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1、热量表的一体检定张立谦（北京计量测试技术所）由于热量表的发展，对于热量表的检定方法的讨论越来越多了，以下我将对于这种检定方法的一些技术问题提出自己的认识，供各位专家指正。一一体检定的定义 在讨论有关热量表检定的一些概念之前，有必要分析一下热量表的结构特点。目前，在国家计量检定规程JJG225-2002热量表中规定了，热量表分为两种，一种是组合式热量表，一种是一体式热量表。组合式热量表是由独立的流量传感器、配对温度传感器和计算器组合而成的热量表。一体式热量表是由流量传感器、配对温度传感器和计算器组成，而组成后全部或部分不可分开的热量表。由于热量计量的先决条件是对于流量、温度的计量。在一体式热量表
2、中，根据不可分的程度，又有可分成两小类，一种是流量传感器和温度传感器，在没有积分仪存在的条件下，可以单独计量，而且均可以保障其计量的准确性，但由于组装的原因造成热量表不可分的；一种是流量传感器或（和）温度传感器，必须经积分仪根据特定的流量传感器、温度传感器的性能参数，对其信号进行处理，才能进行准确计量，从而造成热量表不可分的。第一种可以称为结构不可分的一体式热量表，第二种可以称为计量不可分的一体式热量表。在现有的计量不可分的一体式热量表中，往往表现为，流量传感器可以单独进行检定，而计算器和温度传感器必须一起检定。为了适应热量表结构的特点，目前热量表的检定方法有两种，一种是分体检定，一种是一体检
3、定。一体检定的概念是相对于分体检定的概念而言的。所谓分体检定，即对流量传感器、温度传感器、计算器分别进行实验，从而确定热量表计量准确度。在欧洲标准EN1434-1997热量表和OIML R75热量表中，对于分体检定的技术要求、实验方法都有很明确的描述。这种检定方法适用于组合式热量表和在未组装时的结构不可分的热量表。在这些文件中，也同时规定了对于计量不可分的一体式热量表和组装后的结构不可分的一体式热量表进行检定的技术要求。这种检定方法就被称为一体检定。但目前对于一体检定的实验方法在欧洲标准和国际建议中没有明确规定，还在讨论之中，这也是本文探讨的主要内容。二一体检定的适用范围对于一体检定的适用范围
4、的讨论，实际是根据一体检定的特点，和在控制计量器具质量的全过程中，定型鉴定、首次检定、后续检定的不同要求，确定一体检定是否适用于相应的场合。首先，我们先了解一下热量表一体检定方法的特点。热量表一体检定方法不同于其它测试方法的一个显著特点是热量表一体检定方法的最大允许误差是各分项误差的算术和。以3级热量表为例，各部件的误差限为：流量传感器 ： E =%且5%配对温度传感器 ： E =%计算器： ： E=%对于一体检定的误差限规定如下： （1）当组件全部不可分时： %（2）当温度传感器和积分仪不可分时： 温度传感器和积分仪部分的误差限为：% 流量传感器 ： E = %且5%根据计量检定技术规范JJ
5、F1059-1999测量不确定度评定与表示中，对于合成标准不确定度进行评定的要求可知，不确定度分量进行合成的基础，是分析各不确定度分量之间的相关情况。由于热量计量的复杂性，目前对于这种相关性的研究并不充分。所以，在欧洲标准和国际建议中，采用的是简单的绝对值相加的办法。从理论上讲，在热量表一体检定的误差分析尚不完善的条件下，采用分体检定是最科学的；但对于计量不可分的热量表进行检定时，采用一体检定是目前最好的解决办法。而对于即可以进行分体检定又可以进行一体检定的热量表，分体检定也应该是首选。热量表一体检定的另一个特点是可以通过简单的实验就可以确定特定的条件下，热量表的计量准确度是否满足要求。但存在
