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含膠熱縮管

熱量表自動檢定系統(tǒng)設(shè)計

發(fā)布日期:2022-10-09 點擊率:100


摘  要: 設(shè)計了一種可以檢定多種口徑熱量表的多功能自動檢定系統(tǒng)。該系統(tǒng)由熱水流量檢測系統(tǒng)、溫差檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)等部分組成。在檢定中,熱水流量檢測系統(tǒng)給試驗管路供以循環(huán)水,溫差檢測系統(tǒng)模擬實際的入口和出口溫度,數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)在檢定過程中采集相關(guān)流量,溫度等信號,依據(jù)相關(guān)熱力學(xué)公式計算出標準熱量值,與被檢表的熱量示值進行比較計算,從而實現(xiàn)對被檢表的檢定。實驗表明該裝置能很好地完成熱量表的自動和手動檢定。檢定系統(tǒng)達到了設(shè)計要求,實現(xiàn)了實時監(jiān)測,保存檢定記錄,打印報表等功能,具有自動化程度高、檢定管徑多、靈活性強等特點。
關(guān)鍵字: 熱量表 自動檢定 流量 溫度

0 引言

按照《中華人民共和國計量法》第十二條和第十五條的規(guī)定:“制造、修理計量器具的企業(yè)、事業(yè)單位,必須對制造修理的計量器具進行檢定,保證產(chǎn)品計量性能合格”。熱量表是安裝在熱交換回路的入口或出口,用以對采暖設(shè)施中的熱耗進行準確計量及收費控制的智能型儀表。其工作原理是當(dāng)水流經(jīng)熱交換系統(tǒng)時,熱量表根據(jù)流量傳感器給出的流量和配對溫度傳感器給出的供回水溫度,以及水流經(jīng)的時間,計算并顯示該系統(tǒng)所釋放或吸收的熱量。熱量表在出廠之前都必須經(jīng)過檢定,為此設(shè)計了一種可以檢定多種口徑熱量表的檢定系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為手動和自動兩種檢定方式,極大地方便了工作人員的使用,在檢定結(jié)束后通過比較控制系統(tǒng)計算的標準熱量值和被檢熱量表給出的熱量值是否在規(guī)定誤差范圍內(nèi),從而做出檢定結(jié)果。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

檢定系統(tǒng)由熱水流量檢測系統(tǒng)、溫差檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)等部分構(gòu)成。

系統(tǒng)中熱水流量標準檢測系統(tǒng)主要由主標準器、供回水系統(tǒng)、試驗管路系統(tǒng)和流量、溫度、壓力計量顯示儀表等組成。其中,主標準器可選擇不同的結(jié)構(gòu)和類型組合,構(gòu)成不同形式、不同準確度等級的熱水流量檢測系統(tǒng),主要有質(zhì)量法和標準表法。

本設(shè)計中采用了自動和手動兩種方式、檢定方法包括質(zhì)量法和時間法(標準表法)兩種。

①質(zhì)量法標準計量器具采用電子稱;
②標準表法標準計量器具采用標準電磁流量計;
③供水系統(tǒng)主要由水泵、穩(wěn)壓罐、連接管路和閥門等組成;
④試驗管路系統(tǒng)主要由滿足標準流量計和被檢熱量表安裝要求的前后直管段、夾表裝置、瞬時流量指示、檢測表工作臺及安全保護罩、啟停閥、流量調(diào)節(jié)閥、換向器等組成。

本檢定系統(tǒng)實驗管路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。


圖1 試驗管路結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)設(shè)計有4個檢定通道,分別對應(yīng)不同口徑的熱量表檢定,設(shè)計最多可以同時檢定7個熱量表。

1.2 熱水流量檢測系統(tǒng)

熱水流量檢測系統(tǒng)在檢定過程中,通過電動調(diào)節(jié)閥和變頻器來控制流量,并通過兩個穩(wěn)壓罐來恒壓供水,使流量穩(wěn)定在設(shè)定值。在循環(huán)水的入口,出口和球閥等處裝有溫度和壓力傳感器,軟件主界面實時顯示其數(shù)值,到達檢定條件后即開始檢定過程。

