气体热量计的电能校准装置制造方法
【专利摘要】一种气体热量计的电能校准装置，其特征在于，包括热量计组件A、直流稳压电源、标准电阻和两台高精度数字电压表，热量计组件设有加热电缆，该加热电缆与标准电阻串联在直流稳压电源的正负极之间，在加热电缆和标准电阻上分别并列高精度的加热数字电压表和电阻数字电压表。所述的热量计组件还包括外筒、内筒、搅拌器、玻璃燃烧器、标准铂电阻温度计和热敏电阻温度计，内筒等间距地设在外筒内，在内筒内设有搅拌器、玻璃燃烧器、标准铂电阻温度计和热敏电阻温度计，在玻璃燃烧器的外表面缠绕所述的加热电缆。本发明提供的电能校准装置，测量结果准确性好，不确定度小。
【专利说明】气体热量计的电能校准装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气热值测量设备领域，更具体的涉及一种气体热量计的电能校准装置。用于校准气体热量计，测定气体热量计的热容量。
【背景技术】
[0002]天然气能量计量逐渐代替传统的体积计量，可以更准确的测定天然气所包含的能量，有利于贸易结算、工艺设计和生产安全。天然气能量计量的主要实现方式是通过在线气相色谱测量单位体积天然气的热值，再通过流量计测量天然气流量，最后根据单位体积热值和流量进行积分，得到一段时间内通过管道的天然气的总热值。
[0003]除了在线气相色谱之外，也可以用气体热量计测量单位体积燃气的热值。气体热量计通过直接燃烧燃气测量燃气的热值。测量对象包括天然气、煤气、煤层气、生物质气和液化石油气等。常见的气体热量计有两种，即水流式气体热量计和Culter-Ha_er气体热量计。水流式气体热量计利用水流吸热方式来测定热值，即燃气在恒定压力下进入本生灯连续燃烧，释放出热量；在热量计内与连续恒温水流进行充分的热交换使水流温度升高；最后可以根据固定时间内流过热量计的水的质量、温升、比热以及燃气的体积来计算燃气热值。Culter-Hammer热量计则利用空气吸热方式来测定热值，即燃气连续燃烧释放出热量，在热量计内与连续空气流进行充分的热交换使空气流温度升高；最后可以根据固定时间内流过热量计的空气的体积、温升、比热以及燃气的体积来计算燃气的热值。
[0004]水流式气体热量计需要用已知热值的甲烷气体校准，测定仪器的修正因子；测量燃气热值时，根据固定时间内流过热量计的水的质量、温升、比热、燃气的体积以及修正因子来准确计算燃气热值。同样的，Culter-Hammer热量计也需要用已知热值的甲烧气体以及其他混合气体校准，测定仪器在不同温升条件下的修正因子；测量燃气热值时，根据流过热量计的空气的体积、温升、比热、燃气体积以及修正因子来准确计算燃气的热值。
[0005]上述两种热量计采用已知热值的气体校准，仪器修正因子的不确定度在(0.1%?1% )范围内。
[0006]除了上述两种常见的连续燃烧热量计，还有一种间歇燃烧的氧弹式气体热量计。在氧弹式气体热量计中，燃气和氧气被密闭的氧弹中，点火燃烧后热量被氧弹及其周围的水吸收，最后可以根据氧弹热量计的热容量、热量计的温升和燃气的体积计算燃气的热值。氧弹热量计采用已知热值的苯甲酸热值标准物质校准，测定其热容量。热容量的不确定度为 0.1%ο
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种电能校准装置，用于校准高精度气体热量计的热容量，从而准确测定燃气热值。
[0008]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:一种电能校准装置，其特征在于，包括热量计组件、直流稳压电源、标准电阻和两台高精度数字电压表，热量计组件设有加热电缆，该加热电缆与标准电阻串联在直流稳压电源的正负极之间，加热电缆两端和标准电阻两端各自连接高精度数字电压表。
[0009]所述的热量计组件还包括外筒、内筒、搅拌器、玻璃燃烧器、标准钼电阻温度计和热敏电阻温度计，内筒等间距地设在外筒内，在内筒内设有搅拌器、玻璃燃烧器、标准钼电阻温度计和热敏电阻温度计，在玻璃燃烧器的外表面缠绕所述的加热电缆。
