关于热量表检定的方法
清华大学 萧曰嵘★
提要 国外标准对热量表主要采用分体检定的方法。通过对该方法的分析，指出其不足，认为整体检定方法技术上可行，检定结果更为真实合理。提出了两种检定方案。关键词 热量表 检定 传感器 系统误差 累计热量
Verification method of heat meters
By Xiao Yuerong★
Abstract Based on an analysis of heat meters verification methods generally adopted abroad, points out that can cause some inconvenience and problems in applications. Recommends that for higher precision the verification be performed when the meter is under actual working conditions. holds that such a method is technically feasible and results by which are reliable and appropriate.
Keywords heat meter, verification, sensor, system error, accumulated heat amount
★ Tsinghua University, China
当前，我国供热商品化的进程快速发展，按户计热收费是既定的目标，对于即将大量生产和安装使用的各种型式的户用热量表，科学检定其计量品质，是急需解决的重要问题之一。检定方法的确定，对于促进和推动我国热计量技术的进步，至关重要。
1 热量表原理及其检定方法
在世界法定计量组织75号国际建议（OIMLR75）和欧洲热量表标准EN1434中，对于热量表计热，规定按公式
（1）
计算。式中Q为热交换系统从时刻τ0到τ1释放或吸收的热量，J或Wh；qm为流经热量表的水的质量流量，kg/h;Δh为热系统入口和出口温度间水的比焓差，J/kg或Wh/kg; τ为时间h。
OIMLR75和EN1434对于热量表的性能检定，提出了分项检定和整体检定两种方法。在标准中，详细规定了热量表分项检定的具体技术指标。而对于整体检定，虽有规定，但所言寥寥。
我国热量表标准以实施，热量表检定规程也在积极编制过程中，在我们还缺乏热量表大量工程应用实践的情况下，编制的主要参考只能是OIMLR75和EN1434，其中有关热量表的检定方法，在基本引用国外标准相关条款的同时，还应考虑标准编制以来的技术进步和我国供暖工程运行管理现状，是国外标准中某些不尽如人意之处，得以弥补。本文就热量表的检定方法进行讨论，以供参考。
2 分项检定方法
分项检定是指对温度传感器、流量传感器和积算器，分别按相关规程进行独立检定，检定结果按绝对误差求和的方法，计算得出热量表的总精度E。
分项检定可以按照现有的检定规程，在规定的条件下对传感器检定，得出各个传感器的误差，以计算出热量表的总精度。这种方法容易操作且技术成熟，但用于热量表的检定，则存在如下一些问题：
① 传感器工作条件的影响
热量表是一种由流量传感器、温度传感器和计算器综合构成的复合型仪表。工作时需要紧凑的组合并安装在管路系统中，所以，传感器在使用时的条件与检定条件不同，将导致传感器计量特性的变化，尽管有的热量表在设计时采取了一些措施，但完全消除这些条件的影响是困难的。比如，热量表在使用时，一般没有绝热保护，当金属套管插入供暖管路中时，会使温度测量的导热误差增加和传感器的惯性加大；由于插入点的偏离，插入截面上温度的不均匀分布也会造成测温偏差。还有，当插入式温度传感器与某些流量传感器安装距离很近时，管内流体流态恶化，也将使流量传感器计量失准。此外，对于积算器的检定，利用脉冲发生器模拟流量信号，利用标准电阻模拟温度信号，而不对计时脉冲检定，这在计算累计热量时，是否可能造成较大误差？这些由实际安装或检定条件带来的系统性误差，在单相检定时可能不出现，但组装成完整的热量表后即会产生，即使重复测量也不可能消除。
② 热量表精度的计算
按ＯＩＭＬ R75和EN １４３４，在计算热量表准确度时，首先对流量传感器、温度传感器和积算器，由分项检定分别得到各自标准装置和实测传感器误差曲线，二者相比，判断合格与否。然后，按绝对值求和的方法计算热量表准确度。
