热量表检定装置相关问题的探讨

李宁+李宏伟+马军+乔晓燕

摘 要：热量表作为民用四表（热量表、燃气表、水表、电能表）的一份子，是国家质检总局强制管理的计量器具，必须定期定点地由法定或授权的计量检定机构检定，确保热能计量单位制的统一和量值准确可靠[1]。广泛用于供热计量和建筑计量，其产品质量和技术涉及民生，贸易结算、供热改革、节能降耗、环境保护等等，关乎热计量部门、供热企业、老百姓的切身利益，事关国家发展的基础。文章结合工作实际从热量表检定装置工作原理、特点、故障排除、问题与建议等要素进行研究探讨，提出新的建议和技术改进，浅谈了热量表检定装置的发展方向，为热量表量值准确，可靠运行，服务民生工作提供有力保障。

关键词：热量表；检定装置；研究；探讨

中图分类号：TQ420.5 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）28-0172-04

1 热量表检定装置现状

1.1 产业现状

在国家供热计量改革全面推进和节能减排政策的综合影响下，近几年来北方供热体制改革工作的不断推进，国内热量表行业发展非常迅速，热量表年销售量从2010年的270万块左右达到现在的500万块左右。

目前主要生产热量表检定装置的省市分别在：天津、山东、江苏、河南、北京、丹东、哈尔滨等，热量表检定装置从原理上分为质量法和标准表法结合、纯质量法、纯标准表法。

1.2 技术现状

随着房地产市场对热量表使用量逐年增大，市场需求前景乐观。根据我们对检定行业这几年工作的了解，很多生产企业不能结合自身的技术实力，甚至还有根本不懂流量装置的原理和特点，就开始自己设计制造各种类型的热量表检定装置，为了获取利益，就急功近利的生产。目前在市场上销售的热量表检定装置在规格、型号、性能及质量等方面不能完全满足检定规程的要求，装置整体检定验收缺乏有效的标准规范，装置整体保温做的不到位，管道水温热损耗比较大，导致加热时间过长影响检定效率和增加检定成本。装置配套的电子天平、流量计、温度铂电阻质量因市场经济的影响参差不齐，检定装置精度低、稳定性差、使用操作繁琐等。有采用PLC、组态王、C语言及单片机来实现自动控制，但自动化程度都不高，不是专业人员几乎无法操作，有的甚至需要几个人同时操作才能正常进行检定工作，这是目前大多数计量检定部门在热量表检定过程中不能科学、准确、高效地开展检定工作的关键，直接影响广大热量表生产企业的发展和热量表行业的技术进步。

2 热量表检定装置系统结构简介

2.1 热量表

用于测量及显示热交换回路中载热液体所释放的热量的计量器具，热量表用法定计量单位显示热量。

热量表检定的工作原理是：将配对温度传感器分别安装在热交换回路的入口和出口的管道上，将流量传感器安装在入口或出口管上，流量传感器发出流量信号，配对温度传感器给出入口和出口的温度信号，计算器采集流量信号和温度信號，经过计算，显示出载热液体从入口至出口所释放的热量[2]。

2.2 热量表检定装置系统结构简介

用于检定热量表计量性能和技术参数的标准计量器具和辅助设备的总体，主要由热水流量检测系统、温差检测系统、计算器检测系统等三个部分组成。

以单位装置为例，采用工控机为上位机，实现对系统单元的控制和管理，上位机、电磁流量计、变频器与水泵组成水流量的闭环控制系统。在此基础上，通过PCI数据采集卡实现对温度、管道压力和液位等数据采集与监测；通过控制4个电动阀实现冷热水切换。此外，采用Mbus总线对被测的6-12块热量表的温度、温差、瞬时流量、累积流量、热量等数据进行监测并反馈至工控机，实现热量表的状态及异常点监测。

