基于组态王的热能表自动检定装置

2011-09-07辽宁机电职业技术学院

上海计量测试 2011年5期

关键词：热能变送器热量

周兵/辽宁机电职业技术学院

0 引言

热能表自动检定装置（以下简称检定装置）根据JJG225-2007《热能表检定规程》设计制造，适用于热能表出厂检验和型式试验。检定装置主要实现以下功能：

1）实时显示热量、流量、累积流量、供回水温度、累积工作时间；

2）设置和修改参数；

3）实时获取现场数据，根据检定规程的要求，处理和保存数据；

4）自动填写检定数据记录表，打印检定证书。

1 检定装置的硬件设计

1.1 热能表工作原理

工作原理如图1所示。热能表是一种适用于测量在热交换环路中，载热液体所吸收或转换热能的仪器，热量表用法定的计量单位显示热量。热量表又称热能表、热能积算仪，既能测量供热系统的供热量又能测量供冷系统的吸热量。将配对温度变送器分别安装在热交换回路的入口和出口的管道上，将流量变送器安装在入口或出口管上。流量变送器发出流量信号，配对温度变送器给出入口和出口的温度信号，计算器采集到流量信号和温度信号，经过计算，显示出载热液体从入口至出口所释放的热量值。

图1 热能表原理框图

热量计算公式

式中：Q —系统释放或吸收的热量，单位J或kWh;

qm—流经热能表中载流热液体的质量流量，单位kg/s;

Δh —热交换回路中入口温度与出口温度对应的载热液体的比焓值差，单位J/kg;

t —时间，单位s；

V —载流液体流过的体积，单位m3；

Δθ —热交换回路中载热液体入口处和出口处的温差，单位℃;

k —热系数，是载热液体在相应温度、温差和压力下的函数，单位J/(m3·℃)或kWh/(m3·℃)。

1.2 热能表检定方法[1]

1.2.1 总量检定法

按总量检定的热能表应至少在以下三种情况下进行检定。每一种情况，选择给定范围内的一温差、一流量点并在（50±5）℃的水温下进行检定。

1.2.2 计算公式

1）热量相对误差Ei与EQ计算公式

热能表计量准确度分为三级，采用相对误差限表示，

式中：Qdi、Qci分别表示第i点指示值与标准值。

2）重复性Er计算公式

式中：Vdj、Vcj分别表示在流量qp下流量传感器第j次（j=1，2，3）检定的体积指示值与标准值。

1.2.3 热能表的总量检定

1）检定时载流液体的温度、进口与出口温差与流量点按1.2.1要求。

2）检定次数一般为一次。如果第一次的E大于最大允许误差，允许再补做2次，但后面2次的E均不应超过最大允许误差。以3次试验的算术平均值做为热能表的示值。

3）当选用质量法流量标准装置时，将热能表安装其上，通水使其平衡地运行一段时间。

4）用流量调节阀将流量调到第i个点，并将载流液体的温度调到检定温度值，通过恒温槽，将温差调到规定值，稳定10 min，称出m0i，m1i；记录热能表的示值Q0i、Q1i、水温与室温。

5）实际热量Qci和热能表显示热量Qdi计算，

式中：h1i、h0i分别表示载流液体在高温恒温槽的温度下与设定的低温恒温槽的温度下的比焓值。

6）热能表第i检定点的示值误差Ei按公式（2）计算。

7）重复4）～ 6），将流量、温度、温差调到其他点，完成全部检定。

1.3 热能表的准确度等级[1]

见表1。

1.4 检定装置工作原理

工作原理如图2、3所示。检定装置分别由回水箱、止水阀、稳压容器、夹表器、检验台、标准流量变送器、入水口和出水口温度变送器、流量调节阀、换向器、称重天平组成。流量检定点由流量调节阀M1～M3决定，工作时，先把被检表固定在夹表器上，待温度加热到检定条件，打开被检表所在支路阀门，载热液体从水箱通过稳压器流经被检表和标准流量计，被检热能表显示热量值直接读数。接着通过换向器把载热液体导向天平，由天平称出载热液体的质量,通过标准流量计获得标准流量值，两支入口和出口温度变送器得到温度及温差数值。此时，可编程控制器将采集到的相关数据进行处理，处理完后再送到计算机，按照相关热力学公式计算检定时间内的标准热量值，将该数值与热能表实际测得的热量值进行比较即可得到被测热能表的准确度。依次进行其他检定点的检定。当所有检定点检定完毕，计算机将最终的检定结果进行处理并打印。

表1 准确度等级及最大允许误差E

图2 检定装置结构图

图3 检定装置数据采集、控制框图

1.4.1 标准流量、温度测量电路

标准流量、压力测量电路如图4所示。

标准流量、温度变送器选用Ⅲ型两线制，作用是将流量标准装置内和流量计前面的压力、温度信号变成4～20 mA DC电流信号,这个电流信号与DFP-1100M型配电器连接，配电器一方面为现场安装的两线制流量、温度变送器提供一个隔离的电源，同时将两线制变送器送来的4 ～ 20 mA DC信号转换成与之隔离的1 ～ 5 V DC信号，该信号给可编程控制器，作为自动控制的标准信号。