从传感器误差特性可知，ＯＩＭＬR75和EN１４３４规定了热量表精度等级，但即使达到了规定的精度等级，是否意味着累计热量值（即收费金额）的偏差也可满足规定的精度吗？
热量表作为一种重要的民用计量仪表，关系到向广大取暖用户收取额度较大的费用问题，所以其计量的准确度就显得十分重要。当我们在技术上难以对累计热量进行直接的宗和测量时，采取分项检定而且数据处理方法合理时，还是可行的。但上述分项检定结果，略去了一些影响因素，又没有明确对不同类型误差的处理方法；比如，当传感器系统误差较大时，对累计热量值的影响，可能是不可忽略的，而累计热量才是计费的最终依据。所以分项检定的可靠性难以使人信服。
３ 整体检定
整体检定是对处于工作状态下的热量表，直接检定其所显示的累计热量值。
由于整体检定是针对已经组成整体或已安装就为的热量表进行的，所以，包含在热量表内的各传感器及其相关影响已然存在，这时进行的检定就是综合精度检定，也就是热量表在工程使用条件下的实际的精度检定．通过整体鉴定，不仅可以完成常规检定，还可以：
－判断被测热量表的误差特性，从而可以提出仪表的改进方向，或给予必要的修正；
－按照供暖运行工况，编制模拟全年运行的检定方案，对累计热量的计算准确度进行检定．
可见，整体检定有利于从实际使用的效果上评价热量表的精度，因而较为真实可靠．
整体检定可以采取两种方法，热平衡法和比较法：
① 热平衡法
热平衡法是一种常用的实验方法，热平衡法检定热量表的原理图件图２。输入给加热器的电能E扣除电加热器在检定规程中内能的变化DE和箱外漏出的热量QL，就是被检热量表计量热量的真实值Q．即 Q＝E－DE－QL
热平衡法使热量的真实值与被检热量表的显示值比对，是一种直接比较的检定方法．这不仅可以免除对流量和温度的测量，更由于包含了各种传感器在安装后的真实工作状态，是对被检热量表实际工作性能的检验，故具有更高的可靠性．当然，对输入电能、水箱内能变化和经过严格绝热处理的水箱漏热量的精确测量，是实施热平衡法时具有难度的技术关键。
② 比较法
比较法就是利用精度等级更高的标准器的测量值检定被检仪表显示结果，从而评价被检仪表的精度。这是量值或基准传递时广泛采用的方法。从图3比较法检定热量表的原理可以看出，对被检热量表进行检定的是精度更高的标准流量仪表和测温仪表。在检定过程中，采集各时刻标准仪表测量值，经过运算处理，的出热量的真实值，以这一数值与被检热量表显示值比对。
比较法同样采用流量计和温度计作为标准装置检定热量表，是由具有相同计算学特性的一组标准仪表构成的组合标准（基准）。这种检定是针对已经组合成整体或安装就位的热量表进行的，即包含在热量表内的各传感器及其相关影响已然存在，是热量表在工程使用条件下的实际精度的检定。同时，这种检定方法是用标准装置计量得出的热量值与被检热量表的热量度数值比对，所以，比较法精度检定与分项检定是根本不同的。
利用比较法进行热量表检定，不仅具有整体检定的优点，而且，还能依据如上原理，使检定装置的实际工程设计具有相当的灵活性和突出的优越性。
应该指出的是，比较法检定时，无需对电加热器的绝热进行严格设计和测量，但选择标准装置和完善的技术设计，是保证检定装置计量特性的关键。
从检定效能看，整体检定比分项检定直接而可靠，技术也是先进的但有难度。我国开发研制的利用热平衡法热量表整体检定装置，已经进入试验运行。实践证明，实现热量表的整体检定，需精心设计和严格加工，但不存在不可克服的障碍。而且，所需投资也大大由国外引进的热量表检定的成套设备。
整体检定方法，还可使装置体积减小，移动方便，甚至可实现多台热量表的同时检定，这不仅能够大大提高检定效率，还为热量表制造企业提供了适用于产品出厂检验的重要手段。
4结论
4.1 分项检定只对构成热量表的基本单元分别进行检定，没有考虑热量表结构条件对测量精度的影响。同时，不对系统误差进行有效处理，采取对分项误差进行绝对值求和的简单方法，就不能说明热量表在累计热量测量时的精度。
4.2 从检定原理分类，整体检定可以采用热平衡法和比较法，两种方法各有利弊，但在工程上都是可行的。
4.3 整体检定方法是用基准热量值与被检成品热量表显示的热量值对比，这种检定结果不仅包含了结构条件对测量精度的影响，而且与实际运行情况一致，具有比较真实的实用背景，因而是更为可靠的。
4.4 在计热收费的实施的过程中，应该推进我国热量表整体检定方法的研发，以利于我国热量表的生产制造和计热收费