装置主要由冷、热水源系统、流量测量系统、管路及夹表系统、控制系统及影像监视系统等五个部分组成。

2.2.1 冷、热水源系统

冷热水源系统由热水箱、冷水箱、热水泵、冷水泵、变频器、自动控温仪表、加热器、制冷机组等设备组成。

冷、热水泵通过控制系统定时自动切换工作，切换时间间隔可以设定。出口流量波动应小于5%。冷水泵应能适应在20℃低温运行要求，热水泵应能适应在95℃高温运行要求。

温控水箱应用保温材料包裹，安装水位指示装置，制冷采用制冷压缩机、加热采取电加热方式。

2.2.2 流量测量系统

流量测量系统由电磁流量计、PCI数据采集卡和工控机等设备组成。系统主要用于管道流量测量，流量计应能在高、低温交替下长时间运行（必要时使用两台流量计切换使用），准确度优于0.5级。

2.2.3 管路及夹表器系统

管路及夹表系统包括管路循环系统、夹表装置、工作台架、止回阀、流量调节阀、转换阀、开关阀等。整个管路为封闭设计，且用保温材料包裹，减少冷、热水与空气的接触面积从而避免冷水升温和凝结水、热水大量蒸发和降温。

夹表器采用机械方式（具备物理锁定功能），要求耐高温，动作灵活，且保证长时间工作不松动。夹表器伸缩长度应能满足不同长度的流量传感器夹装要求。工作台架应便于装卸热量表，便于收集流出热水，并安装有安全防护措施。

2.2.4 控制系统

控制系统由工控机、变频器、PCI数据采集板卡、二次仪表等组成。控制系统根据预先设计的程序自动运行，自动控制试验过程中的水泵启动与停止、根据预设进行周期性流量和温度的变化运行，调温控制，液位显示、流量调节，流量切换、温度切换、参数设置，流量信号采样、存储、处理并绘制流量曲线图等工作。

2.2.5 影像监视系统

影像监视系统主要用于全部检定过程的监视，监视系统内存应能储存1周内监视记录。

3 热量表检定装置的工作原理和特点

3.1 质量法和标准表法结合装置endprint

3.1.1 质量法和标准表法结合装置可用于普通热量表、IC卡热量表、超声波热量表等多种形式的检定和检验，可用于检定热水流量计，也可用于记录检定机构的监督检验、委托检验、定型检验及热量表的量值传递和溯源。

3.1.2 质量法和标准表法结合装置的工作原理为，用泵将恒温箱的水送入管道，经稳压罐进入试验管路、被热量表、调节阀、电磁流量计或电子秤（经换向器）、最后回到恒温水箱。试验时，选择并调节某一流量和水温，在流量和水温稳定后开始检定，在一定时间内，将电子秤测得的称重容器内注入的热水的质量或由电磁流量计测的通过流量计的热水的累积流量作为流量的标准值，并将此标准与同时通过被检热能表流量传感器的热水累计各流量进行比较，以确定被检表的示值误差。

3.1.3 该装置的特点，具有热水流量稳定、流量标准准确度高的特点，全部检测过程由计算机自动控制，可准确记录、存储、打印每台热量表及流量计的多项数据，便于质量管理和跟踪，同时具有高综合性、高准确度、多种标准判定方法、出具检定数据稳定可靠等优点。

3.2 纯标准表法检定装置

3.2.1 纯标准表法检定装置可用于普通热量表、IC卡热量表、超声波热量表的检定，也可以用于热量表生产企业、计量检定部门和供热部门日常检定工作。

3.2.2 纯标准表法检定装置的工作原理为，将标准流量计与被检表串联在管路中，调节水泵将恒温50℃的水注入管路，依次通过标准流量计和被检表回水箱。将两支二等标准铂电阻温度计和被检热量表的两根温度传感器分别根据供、回水端分别放置到两个对应温度的恒温槽中，以模拟供热管路的供、回水温度。由标准流量计获取通过热量表的标准流量值，由两支二等标准铂电阻温度计得到供、回水温度，按照热力计算公式计算出检定时间内消耗的标准热量值。

3.2.3 该装置全部检测过程由计算机自动控制，可准确记录、储存、打印每只热量表的数据记录，有利于质量管理和跟踪，同时具有操作简便、直观、结构合理、维护简单、安全可靠、高工作效率等优点。

