冷量表工作原理及检定校准技术探讨

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(广州能源检测研究院，广州 510170)

0 引 言

随着我国经济的快速发展及人们对环境舒适度要求的不断提高，采用中央空调进行集中供冷的公共建筑(如写字楼、商场等)越来越多。长期以来，集中供冷是按供冷面积计费，有时存在一边使用冷气，一边打开门窗的情况；甚至出现供冷房间即使没人居住，办公冷气也不停的状况，造成了能源的巨大浪费[1-3]。

在此背景下，社会上根据用户实际使用冷量来收费的呼声越来越高，因为这样做不仅能反映用户的实际冷量使用情况，更能激发用户节约用冷的积极性，因此冷量表的推广普及势在必行[4]。

国家近几年对采暖用能计量的推行力度很大，很多地方都实现了热量分户计量；中国长江以北的大多数技术机构也相继建立了热量表的检定装置。然而长期以来，专门针对冷量表的溯源装置还比较少见，对冷量表检定校准技术的研究也处于初级阶段。目前国家正准备推出《热量表检定规程》(JJG 225-201X)，规程中包含了对冷量表的检定要求，但因多项技术规定还存在较大争议，所以迟迟没有推出[5]。

1 工作原理及冷量计算公式

冷量表是供冷系统中测量和显示载能液体经能量交换设备所吸收热能量的仪表。冷量表计量的冷量值由流经冷量表中载能液体的质量和其流经能量交换系统的出口和入口的温度差对应的焓差经过计算得到。冷量表主要由流量传感器、配对温度传感器和计算器组成。其中，流量传感器给出载能液体的累积质量，配对温度传感器给出温差值及温度，计算器计算处理并显示出能量交换系统所消耗的冷量。冷量表按结构类型可分为一体式冷量表和组合式冷量表；按传感器测量方式可分为电磁式、超声式、机械式和压差式等。

冷量的计算公式

(1)

式中：Q为吸收的热量(即冷量)，kJ；qm为流经冷量表中载能液体的质量流量，kg/s；Δh为能量交换系统中出口温度与入口温度对应的载能液体的比焓值差， kJ/kg；t为时间，s。

2 示值误差要求

参照热量表的技术要求，试着提出各等级冷量表分量值的最大允许误差Eq、EΔθ、Eθ、EG，见表1。

表1 冷量表各分量值的最大允许误差Eq、EΔθ、Eθ、EG

3 试验过程及数据处理

冷量表的示值误差试验可以采用总量法、分量法、分量组合法等，以下只介绍分量组合法。

3.1 试验点的选择

3.1.1 流量传感器

流量传感器检测时的水温为(15±5)℃，应在以下三种流量范围内进行试验：

(1)0.03 qp≤q≤0.04 qp(如果低于被检表的最小流量值，则按被检表最小流量值检测。)

(2)0.10 qp≤q≤0.11 qp。

(3)0.90 qp≤q≤1.00 qp。

3.1.2 配对温度传感器和计算器组合

(1)配对温度传感器的温度值和温差值

测量配对温度传感器5 ℃和20 ℃的温度值，从而得出5 ℃和20 ℃温度值的示值误差及15 ℃温差值的示值误差；其应符合表1中的相关规定。

(2)配对温度传感器和计算器组合的冷量值

在低温端温度为5 ℃，高温端温度为20 ℃的温差条件下，检测配对温度传感器和计算器组合冷量值，输入的流量信号应不超过计算器可接收的最大值；其应符合表1中配对温度传感器和计算器最大允许误差绝对值之和。

3.2 试验过程

3.2.1 流量传感器

以静态容积法水流量标准装置为例，流量传感器示值误差的检测方法如下：

(1)检测时水温与流量点按第3.1.1条的规定。

(2)将流量传感器安装到装置上，通水使冷量表平稳地运行一段时间。

(3)将流量调到第1个流量点，将水温调到检测温度点，稳定运行10 min；关闭流量开关阀，记录流量传感器初始值V0和工作量器初始值V0S，打开流量开关阀，使水流入工作量器。当量器的水位达到预定值时，切断水源，记录流量传感器的终止值V1，待量器内水面波动稳定后，记录量器终止值V1S。一次检测过程中水流量装置的温度变化不超过2 ℃。

(4)计算工作量器内水的实际体积VS

VS=V1S-V0S。

(2)

(5)计算流过流量传感器的累积体积V

V=V1-V0。

(3)

(6)流量传感器在该流量点示值误差E

(7)重复第4.2.1.3～4.2.1.6步骤，直到完成全部流量点检测。

(8)流量传感器的示值误差Eq按公式(5)计算，其结果应符合表1中流量传感器最大允许误差的规定。

Eq=|E|max×100%。

(5)

3.2.2 配对温度传感器

(1)配对温度传感器的温度值和温差值的测量过程

将配对温度传感器放在同一个恒温槽内进行，按3.1.2中(1)温度点检测的要求控制其温度，

每个温度点至少读数两次，取两次读数的平均值作为测量结果。测量过程中恒温槽的温度变化不应超过0.02 ℃。

数据处理：配对温度传感器在各温度点测量的温度绝对误差值应符合表1中单支温度传感器温度的最大允许误差的规定；入口温度传感器在5 ℃温度值和出口温度传感器在20 ℃温度值之差的误差应满足冷量表15 ℃温差的表1中准确度要求。

(2)配对温度传感器和计算器组合的热量值测量过程

将配对温度传感器放在两个恒温槽内进行，按3.1.2中(2)温度和温差点检测的要求控制其温度, 每个温度点至少读数两次，取两次读数的平均值作为测量结果。测量过程中恒温槽的温度变化不应超过0.02 ℃。输入流量信号，记录输入的累积流量值。输入的流量信号应不超过计算器可接收的最大值。

数据处理：冷量标准值由标准温度计提供的温差和输入的累积流量通过计算得到。冷量表的冷量值从冷量表读数得到。误差计算按公式(4)及公式(5)计算。冷量表冷量值误差应不大于表1中配对温度传感器和计算器最大允许误差绝对值之和。

4 结 论

从上述分析可以看出，冷量表与传统的热量表工作原理非常类似，但也有自己的特点；其中涉及的一些具体检测数据与指标，笔者并不保证其充分合理性，只是用于与同行进行技术探讨。目前南方个别地区冷量表安装使用试点工作已经取得了初步成效，质监技术部门下一步应着重考虑做好冷量表的检定校准等工作，加快制定全国性或地方性检定规程，为冷量表全面推广使用工作打下坚实基础。

[1] 姜 利，张丽娜.热棒位置与热棒效果关系的研究[J].森林工程，2014，30(1)：117-119.

[2] 刘钊，卜占成. 热量表准确度检定方法的选择及应用[J].

[3] 吕士健. 杨健等.CJ128-2007 热量表.

[4] 王东伟. 邱萍等.JJG225-2001 热能表.