[0010]所述的热量计的外筒由不锈钢制成，内表面抛光；外筒浸泡在去离子水中，通过恒温控制器控制水温恒定在27.000°C;所述的热量计内筒由不锈钢制成，外表面抛光；内筒外壁与外筒内壁间距IOmm ;内筒充满去离子水，水的初始温度为23.(TC左右。
[0011]所述的加热电缆由内外三层构成，内层是镍铬合金制成的加热元件，加热元件由两端的冷端和中间的热端组成，冷端的线电阻为0.6Ω / m，中间的热端线电阻为12.5Ω /m;中层是高密度矿物绝缘粉，外层是由镍铬铁合金制成的保护层；加热电缆的总电阻约为46.7Ω，总长约为4m ;加热电缆的两端各用一段铜导线分别连接引出。
[0012]所述的玻璃燃烧器由耐高温玻璃制成；所述的标准钼电阻温度计的电阻值为25 Ω，使用高精度直流电桥测定其电阻，由此计算内筒水温；标准钼电阻温度计和高精度直流电桥经计量部门检定，使得温度测量结果在23°C?27°C范围内温度测量不确定度小于0.0OlK ;热敏电阻温度计测量内筒水温，根据钼电阻温度计的测量结果修正热敏电阻温度计的测量结果，在23°c?27°C范围内温度测量不确定度小于0.005K。
[0013]所述的直流稳压电源的最高输出电压为50V ;所述的标准电阻的电阻值为25 Ω，电阻阻值的不确定度小于2.5 X IO-4 Ω ;所述的2台数字电压表的精度为八位半，分别测量加热电缆和标准电阻两端的电压；数字电压表的电压测量结果的不确定度小于0.4mV。
[0014]本发明采用的优点是:能够有效提高气体热量计热容量的准确性，不确定度小。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是电能校准装置的组成结构示意图；
[0016]图2是电能校准装置的电路图；
[0017]图3是电能校准的温度测量结果示意图。
【具体实施方式】
[0018]参见图1-图3，本发明一种电能校准装置，其特征在于，包括热量计组件A、直流稳压电源8、标准电阻9和两台高精度数字电压表10和11，所述的热量计组件A包括加热电缆3、外筒6、内筒1、搅拌器2、玻璃燃烧器7、标准钼电阻温度计4和热敏电阻温度计5，内筒I等间距地设在外筒6内，在内筒I内设有搅拌器2、玻璃燃烧器7、标准钼电阻温度计4和热敏电阻温度计5，在玻璃燃烧器7的外表面缠绕所述的加热电缆3。
[0019]加热电缆3与标准电阻9串联在直流稳压电源8的正负极之间，加热电缆3两端和标准电阻9两端各自连接高精度数字电压表10和11。
[0020]所述的热量计的外筒6由不锈钢制成，内表面抛光；外筒浸泡在去离子水中，通过恒温控制器控制水温恒定在27.000°C;所述的热量计内筒I由不锈钢制成，外表面抛光；内筒外壁与外筒内壁间距IOmm ;内筒充满去离子水，水的初始温度为23.(TC左右。
[0021]所述的加热电缆3 (该加热电缆购置法国Thermocoax公司)由内外三层构成，内层是镍铬合金制成的加热元件，加热元件由两端的冷端和中间的热端组成，冷端的线电阻为0.6Ω / m，中间的热端线电阻为12.5Ω / m ;中层是高密度矿物绝缘粉，外层是由镍铬铁合金制成的保护层；加热电缆的总电阻约为46.7Ω，总长约为4m ;加热电缆3的两端各用一段铜导线分别连接引出。
[0022]所述的玻璃燃烧器7由耐高温玻璃制成；所述的标准钼电阻温度计的电阻值为
25Ω，使用高精度直流电桥测定其电阻，由此计算内筒水温；标准钼电阻温度计3和高精度直流电桥经计量部门检定，使得温度测量结果在23°C~27°C范围内温度测量不确定度小于0.0OlK ;热敏电阻温度计5测量内筒水温，根据钼电阻温度计的测量结果修正热敏电阻温度计的测量结果，在23°C~27°C范围内温度测量不确定度小于0.005K。
[0023]所述的直流稳压电源的最高输出电压为50V ;所述的标准电阻9的电阻值为25 Ω，标准电阻9的阻值的不确定度小于2.5Χ10_4Ω ;所述的两台数字电压表10和11的精度为八位半，分别测量加热电缆和标准电阻两端的电压；数字电压表的电压测量结果的不确定度小于0.4mV。