3.3 纯质量法检定装置

3.3.1 纯质量法检定装置可用于普通热量表、IC卡热量表、超声波热量表的检定，广泛用于热量表生产企业、计量检定部门和供热部门的日常检定工作。

3.3.2 纯质量法检定装置的工作原理为将被检表串联在管路中，用水泵把50℃的水从水箱输入到被检表管路及称重容器中使水温均衡。将两支二等标准铂电阻温度计和被检表的两根温度传感器分别根据供、回水端放置到两个对应的恒温槽中，以模拟供热管路的供、回水温度。由电子天平获取通过热量表的标准体积，由两支二等标准铂电阻温度计得到供回水温度，按照热力学公式算出检定时间内消耗的标准热量值。

3.3.3 该装置全部检测过程由计算机自动采集完成，可完整的保存记录、打印数据、检测过程快捷、气动开启阀门反应快、数据处理比较直观、工作效率高等优点。

3.4 检定热量及误差计算

根據公式（1），热量表检定装置计算出检定时间段内的标准热量值。通过标准热量值与被检表的热量值进行比较计算。根据公式（2）实现对被检表的准确度检定[3]。

公式中：Q-是系统释放或吸收的热量；qm-流经热量表的水的质量流量；△h-在热交换系统进口和出口温度下水的焓值差；t-时间

公式中：Ei-热量相对误差；Qdi-是第i点热量表指示值；Qei-是第i点检定的约定真值。

以DN20热量表为例，相对误差在E=±4.85%范围内，为合格表，见表1。

4 装置维护和故障排除

4.1 装置维护

（1）设立专人专职负责装置的维护和保养工作，其他人员未经允许不能擅自使用装置，以避免发生意外。（2）制定该装置的操作规程，并对使用者进行技能培训，操作时应严格按要求进行，以免发生意外和损坏装置。（3）严格按照操作规程进行操作，注意安全，不得私自拆改防护装置。各仪器、仪表参数均已正确设定，不得擅自改动。如确需更改可参考相关的使用说明书。（4）为了保障标准电磁流量计的正常工作，应保证水质清洁。（5）水箱定期需换水一次，如装置频繁使用则应适当缩短换水周期。换水过程中，严禁开启加热器电源，避免因加热器裸露而烧毁。（6）装置需要搬迁和挪动时，应与制造单位联系，由制造单位提供解决方案。（7）操作耐久性试验装置系统软件时，应严格按照系统操作规程执行。（8）应对装置进行定期检查，主要包括以下几个方面：a.管路系统是否出现滴漏等现象。b.水箱里的水是否清洁，水量是否适宜。c.水箱里的加热器工作是否正常。d.航空插头、电气接线是否有松动脱落的情况。e.控制柜面板仪表显示是否正常，仪表指示是否在正确范围内。f.整个系统的工作状态是否正常。

4.2 故障排除

4.2.1 水泵工作异常，水泵不工作

检查变频器是否已通电工作；检查水泵是否通电（已按过变频器控制盘上的“RUN”键）；检查水泵运转方向与泵体箭头所标方向一致；检查水泵内是否含有其他气体，旋转水泵中部的排气螺栓，放出泵内残存的气体，直到有水喷出，再拧紧螺栓，开机运转；检查水泵进水管的阀门是否关闭；检查水泵内部轴承是否松动。

4.2.2 测试管路漏水

检查测试管中各个橡胶密封圈是否脱落或变质损坏，如需要则进行安装及更换；检查被检表与直管段是否吻合；检查气泵内的气压是否达到正常值；检查气动夹表器是否工作正常并已夹紧被检表管路。

4.2.3 恒温槽温度不稳定

检查恒温槽的搅拌开关是否在工作状态；检查恒温槽的水位是否在正常位置；检查恒温槽本身温度传感器是否连接正常，线路是否脱落。

4.2.4 按下“水箱加热”按钮后加热器不工作

检查加热器的插头是否连接可靠；检查漏电保护是否掉闸，如果确定是掉闸，并且合闸后仍然掉闸，则应检查连接加人气的相关线路，是否短路；通过观察电流表确认加热丝是否工作，如果短路及时进行更换。endprint

4.2.5 夹表器不工作

检查是否已按下“空压机”按钮；检查气泵上的电源开关是否在接通位置；检查气泵输出球阀是否在打开状态；检查测试操作台左侧的夹表气压调节阀是否打开的过小，导致夹表器压力不足；检查气缸是否漏气，如果漏气更换气缸内部密封圈；检查两位四通电磁阀是否正常，如果磨损进行更换。