6、的问题是，在一定条件下进行的一体检定，如果检定结果符合允许误差限的要求，只能说明在该条件下，热量表的计量性能符合要求，除此之外，不能推断出其它相似条件下实验结果仍然合格；如果检定结果不符合要求，也不能推断出哪一部件出现了问题。以下，再根据定型鉴定、首次检定、后续检定的不同要求，分析如何应用一体检定，促进对于热量表质量进行控制。通过定型鉴定是取得制造计量器具许可证的先提条件，所以在定型鉴定实验中，要对产品的全性能进行严格的测试。对于组合式热量表和结构不可分热量表，应进行分体实验。对于计量不可分的热量表，虽然只能进行一体检定，但在欧洲标准中明确规定，必须覆盖所有的在分体检定中规定的流量点、介质温度
7、和温差等实验条件。根据JJG225-2002热量表中的规定，在分体检定中，热量表应分别在三种介质温度，5种流量，个温差下进行测试，所以当进行一体检定时，测试条件应是根据一体表的情况对以上测试条件的组合。显然，目前的欧洲标准规定的用于出厂检定的一体检定方法的测试条件不能应用于定型检定。首次检定、后续检定的目的是确定热量表的计量性能。同时由于热量表还是一种大规模使用的计量仪表，所以对于热量表的首次检定、后续检定也要兼顾效率。计量部门在对各种热量表进行检定的过程中，采用一体检定就显示出了它的优点。操作人员不必将热量表进行分解，不必对各种热量表的技术细节进行了解，就可以根据热量表的技术参数，设定检定条
8、件，进行检定，从而提高了工作效率。所以可以说一体检定特别适合于大规模的检定工作的进行。但有一点应明确的是，如果进行了分体检定，则一体检定也就合格了，而不能认为对于首次检定、后续检定只有一体检定一种方法。三国内外一体检定的发展现状国内很多厂家对于一体检定都进行了有益的探索。其共同点都是对热量表的热量值直接进行检定，即通过一个实验过程，使标准装置和热量表同时对模拟的供热系统进行热量计量，通过标准装置得到的标准热量值和热量表显示的热量示值进行比较，计算出热量表的示值误差。目前，一些单位达到了欧洲标准，即对于出厂检定的以下三种情况（水温为（505）： 1）min1.2min和0.9qpqqp 2）10
9、20和0.2qpq0.22qp；3）max-5max和qiq1.1qi对于检定3级热量表的实验装置的标准不确定度小于： %在我国大力发展热量表，热量表实验装置的同时，我想也应该广泛向国外学习，促进我国对于热量表、热量表实验装置的发展。国外一体检定装置产生的原因是为了适应一体式热量表的检定。所以，在此有必要了解一下目前国外一体式热量表的基本情况。在国外一体式热量表中，由于计算器中包含了对温度传感器对的示值修正功能，使得温度传感器和计算器形成了不可分的整体；流量传感器，尽管除了机械式的，目前还出现了例如电磁，超声等不同形式，但由于计算器起到了流量传感器的二次仪表的作用，使的流量传感器可以单独进行检
10、定。这种热量表实际是部分不可分的一体式热量表。依据这一情况，国外一体式热量表检定装置分为两部分，即流量检定部分；计算器和温度传感器检定部分。流量部分就是热水流量检定系统，测试点分别为qp、0.2qp、qi。计算器和温度传感器检定部分包含了4个恒温槽，在每个恒温槽中，放入标准铂电阻温度计。4个恒温槽的温度分别为30、33、40和最高温度，从而模拟最小温差，10K温差，和最大温差，三个温差。依据欧洲标准，对于3级热量表，系统的不确定要求为：温度传感器和积分仪部分为：% 流量传感器部分为 ： E = %四 结 论以上简单介绍了热量表的定义、适用范围以及国内、外热量表一体检定装置的基本情况。为了适应热
