热水热量计量仪表的环境试验装置研究

【摘要】本文介绍了一种用于热水流量表、热量表等流量仪表的环境试验装置。该装置采用分体结构设计，各个组件互不影响，能同时测量不同环境温度和湿度下的热量示值误差、温度示值误差及流量示值误差。在满足试验要求的前提下，最大限度地降低了装置整体的体积和制造成本，对现有其他配套试验装置影响较小。

【关键词】热量表；环境试验装置；分体结构

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.03.068

Study on the Environmental Test Equipment for Hot Water Heat Metering Instruments

LIU Yang

（Liaoning Institute of Measurement， Shenyang 110004， China）

Abstract： This article introduces an environmental test equipment for designing flow meters such as hot water flow meters and heat meters. The device adopts a split structure design， where each component does not affect each other， and can simultaneously measure the errors in heat， temperature， and flow under different environmental temperatures and humidity. On the premise of meeting the test requirements， it minimizes the overall volume and manufacturing cost of the device， with little impact on other existing supporting test devices.

Keywords： heat meters； environmental test equipment； split structure

环境影响试验要求在不同环境温度及湿度下对热量表的计量准确度进行测量，而试验所用的环境试验装置通常为非标设备，需要根据各个实验室的实际需求情况进行定制。辽宁省计量科学研究院是热量表国家型式评价实验室所在机构，承担了东北大区热量表的型式评价试验，并拥有各类用于热量表、流量计、燃气表等流量仪表的环境试验装置。本文将主要介绍一种用于热水流量表、热量表等流量仪表的环境试验装置。

1背景技术及领域

热水水表、热量表等流量仪表是流量计量领域中测量供水回路中热水流量和所释放热量的计量仪表，其广泛应用在发电、供暖、生产用热等，在节能减排、环境保护、贸易结算等领域中发挥着重要作用。按照现行国家标准GB 32224—2020《热量表》和计量检定规程JJG 225—2001《热能表》中要求，热水及热量计量仪表需要进行环境温度及湿度的影响试验，以确保计量仪表所在环境的温湿度变化对计量仪表准确度的影响在示值误差允许范围内。因此，计量检测机构在开展热水流量及热量的量值溯源工作时，要使用一种能模拟环境温湿度变化的试验装置，用来检测不同环境下温湿度的变化对计量仪表示值误差准确度的影响。

现有环境试验装置（以下简称“试验装置”）的结构通常为一体化设计，将被测流量仪表安置在一个封闭的试验空间中，并利用试验装置内置的流量标准装置使被测流量仪表运行至正常工作状态，再将封闭空间内的被测流量仪表的工作介质和封闭空间的环境温度统一调整至试验所需模拟的环境温度。这种试验装置的优点是对所需模拟环境的温度和湿度的控制十分精确，主要用于测试准确度等级较高（优于1级，即示值误差不高于±1%）的流量仪表。

但该类试验装置结构比较复杂，其外形体积通常较大，内部结构管线复杂，集成度很高（见图1和图2）。因此，当试验装置内部零部件需要维护时，维修人员要临时拆除外部结构才能进行维修，工作量较大。而对于那些准确度等级较低，或环境温湿度变化对准确度影响较小的被测流量仪表来说，不需要将环境的温度点和湿度点控制得如此精确，这就造成试验装置性能过剩。

基于此，辽宁省计量科学研究院热量表型评实验室设计了一种各个分支功能为独立结构的试验装置。该试验装置将温度湿度控制组件、封闭空间组件、工作介质循环组件、辅助测试组件各自独立设计，彼此运行互不影响，可单独某一组件进行维护，不影响其他组件运行。

2试验装置的结构

该试验装置充分利用计量检测机构现有流量计量标准装置，在为一个封闭空间提供满足试验要求的温度和湿度环境的同时，对计量仪表进行流量及热量的示值误差进行测试。

2.1该试验装置的创新点

1）实现了试验装置中的工作介质循环组件功能。结合现有流量标准装置，通过设置独立支线流量管路向被测仪表提供标准流量。流量标准装置可以提供符合要求的标准流量值，用来对流量仪表的流量参数进行量值溯源。通过对现有标准装置进行改造，实现流量标准装置的最大化利用。

2）实现了试验装置中的温湿度控制组件和封闭空间组件功能。将温湿度试验装置与被测流量仪表封闭测试环境空间分开，利用循环风机和空气管路将温湿度试验装置提供的高温空气、低温空气、特定湿度空气导入被测流量仪表的封闭环境空间，可以摆脱温湿度试验装置本身空间体积的限制；对不同规格的被测流量热量仪表设计单独的合适封闭测试环境空间，可最大化地利用封闭测试环境空间，进而降低试验装置的整体体积和维护时的工作成本。