4.2.6 变频器输出达到上限值Hz

检查是否有流量计反馈信号；检查管路阀门是否关闭；检查管道是否堵塞；检查被检表阀门是否关闭；检查信号盒内继电器是否连接可靠。

4.2.7 计算器的流量设置不起作用

观察变频器显示面板是否有反应，如果有，则检查水泵连线是否正常以及水泵电源是否打开；如果变频器显示面板没有反应则说明可能是计算机通信中断，检查变频器到计算机的RS-458通讯线是否脱落以及变频器的参数是否误改，可利用變频器说明书对应设定参数进行检查，慎重改动。

4.2.8 温度显示仪表报警

检查温度采集仪表背部测温铂电阻接线是否牢固；断电检查温度控制仪表背部接线端子接线是否松动。

4.2.9 液位显示仪表报警

检查水箱液位是否过高（超过0.65米）；检查水箱液位是否过低（低于0.30米）；断电检查液位显示仪表背部接线端子接线是否松动。

4.2.10 压力显示仪表报警

检查远传压力表上的航空插头是否插接牢固（断电检查）；检查管道流量通路是否有阀门关闭；检查被检表是否带有阀门且阀门已关闭；检查被检表自带的过滤网上或管道内是否有异物堵塞；断电检查压力显示仪表后背接线端子接线是否松动。

4.2.11 鼠标或键盘操作失灵

检查鼠标或键盘与计算机的联接插口是否插接可靠；检查鼠标滚轮或键盘按键等处是否有脏物、键盘是否粘连。

4.3 清洗

只能使用中性试剂来清洗装置的水箱、管路系统、操作台等，不能使用侵蚀性物质，如：盐酸（稀盐酸），或研磨性介质。

5 热量表检定装置存在的问题和提升的方面

5.1 热量表检定装置存在的问题

5.1.1 检定覆盖面有限

我们使用的热量表检定装置日常检定工作中数量不足，不能完全满足当前热量表的检定工作。目前我国省级计量院所建立的热量表检定装置有十几家，都在长江以北的地区，配备的装置数量和检定项目都不能满足当前热量表市场的发展，尤其是大口径热量表。

5.1.2 国内标准不够完善

由于目前国家、行业性标准中的参数、范围较大、标准滞后，加之热量表及装置生产的企业经济、技术实力不尽相同，考虑到生产成本因素，导致生产的产品质量水平、可靠程度略有不同。国家标准不够相对应配套的检定规程或国家标准还不够严密与完善，迫使现在的装置生产和检定可靠性、稳定性、准确性不高。热量表的检定装置从宏观上看基本可以完成热量表检定工作，但实际整体水平和技术指标从微观上看并不符合社会发展。与国外标准数相比，国内标准数为4个，欧洲标准数为9个，国内标准与国外标准里的指标技术相差很大。

5.1.3 企业主体意识不够

目前的热量表市场前景良好，一些企业产业发展方式落后，产业化、规模化、信息化、标准化程度不高，管理水平较低，技术停滞不前，不能持续保持获证时的生产条件和质量安全管理制度。企业主体质量责任意识淡薄，诚信意识，先天不足，不注重核心技术，太过重视营销。在生产过程中为了控制成本，追求利润，在不影响产品使用情况下，能省材料尽量省，能用一般的配件就不会用好的，并不考虑产品使用寿命及精密度，极大影响了产品的质量水平。

5.1.4 检定技术水平不足

热量表检定装置的技术水平发展缓慢，省级机构所建立的热量表检定装置型号一般都是DN15-DN25或DN15-DN50。所用的标准器有电子天平、电磁流量计、质量流量计等。我省DN80以上的热量表的检定采用分体检定法，流量传感器部分都是在冷水的条件下检定的，热水和冷水在温度和密度上相差很大，流量传感器元件和被检介质接触受到水温的变化不同测量误差也不同，对目前的检定数据造成很多不确定的因素，给诸多的大口径热量表检定带来了很大的不便。

