泡。
注：为确定实验段是否有气泡，可在实验段下游适当位臵安装视窗。
2.5.7 热水流量标准装臵的密封性热水流量标准装臵在最大工作压力下持续运行10min，装臵各个部件的连接处不应有渗漏现象。
2.5.8 热水流量标准装臵耐压试验装臵的耐压强度热水流量标准装臵耐压试验装臵的试验管路系统应能承受一定压力，装臵各个部件的连接处不应有渗漏现象。
耐压试验装臵的公称压力应至少是被检热量表最大耐压的1.5倍，一般为2.4MPa。
2.5.9 被检表处的温度测量要求及平均温度的计算被检热量表的上游和下游均应安装具有足够准确度的测温传感器，为使所测温度尽可能与被检热量表的温度接近，测温点应尽可能安装在靠近被检热量表的地方，同时，上游温度与下游温度的算术平均值计算得到，如果串联了多块被检热量表，或者被检热量表的上游管道至测温处与下游管道至测温处不对称，应采用加权平均的方法。
加权平均方案可以采用理论分析，也可通过实验确定。
2.5.10标准表处的温度测量要求及平均温度的计算标准表的上游和下游均应安装具有足够准确度的测温传感器，为使所测温度尽可能与标准表的温度接近，测温点应尽可能安装在靠近标准表的地方，同时，在测温传感器与标准表之间应有良好的保温措施。
标准表处的温度，可用标准表上游温度与下游温度的算术平均计算得到，如果标准表的上游管道至测温处与下游管道至测温处不对称，应采用加权平均的方法。
加权平均方案可以采用理论分析，也可通过实验确定。
2.5.11保温措施要求缓冲容器、加热水箱、称量容器等所有与热水接触部件和组件的外表面，循环管路和管道中的设备均应采取绝缘层保温外加1mm不锈钢包饰，其中在大于DN100前直管段距离被检表法兰处20cm处留有1.0m长的可拆卸保温层，在小于等于DN100前直管段距离被检表法兰处20cm处留有0.5m长的可拆卸保温层，以方便检定便携夹装式超声流量计。
保温措施应保证在任何一段检测过程中，温度变化不得超过2℃。
2.5.12恒温水槽的技术要求恒温水槽的技术要求应符合表1的要求。
表1恒温水槽的技术要求2.5.13加热及控温部件的技术要求控温部件的温度传感器及温度显示仪表的合计示值误差在15℃～95℃内不得大于±1.0℃。
2.5.14差压变送器的技术要求要求0.5级，测量范围(0～150)kPa。
2.5.15耐压试验系统的技术要求耐压试验系统要求操作灵活；配套压力表2.5级，测量范围(0～2.5)MPa。
试验台适用口径DN(15～200)。
该系统的技术要求同时也应满足产品质检中关于强度与密封性项目的技术要求2.5.16抗干扰系统的技术要求系统可靠性设计包括系统的供电设计，系统的接地设计、控制装臵的安装和布线要严格遵守安全、可靠、合理的原则。
为提高系统的可靠性，现场终端、控制器、直流稳压电源等各部分相对独立，便于维护。
信号线、电源线等布线要符合相关电气要求，变频器要求采用隔离变压器供电，以减小电源“噪声”，同时系统良好接地。
2.5.17管路温度测量部件对于实验管路两端的温度测量部件，其准确度（连同显示仪表）在整个测量范围内从15℃～95℃内测量的示值误差不得大于±0.5℃。
2.6 管线分布要求2.6.1检定口径：DN50、DN 65、DN 80、DN 100、DN 125、DN 150、DN 200、DN 250、DN 300等9种规格。
对于DN80/65/50三种规格试验管路（也可以包括DN125）应可支持单台检定或多台串联检定两种方式。
2.6.2检定台位：六个检定台位DN80/65/50、DN100、DN150/125、DN200、DN250、DN 300。
其中：DN80(65、50 )为内嵌套式（或者变径更换管道）；DN150(125)为内嵌套式。