1.3 溫差檢測系統(tǒng)

溫差標準檢測系統(tǒng)由精密恒溫槽、標準鉑電阻溫度計及配用的電測設(shè)備等組成。兩個精密恒溫槽用來模擬熱量表的入口溫度和出口溫度;系統(tǒng)所選用的標準鉑電阻溫度計、配用的電測設(shè)備,具有合格、有效的計量檢定證書。恒溫槽應(yīng)符合表1的規(guī)定。

對普通熱量表設(shè)計的工作溫度≤95℃,溫度上限tmax取95℃,可采用恒溫水槽;對高溫?zé)崃勘碓O(shè)計的工作溫度>95℃,溫度上限tmax取150℃,可采用恒溫油槽。

1.4 計算機檢測控制系統(tǒng)

計算機檢測控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)如圖2所示。采用了工控機和PCI采集卡,PCI通訊卡等來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和自動控制。泄流閥、底閥、換向器的開啟通過DO卡或者控制柜前面板開關(guān),DA卡輸出4~20mA信號來控制3個電動調(diào)節(jié)閥開度,也可以通過前面板旋鈕手動調(diào)節(jié),采集的模擬量信號有標準流量計流量、溫度、壓力等,變頻器、電子稱、被檢表通過RS485方式和計算機通信。


圖2 計算機檢測控制系統(tǒng)框圖

本設(shè)計采用手動和自動兩種檢定方式,在控制柜前面板進行選擇,設(shè)計中采用了小型大功率電磁繼電器,具有兩組常開、常閉轉(zhuǎn)換觸點形式,開關(guān)電壓為5V,計算機控制接到常閉觸點,手動控制接到常開觸點,如圖3所示。

2 檢定方法

檢定方法采用質(zhì)量法和時間法兩種。檢定通道的選擇通過換向閥或者人工手動切換。

質(zhì)量法:通過電子稱累積的熱水質(zhì)量來計算循環(huán)水所釋放的熱量。

時間法:通過在設(shè)定的時間內(nèi)對循環(huán)水所釋放的熱量不斷的積分。

根據(jù)被檢熱量表的不同口徑系統(tǒng)配備了3000kg、1500kg、600kg3臺電子稱,上面裝有兩組換向器,一組對應(yīng)3000kg的電子稱和直排管道,用于大口徑熱量表的檢定,另一組連接1500kg和600kg的電子稱,用于小流量檢定,3臺電子稱下面的底閥,通常是常開狀態(tài),如果采用質(zhì)量法,則底閥閉合,循環(huán)水就進入儲水罐,開始累計質(zhì)量。

檢定方法的選擇通過換向器來實現(xiàn)的,如果循環(huán)水進入儲水罐,則選用質(zhì)量法;如果循環(huán)水直排到回水管進行循環(huán),則選用時間法,在設(shè)定時間內(nèi)進行熱量積分。

檢定中熱量的計算可采用“比焓差法”及“k系數(shù)法”兩種方法。

比焓差法按下式進行計算:

式中:Q—系統(tǒng)釋放或吸收的熱量,kJ;qm—流經(jīng)熱量表檢定裝置的主標準器的水的質(zhì)量流量,kg/h;qv—流經(jīng)熱量表檢定裝置的主標準器的水的體積流量,m3/h;ρ—流經(jīng)熱量表檢定裝置的主標準器的水的密度,kg/m3;Δh—熱交換系統(tǒng)入口與出口處水的溫差值對應(yīng)的水的比焓值差,kJ/kg;τ—時間,h。水的焓值和密度可按附錄A選取。公式(1)中的qv與ρ應(yīng)為同一處測得的值。