3）实现试验装置中的辅助测试组件功能，能同时对热量示值误差和流量示值误差进行检测。在封闭测试空间预留了被测仪表温度测量部件的检测接口，用于完成热量表的检测。热量表的检测需要同时测量供水管路的流量和管路内热水的温度温差。管路中热水温度和温差的测量需要利用单独的恒温槽来进行，利用2台放置于封闭测试空间外面的恒温槽提供稳定的高温和低温温场，模拟供热回路的进水温度和回水温度，结合热量表所测量的管路流量值计算得到热量值。

2.2试验装置的工作原理

辽宁省计量科学研究院热量表型评实验室分解了现有类似设备的组合结构，将试验装置拆分为独立结构，每个结构单独工作，互不影响。试验装置具体工作原理流程见图3。

在图3中，1为流量标准装置的工作介质连接管路，包括进水管路和回水管路；2为被测流量仪表；3为用来模拟环境温湿度变化的封闭空间；4为温湿度试验装置，用来提供需要的高低温空气；5为高低温空气的循环管路；6为恒温槽，用来检测被测热量表的温度传感器；7为被测热量表的温度传感器。在该试验装置中，工作介质循环组件为1和2；封闭空间组件为3；温湿度控制组件为4和5；辅助测试组件为6和7。

新型试验装置的实际结构见图4。图中流量标准装置和恒温槽为原有设备。我们通过改造流量标准装置，增加了与图中封闭空间的连接管路，利用温湿度标准装置产生需要的高低温空气，通过风循环机及配套管路传送至封闭空间中。

试验装置的检测对象为热水流量仪表，传统的环境试验装置在进行实流检测时，对流量仪表工作所用工作介质的温度保持往往都采用复杂的加热及循环装置。这会使环境试验装置的内部结构更加复杂，并且提高了检测成本。而我们采用分体结构可以充分利用现有流量试验设备，通过保温管路和单独的密闭空间对被测热量仪表进行试验，可以减少被测仪表工作介质释放的热量对密闭空间环境的影响。

3试验装置的工作方式

试验装置的被测热水水表或热量表工作所用的介质为热水，通过图4中的银色流量标准装置及其配套管路进行循环；封闭空间和温湿度标准装置所用的工作介质为空气，通过图4中的红色管路进行循环。

进行环境温湿度影响试验时，流量标准装置及其连接管路为封闭空间内的流量仪表提供实际热水流量，使其处于正常工作中。检测人员可以通过更换不同规格口径的管路对不同口径被测流量仪表进行流量参数的量值溯源。

温湿度标准装置产生不同温度和湿度的空气，通过循环风机使封闭空间内的环境空气达到检测时要求的温度和湿度并保持恒定。当被测仪表为热量表时，检测人员需要将热量表配套的温度传感器通过单独的接线口穿出，放入设定温度的恒温槽中，用来模拟供热回路中供水温度和回水温度，实现热量参数的量值溯源。

当被测流量仪表的流量和封闭空间的温湿度达到稳定状态后，检测人员对被测流量仪表显示的流量值或热量值与流量标准装置的流量值进行比较，完成特定温湿度环境下的量值溯源工作。

4试验装置的性能参数

通过辽宁省计量科学研究院的环境性能实验室对该试验装置进行量值溯源，检测结果见表1。从表1的数据可见，试验装置的温度均匀性和波动度满足热量表环境试验要求。

5计划展望及改进

该试验装置满足热量仪表的型式评价试验要求，并且降低了设备成本及运行成本，为辽宁省计量科学研究院流量计及燃气表等流量仪表的型式评价中环境性能试验部分提供了相关的实践经验。未来，我们计划将其推广到更多的流量计量领域中，并将进一步对试验装置进行优化，提高零部件的通用性和耐用性，提高与现有装置的适配性。

【参考文献】

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[2]张婧瑜，何慈晖，毛旭峰.大工作空间环境试验设备温湿度校准便携式定位装置[J].上海计量测试，2021，48（3）：52-53.

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[4]高森林，孙权，孟繁亮，等.基于流量计量仪表环境试验在线检测装置的研究[J].计测技术，2017，37（3）：48-50.

【作者简介】

刘洋，男，1980年出生，高级工程师，研究方向为流量计的检定、校准等。

（编辑：李加鹏）