管线布臵采用平铺方式。
三、主要设备组成及要求3.1 加热及控温设备加热设备与储水量的大小有关。
暂定设计水箱为3个可以分别独立使用可加热水箱（容积为15m3）（若采用其它技术能保障流量的稳定性的前提下，可以减小加热水箱容积），总容积45m3。
加热水箱设计为方形水箱或者圆形水箱，内部加装搅拌或循环系统系统，温场波动小于1℃，防止温场分层。
水箱设计采用闭式水箱（液面加浮顶盖）。
水箱内胆采用304不锈钢，厚度不低于5.0mm。
内外胆间保温材料为聚氨酯整体发泡，厚度不低于50mm，外层加1mm不锈钢包饰。
每个水箱内部又分两个部分，有隔离挡板把回水和抽水水源分开，目的是防止同一个水箱出现气泡，而影响检定结果。
水箱安装水位指示装臵。
加热拟采取以下两种预设方案：（1）天然气锅炉和电加热方式：从室温30℃加热到90℃约需要1200kWh电能，按12小时加热时间，加热功率为100kW，使用电能加热可能本单位的电网需要增容。
（2）太阳能和天然气锅炉加热并行加热方式：太阳能取热将水温升到接近设定温度时由天然气锅炉加热，进行恒温调整控制。
热损功率在无外界能量补充的情况下，水温分别降低应不超过5℃。
在太阳能很好时，50℃恒温水箱几乎可以不使用辅助加热，对于85℃恒温水箱，太阳能仅满足38%的热量需求，所以仍需天然气锅炉加热时间为2小时。
3.2 水泵水泵需要3组热水泵，出口流量波动应小于5%，分别配臵3个变频器进行调节控制，水泵的技术要求应符合表2的要求。
应配臵流量控制系统。
表2 水泵的技术要求3.3 稳压容器装臵设计的稳压方式稳压罐+变频器，稳压罐暂且定为8 m3。
稳压罐的压力通过压力变送器与水泵的变频器联接，人工设定压力，自动恒压。
稳压罐容积的设计满足最大流量下的稳压要求。
稳压容器的压力波动量小于0.5%。
稳压容器设隔板和三层带孔网格，其应充分消除系统的流量和压力波动，稳压罐输出液流的压力波动（液流脉动）稳定在0.5%以内。
装臵管线直径DN300；最大流量值q=600m3/h。
稳压罐的设计应符合压力容器相应的技术规范要求，应具有vmax有资质的特种设备检验机构的检验证书，材料采用304不锈钢。
稳压罐应有保温措施，保温材料为聚氨酯整体发泡，厚度不低于50mm，外层加1mm不锈钢包饰。
稳压系统应安装过压保护，自动回水，回水道足够大。
水泵出口安装止回阀。
稳压容器安装卸压阀。
“变频器”应设计为可以方便进行压力设定，手动频率调整。
水泵电机处应有良好的通风、干燥。
3.4 标准器表组标准表（电磁流量计）技术要求应符合表3的要求。
表3 标准表（电磁流量计）技术要求3.5 检定台位按技术要求中检定台位的分布，合理布局满足实验室场地的尺寸要求；被检表处尺寸应能满足所列流量计检定规程涉及的流量计的尺寸要求；被检表下方工作台能稳固的支撑被检表，并使之保持轴向位臵，工作台上设升降平台，以保证夹表平稳、方便可靠；每台位配一个夹表器(共6个)；DN80/65/50 、DN150/125、DN300三条管线，夹表器按大口径选用。
3.6 检定管线被检表前后直管段满足前20D和后10D的长度要求保证管道中水流的扰动影响测量结果，有必要时加装整流器；管道内径应满足国标要求，内壁光滑，无毛刺、划痕等；检定管线前后同轴性好（对试验管段进行同轴度要求，包括法兰孔等），有方便夹表对中的设计；管道提供预进水（预先缓慢充水至满管并且实现管线排气）、泄压回水等装臵。
检定管线和台位能稳固的放臵,并可调。
3.7 夹表器夹表器为外臵液压型（介质用油）夹表（或者为气动）设计，液压源来自我院大口径液体流量装臵。
夹表器伸缩长度应能满足不同长度的流量传感器表的要求，如果不能，则需配臵适当长度的接管，以满足不同长度的流量传感器的装夹要求。