[0024]首先，做实验准备工作。丌启恒温控制器，使外筒6外的水温恒定为27.0OO0C。在内筒I中充入4300.0Og去离子水。安装搅拌器2、加热电缆3、钼电阻温度计4和热敏电阻温度计5的连接线。钼电阻温度计连接到高精度测温电桥12。热敏电阻温度计连接到数字电压表13。连接安装玻璃燃烧器7的气体管路接口，使得燃气和氧气能够进入燃烧器，尾气能够排出燃烧器。将加热电缆3的两端各用一段铜导线与直流电源8和标准电阻9串联，使用另外两根导线与数字电压表11并联，标准电阻9两端用导线与数字电压表10并联。上述搅拌器2、测温用高精度电桥1 2和数字电压表13、加热电缆3和标准电阻9的数字电压表10和11，以及直流电源8，均与工业控制计算机连接，从而实现数据传输和动作控制。
[0025]其次，进行电能校准。调节内筒水温到23.(TC左右。丌动搅拌器。工业控制计算机连续记录钼电阻温度计4和热敏电阻温度计5的温度值。如图3所示，内筒I水温度缓慢升高，在40min左右温度升高至23.3°C左右。计算钼电阻温度计4和热敏电阻温度计5的温度测量结果，以钼电阻温度计4测量结果为真值，计算热敏电阻温度计5的修正值，并对热敏电阻温度计5进行实时修正。启动直流电源8，对加热电缆3输出恒定加热电流。两台数字电压表10和11分别实时记录加热电缆3和标准电阻9上电压值。加热功率约为46w，加热时间精确控制在1200s。如图3所示，内筒水温快速升高。加热时间截止时，关闭直流电源8，停止采集数字电压表10和11的读数，继续采集钼电阻温度计4和热敏电阻温度计5温度测量结果。如图3所示，内筒水温缓慢升高。约Ih后停止采集温度结果。电能校准实验过程结束。
[0026]再次，计算总的加热电能。电能加热的总能量按照如下公式计算。
[0027]
【权利要求】
1.一种气体热量计的电能校准装置，其特征在于，包括热量计组件、直流稳压电源、标准电阻和两台高精度数字电压表，热量计组件设有加热电缆，该加热电缆与标准电阻串联在直流稳压电源的正负极之间，加热电缆两端和标准电阻两端各自连接高精度数字电压表。
2.根据权利要求1所述的气体热量计的电能校准装置，其特征在于，所述的热量计组件还包括外筒、内筒、搅拌器、玻璃燃烧器、标准钼电阻温度计和热敏电阻温度计，内筒等间距地设在外筒内，在内筒内设有搅拌器、玻璃燃烧器、标准钼电阻温度计和热敏电阻温度计，在玻璃燃烧器的外表面缠绕所述的加热电缆。
3.根据权利要求2所述的气体热量计的电能校准装置，其特征在于，所述的热量计的外筒由不锈钢制成，内表面抛光；外筒浸泡在去离子水中，通过恒温控制器控制水温恒定在27.0OO0C ;所述的热量计内筒由不锈钢制成,外表面抛光；内筒外壁与外筒内壁间距IOmm;内筒充满去离子水，水的初始温度为23.(TC左右。
4.根据权利要求1所述的气体热量计的电能校准装置，其特征在于，所述的加热电缆由内外三层构成，内层是镍铬合金制成的加热元件，加热元件由两端的冷端和中间的热端组成，冷端的线电阻为0.6Ω / m，中间的热端线电阻为12.5Ω /m;中层是高密度矿物绝缘粉，外层是由镍铬铁合金制成的保护层；加热电缆的总电阻约为46.7Ω，总长约为4m ;力口热电缆的两端各用一段铜导线分别连接引出。
5.根据权利要求1所述的气体热量计的电能校准装置，其特征在于，所述的玻璃燃烧器由耐高温玻璃制成；所述的标准钼电阻温度计的电阻值为25 Ω，使用高精度直流电桥测定其电阻，由此计算内筒水温；标准钼电阻温度计和高精度直流电桥经计量部门检定，使得温度测量结果在23°C?27°C范围内温度测量不确定度小于0.0OlK ;热敏电阻温度计测量内筒水温，根据钼电阻温度计的测量结果修正热敏电阻温度计的测量结果，在23°C?27°C范围内温度测量不确定度小于0.005K。
6.根据权利要求1所述的气体热量计的电能校准装置，其特征在于，所述的直流稳压电源的最高输出电压为50V ;所述的标准电阻的电阻值为25 Ω，电阻阻值的不确定度小于2.5X IO-4 Ω ;所述的2台数字电压表的精度为八位半，分别测量加热电缆和标准电阻两端的电压；数字电压表的电压测量结果的不确定度小于0.4mV。
【文档编号】G01K19/00GK103487174SQ201310398729
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】王海峰, 李佳, 孙国华, 宋小平 申请人:中国计量科学研究院