5.2 热量表检定装置需要提升的方面

5.2.1 进一步完善标准体系

国外对该装置的生产有严格的标准，国家及计量部门应加快完善热量表及装置的标准体系，建立统一严密的热量表检定装置标准，不断监督检查计量标准的执行情况。建立标准应用情况的跟踪反馈制度，不断修订完善标准，以提高标准的适宜性、有效性和先进性。在标准体系运行中都要遵循PDCA循环原理：P（Plan）——计划；D（Do）——执行；C（Check）——检查；A（Act）——行动，以保障整个标准体系的时效性、规范性、科学性、合理性，逐步与国际标准接轨。

5.2.2 加强日常监督检查

质量不仅是企业和产业核心竞争力的体现，也是一个国家文明程度的体现，对于生产热量表及装置的企业，政府相关部门加大检查力度，严把生产许可和市场准入关，对不符合条件的生产企业严格执法，加大处罚，甚至给予取缔。严格监督企业按照CJ128-2007《热量表》、CJ357-2010《热量表检定装置》、JJF1434-2013《热量表制造计量器具许可必备条件》进行生产，加大宣传培训力度，把企业从“要我做”的理念转化为“我要做”，提升企业的质量责任意识，确保热量表及检定装置质量可靠。

5.2.3 提升产品的质量水平

落实企业主要负责人对质量安全负首要责任，企业要建立健全质量管理体系，加强全员、全过程、全方位的质量管理，做到严格按标准组织生产经营，严格质量控制、质量检验和计量检测。热量表装置质量存在的问题主要表现在使用中的长期可靠性方面。对于热量表存在的长期可靠性方面问题，已经引起了管理部门、计量技术机构、行业协会和生产企业的高度重视，创新思路模式，监督企业生产出可靠的大口径、小口径装置。目前，我国热量表行业标准CJ128-2007和型式评价大纲对热量表的耐久性试验要求是：介质温度为tmx-5、流量为qmax时，使流量传感器连续运行300h后，检测流量传感器的准确度应符合标准规定。而欧洲标准对热量表的耐久性试验执行一套完整的方案，要求完成持续2400h的耐久性试验，对热量表检定装置的生产标准极其严格。

5.2.4 共同遵循标准化方法

各部门、企业、个人为了达到良好的目的，都要遵循标准化方法：都是为在一定的范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的标准化活动[4]。简而言之都是制定标准、实施标准、监督标准的行为过程。为了获得良好的经济、社会、生态利益，协调社会生产的各个组成部分，确立共同遵循的准则，合理利用现有资源，实现政府部门、经营管理者、老百姓的利益最大化和秩序化，提升产品和服务质量及国际竞争力水平，进而走上可持续发展之路的目标。

6 热量表检定装置对整个社会的意义

随着国家经济发展进入新常态，集中供热成为社会福利性消费，尤其是当前环境的承受能力越来越弱，生态环境对经济增长的压力越来越大，节能减排的任务越来越重，国家推行粗放式经营向精细式管理转变的需求越来越迫切。供热体制的改革和不断深入，分户计量成为节能减排的关键突破点，是成功典型的例子。热量表的结算方式相比起按面积结算，受到越来越多的老百姓青睐，而最终保障热量表准确可靠的最后一关来源于热量表检定装置的准确可靠。

结合目前热量表检定装置的实际情况应增加数据处理自动化、智能出具热量表检定证书、电磁流量计作为标准表、恒温槽增加铂电阻保护套、保温系统采用双层保温设计、自动夹表等功能，提高检定部门的检定效率，有效的发挥热量表检定装置的优势，消除企业因产品质量问题带来的直接和间接损失，确保企业的标准化生产，提高企业出厂检验的效率和质量，确保供暖季让广大的供热企业及老百姓放心，不断推动热计量科学事业的不断发展。

参考文献：

[1]林景星，陈丹英.计量基础知识[M].北京：中国计量出版社，2012，9：6.

[2]金志军，谷祖康.热量表计量检定和程序实施指南[M].北京：中国质检出版社，2015，5：31.

[3]王东伟，邱萍.JJG225-2001热量表[P].北京：中国计量出版社，2002：2.

[4]刘晓东.企业参与国际标准化活动工作指南[M].北京：中国标准出版社，2006：1.endprint