11、量表大力发展的局面，一体检定作为一种简单、有效的方法，会得到大力发展。但值得注意的是一体检定装置的发展首先应该规范化，才能有利于热量表事业的发展，才能推动热量表的推广使用。 热量表检定装置不确定度分析报告谷祖康 朱江（山东省计量科学研究所）热量表检定装置由热水流量标准装置、配对温度传感器检定装置和计算器检定装置三个部分组成。要确定热量表检定装置的不确定度应分别从三个组成装置的不确定度分析着手。各项标准不确定度的评定方法：对A类不确定度按标准差的计算公式确定：自由度为n-1。对B类不确定度按矩形分布确定：自由度为。一、 热水流量标准装置1、装置组成热水流量标准装置计量标准器可采用动态定量容积法、
12、质量称重法和标准表法，但动态定量容积法实现起来相对较难，所以大部分采用的还是质量称重法和标准表法。本文从以非启停静态质量法与标准表法组合形式的标准装置的分析作为参考，此处质量法是主标准器，标准表法是将标准表作为装置的次级标准来使用，若装置单纯为质量法则可将标准表的相关误差剔除，若单纯标准表法可认为等同于这种组合装置的分析，因为标准表本身包含了质量法或其它上级标准传递给它的误差。2、装置不确定度分析进行不确定度分析时应考虑以下因素带来的影响：1） 被检表的显示分辨率2） 标准表的显示分辨率3） 标准表稳定性4） 标准表与被检表之间的热水温度的差异5） 管道系统中的温度变化6） 检定系统中的气体7
13、） 天平的不确定度8） 浮力及密度对天平修正的影响9） 换向器的影响10）称量容器中水蒸发的影响2.1、被检表示值误差计算公式：其标准不确定度为：其中：式中：ap-示值结果分辨率（计数单位） np-计数单位的个数（如脉冲数）式中：am-标准表脉冲当量 nm-标准表脉冲数 Km-标准表修正系数DVT-被检表与标准之间温差引起的误差DVG-中间管道温度变化引起的误差 DVQ-水中气泡引起的误差其中： 式中： Vm-标准表示值Vm=nmamVN-天平称量容积值 式中： M-水体积称量值 K-称量时各种浮力及密度修正系数DVG-中间管道温度变化引起的误差DVH-换向器引起的误差 DVZ-称量容器中水蒸
14、发引起的误差合成上面各分项标准不确定度，代入时以认为：VV示V标VNVm2.2、 各项不确定度分析2.2.1、 被检表分辨率影响被检表读数有二种方法，一为直接读数，二为采集脉冲。在检定规程中规定被检表的显示分辨率为0.01L，二次读数引起的最大计量单位误差按1个计算。若检定最小体积量为10L，则此项因素带来的相对标准不确定度为：此影响是巨大的，我们可以认为它包含在测量结果的不确定度里，而不包含在装置的不确定度里。要么必须提高被检表的分辨率如1mL，国外表通常满足此条件。被检表的脉冲输出通常频率很低，脉冲当量最小为1L，所以唯一可行的方法是让被检表脉冲信号作为激励信号进行换向器的换向或标准表脉冲
15、信号的采集。前提是通过单片机技术保证被检表的脉冲数计数不丢数和控制时间的一致性，则此项影响可完全忽略。2.2.2、标准表分辨率影响这里指的是因标准表脉冲计数误差而要求的最小脉冲计数量，脉冲数计数误差在开始时在-10之间，结束时在0+1之间，即误差范围为-1+1。设装置设定最小计数量不小于2000个，取Km为1，则引起的相对标准不确定度为：2.2.3、脉冲当量变化影响此影响实际就是指标准表仪表系数的准确度和二次校准期间的稳定性。因装置对仪表系数必须进行修正，所以主要误差来自于重复性，一台好的流量计达到0.05%不应有大问题；为保证仪表系数的稳定性，应定期对标准表进行复查，所以说单独使用标准表作为标准，在
