热能表是实施城市供热体制改革，推行按热量计量收费的关键设备，其作为一种贸易结算的重点计量器具已被列入了国家强制检定目录，并要求进行安装前的首次检定。为了适应热能表使用的需要，国家及省、市级法定计量检定机构将大量使用热能表检测装置，主要用于热能表安装前首次强制检定、产品型式评价试验、产品质量监督抽查、产品质量仲裁等工作。热能表检定装置的设备配备合理、技术指标检测完整是量值正确的前提，是热能表推广使用的基础，直接关系到供热计量改革工作的顺利进行。
1、我国热能表检定装置发展现状
我国热能表检定装置的典型规格及技术参数如表 1 所示。
综合分析表1 可知，我国热能表检定装置均存在测量范围小(DN15～DN50)，精度低的特点，尚不能满足热能表综合计量检测的要求。
2、热能表综合检测装置的组成
根据计量检定规程，热能表检定装置的构成可分成两种。①分量法热能表检定装置，包含热水流量标准装置、配对温度传感器检定装置和计算器检定装置三个部分;②分量组合法热能表检定装置，由热水流量标准装置、配对温度传感器检定装置/ 计算器检定装置组合而成。
3、热能表综合检测装置的设计参数
(1)热水流量标准装置
①装置类型：静态质量法 + 标准表法。
②试验介质：热水，温度波动度≤1℃。
③温度范围：(3～85)℃。
④口径范围：DN15~DN80。
⑤流量范围：(0.03～100)m3/ h。
⑥装置扩展不确定度：
冷水：质量法≤0.05%(k=2);标准表法≤0.33%(k=2)。
热水：质量法体积流量≤0.2%(k=2);标准表法≤0.5%(k=2)。
⑦流量稳定性：优于 0.2%。
⑧水温的波动：流量检定点的温度下降一般≤2℃。
⑨高水温试验：热水流量装置应能在(90±5)℃下正常工作，不会发生换向器等控制部件失灵及管道变形等对测量造成影响的事件发生。
(2)温度(温差)标准装置
温度(温差)标准采用二支二等标准铂电阻温度计，不确定度不超过 4mk。电测设备选用量程适宜的准七位数字式仪表，测量电阻值的最小分辨率应达到 0.0001Ω。温差测量标准测量不确定度折合成温度不超过2mk。最小温差为3℃。
恒温槽采用两台，其中一台温度范围为(常温95℃，另一台温度范围：(2～95)℃。4恒温槽工作区域垂直温场均匀度优于0.01℃，工作区域水平温场均匀度优于0.01℃，工作区域温度波动度≤±0.01℃/30min。
4、热水流量标准装置的设计
(1)标准器的设计
①质量法计量标准
原级标准采用静态质量法、高精度传感器式电子秤，附加现场标定装置及液压自动加砝码机构，可在任何时间对电子秤进行标定。称重系统的设计主要从两个方面进行考虑：称量范围应与装置的流量范围相一致，且不得小于最大流量下60s 的累积流量值;分辨率(或分度值)对测量结果的影响应足够小。
②标准表法标准
次级标准采用标准电磁流量计，准确度等级为 0.2级，流量范围应覆盖被检表所有流量点，分辨率对测量结果不确定度的影响应尽量小;各流量点的重复性优于0.05%，其仪表系数应在全流程进行修正，且随时间的变化不得超过±0.1%。
(2)换向器的设计
设计双翼片式闭式换向器，换向器在最大流量下换向时所产生的压力波动对流量的影响应是恒定值。换向器的换向时间应不大于 0.2s，换向行程差不大于 0.02s，并且在换向器切入/ 切出处安装光电开关。
(3)加热控温系统
加热循环水箱采用 PID 系统控制温度，当水箱内热水达到设定的水温后，开启水泵将热水从泵送至试验管道，经过直管段、被测表以及标准电磁流量计组、称重容器、电子秤返回到水箱。水源加热系统由一对主加热器和一对辅助加热器组成，当温度差值较大时，启用主加热器;温度差值小时，启用辅助加热器。热水温度按设定值自动调节，设有温度监控点和一个内部水循环系统，保证水温的均匀和稳定。基于安全方面考虑，设计了自动过温保护、报警设施、液位监控和保护装置。加热温度可达95℃，良好的保温措施可保证一次检定过程中水温变化小于 2℃。加热水箱采用三层设计，中间层内填矿渣棉制品，以达到良好的保温效果;对于称量容器，采用聚氨酯发泡方法，外包玻璃钢，这样既美观又比其它方法减轻了重量。管路均选用金属复合热水管，管路表面敷以保温材料，确保检定过程中温降小于 1℃。
(4)稳压系统的设计
本装置采用变频与稳压容器供水技术，通过改变供水泵异步电机定子供电电源频率来达到调节转速，以解决电源波动引起的离心泵电机的运行不稳定所导致泵口流量不稳的问题。稳压罐稳压对流体的压力有平均、缓冲和吸收脉动流引起的脉动功能，液体在充满稳压罐的三分之二左右时，施加稳定气体压力，保证稳压罐内压力一定，来实现稳压。同时设计具有直挡板和横挡板特殊结构的稳压罐，这样既适用于低压力条件的稳压，也适用于高压力条件的稳压，具有稳压和消气过滤的双重作用。
(5)装置的测控系统设计
控制系统由上位机和下位机完成。上位机采用 PC机，其主要功能是控制整个检测流程、数据采集及处理、以及检定记录的输出等。采用开放式商用组态软件作为编程软件。下位机主要是 PLC，配有 D/A 和 A/D 转换器。PLC 机从现场采集信号和数据(如：温度、压力、密度、电子秤信号、换向器输出、阀位、计时器、溢流信号、被测表信号等)，并发出控制信号，操作现场的执行机构(如：换向器、阀门、计时器等)。在换向器切入 / 切出处设计了光电开关。由 PLC 的输出控制换向器的动作，换向器的切入/ 切出信号又通过光电反馈到 PLC 的输入端，以该输入点作为中断源，控制计时、计脉冲的开始和结束，从而保证容器中流入的液体重量和计得的时间、脉冲数完全等效。
5、结束语
采用静态质量法和标准表法结合的方式设计的热能表综合检测标准装置，集原级标准和传递标准于一体，兼顾量值溯源和检定效率。热能表综合检测装置的技术指标达到国际先进水平，能够满足工业和民用热能表的检定、校准和型式评价试验的需要。
(作者：华长春 马立强 沈阳标准化研究院，沈阳计量测试院)