3 檢定流程

本檢定步驟及方法滿足《熱量表檢定裝置》計量檢定標準要求。

加熱循環(huán)熱水箱的水溫至設(shè)定溫度值,啟動變頻水泵將熱水送入試驗管道,流經(jīng)標準流量計及被檢熱量表,返回到熱水箱。通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥和變頻水泵的轉(zhuǎn)速,將流量大小調(diào)節(jié)到所設(shè)置的流量點上,將標準溫度計和被檢表的溫度傳感器一起分別置于兩個恒溫水槽中(模擬入口和出口溫度),待系統(tǒng)運行穩(wěn)定后開始檢定,計算機在檢定過程中采集有關(guān)流量、溫度等信號,運行一段時間后停止檢定,依據(jù)相關(guān)熱力學(xué)公式由計算機自動計算檢定期間的標準熱量值。通過標準熱量值和被檢表的熱量示值進行比較計算,實現(xiàn)對被檢表的檢定測試。

檢定過程可以選擇自動或者手動方式,控制柜前面板有計算機和本地選擇開關(guān),本地控制作為計算機控制的補充,可以有效解決在檢定過程中計算機出現(xiàn)意外而不能控制的情況,檢定流程如下:

①給循環(huán)水加熱到50℃±5℃;

②給穩(wěn)壓罐注水,達到指定壓力;

③打開總進水閥和需要檢定的相應(yīng)管道;

④調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥,使流量大概達到指定范圍,然后通過調(diào)節(jié)變頻器,使流量準確達到指定的流量點;

⑤通過RS485讀取恒溫槽溫度,等待到達設(shè)定值;

⑥待系統(tǒng)運行穩(wěn)定后,根據(jù)選擇時間法還是質(zhì)量法檢定,而決定是否切換換向器,如果選擇質(zhì)量法,就把換向器打到電子稱一側(cè),開始檢定過程,讀取熱量表數(shù)據(jù);

⑦檢定結(jié)束,關(guān)總進水閥,和指定通道的泄流閥,并把電子稱底閥打開,恢復(fù)到初始狀態(tài)。

4 檢定應(yīng)用程序

如圖4所示,檢定程序主要分為3部分:顯示控制界面、參數(shù)設(shè)置界面,查詢顯示界面。程序中加入了數(shù)據(jù)庫,用于保存被檢表的檢定記錄,并實現(xiàn)了調(diào)用EXCEL打開表格功能,打印檢定結(jié)果。


圖4軟件結(jié)構(gòu)框圖

自動檢定程序流程圖如圖5所示。


圖5 自動檢定流程圖

主界面如圖6所示,頂部顯示恒溫槽,循環(huán)水溫度和電子稱的累計質(zhì)量,中間部分主要用于顯示備檢表的各項數(shù)據(jù),底部主要是檢定方法的選擇,閥門和變頻器的控制,檢定結(jié)束把數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫等功能。


圖6 運用軟件主界面

參數(shù)配置界面,可以通過設(shè)置流量點流量、電子稱的最大承受質(zhì)量、AD采集卡、485通訊卡、DA卡的通道等,提高了檢定系統(tǒng)的靈活性,極大地方便了工作人員的檢定。

在檢定之前需要對參數(shù)進行設(shè)置,流量點數(shù)值為在檢定過程中被檢定通道的流量值,變頻器設(shè)置框可以選擇在調(diào)節(jié)流量過程中起作用的變頻器,并可以設(shè)置調(diào)頻步長,電子稱的最大承受質(zhì)量不能設(shè)置超過其最大量程,如果超限,就自動停止本次檢定,被檢表個數(shù)必須設(shè)置為本次檢定中的熱量表個數(shù)。

5 結(jié)束語

本檢定系統(tǒng)框架清晰,經(jīng)過簡單培訓(xùn)即可操作,在滿足《熱量表檢定裝置》計量檢定標準要求下經(jīng)實際試水檢定,各項指標都符合要求,達到了預(yù)期的結(jié)果,順利通過了計量院的驗收,可以運用于實際的熱量表檢定工作當(dāng)中。(en

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