淺談熱計(jì)量?jī)x表高精度測(cè)溫技術(shù)

杜永勝

（黑龍江省華富電力投資有限公司，黑龍江 哈爾濱150090）

1 概述

我國(guó)現(xiàn)有的供熱系統(tǒng)大多采用單管串聯(lián)方式，用戶無(wú)法根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)用熱量，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，在收費(fèi)的時(shí)候是根據(jù)用戶的建筑面積計(jì)費(fèi)而不是根據(jù)用戶的實(shí)際用熱量收費(fèi)，這種收費(fèi)方式使產(chǎn)、供、需三方面的矛盾日益突出。因此國(guó)家有關(guān)部門(mén)作出決定，要求在2010 年以前實(shí)現(xiàn)熱計(jì)量，即將“熱”做為一種商品由熱力部門(mén)通過(guò)熱網(wǎng)轉(zhuǎn)送給用戶，熱費(fèi)結(jié)算采用分戶計(jì)量，按實(shí)際用熱量收費(fèi)的方式。

熱計(jì)量?jī)x表就是用來(lái)測(cè)量一個(gè)熱流回路中流體釋放熱量多少的儀表，它的測(cè)量值是供熱體系中按熱量收費(fèi)的重要依據(jù)，因此其測(cè)量精度，工作穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)是非常重要的，其中溫度傳感器是一種重要的部件，它的測(cè)量精度直接影響熱量的測(cè)量精度，因此有必要對(duì)熱計(jì)量的精確溫度進(jìn)行分析。

2 熱計(jì)量表的工作原理

一個(gè)封閉的供暖系統(tǒng)中，如果供水管路和回水管路的流體壓力相等，并且在供暖系統(tǒng)的流體流速保持穩(wěn)定以及其他的供暖條件不變的情況下，供暖系統(tǒng)釋放的熱量按下式計(jì)算

qm流經(jīng)換熱器流體的質(zhì)量流量（kg/s）

h1，h2：換熱器進(jìn)口和出口的流體焓值（Kj/kg）

熱量計(jì)由流量傳感器，配對(duì)溫度傳感器和計(jì)算器組成，目前由于技術(shù)價(jià)格等方面的原因，流量的測(cè)量大多采用體積流量計(jì)。因此在實(shí)際測(cè)量時(shí)就要將體積流量換算到質(zhì)量流量，這樣就先要計(jì)算流體流經(jīng)換熱器進(jìn)口和出口處的流體密度值計(jì)算出流體的質(zhì)量流量，再將其與換熱器進(jìn)出口的焓值差進(jìn)行乘積并累加，計(jì)算出熱量。

由以上分析知道熱量計(jì)量的相對(duì)誤差δV是由以下相對(duì)誤差組成：流體的體積相對(duì)誤差δV；流體溫度的相對(duì)誤差δT；體積流量轉(zhuǎn)換到質(zhì)量流量的轉(zhuǎn)換相對(duì)誤差δVM，計(jì)算器流量的相對(duì)誤差δhc；若各相對(duì)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，熱量的相對(duì)誤差按下式計(jì)算

3 溫度測(cè)量的原理

為了保證熱量計(jì)量的高品質(zhì)高性能，選擇性能優(yōu)良的溫度傳感器并正確使用是非常重要的。我們選用Pt1000,它的特點(diǎn)是溫度系數(shù)大，線性度好，測(cè)量準(zhǔn)確。

在其測(cè)量范圍內(nèi)，當(dāng)溫度小于0 時(shí)，其溫度與電阻值的關(guān)系為：

在其測(cè)量范圍內(nèi)，當(dāng)溫度大于0 時(shí)，其溫度與電阻值的關(guān)系為：

可見(jiàn)鉑電阻與溫度之間的非線性關(guān)系在高溫時(shí)候很嚴(yán)重，在熱計(jì)量?jī)x表中是用不平衡電橋?qū)K電阻隨溫度變化的電信號(hào)輸出再經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換后送計(jì)算器運(yùn)算的，不平衡點(diǎn)橋的非線性以及引線電阻的附加影響也會(huì)帶來(lái)一定的誤差。因此對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性校正是高精度測(cè)量不可缺少的環(huán)節(jié)。

綜上所述，強(qiáng)化孕產(chǎn)婦保健知識(shí)的健康教育，落實(shí)飲食指導(dǎo)以及產(chǎn)前檢查，及時(shí)辨別高危因素減少妊娠綜合征發(fā)生率，提升圍產(chǎn)期的保健水平，保障母嬰安全性。

對(duì)鉑電阻測(cè)溫的非線性校正有兩種方法：硬件校準(zhǔn)和軟件校準(zhǔn)。熱量計(jì)量?jī)x表室采用電池供電的，額外的硬件增加會(huì)增加系統(tǒng)的功耗。因此采用軟件校準(zhǔn)時(shí)可行的方法。我們采用牛頓迭代法實(shí)現(xiàn)非線性校正，根據(jù)公式（5）可得：

由此得到迭代函數(shù)為：

其中ti為第一次迭代所得到的溫度；Rt 為1℃時(shí)鉑電阻的電阻值，在實(shí)際計(jì)算時(shí)氣值可以根據(jù)系統(tǒng)硬件電路和A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果計(jì)算出來(lái)。

應(yīng)用以上公式時(shí)要注意以下三點(diǎn)：

（1）公式中的系數(shù)A，B 為已知常數(shù)，但它們的值是在一定溫度范圍內(nèi)的近似值，為了完全擬合鉑電阻分度表函數(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫，必須對(duì)其在熱計(jì)量?jī)x表溫度變化范圍內(nèi)進(jìn)行分段擬合。

目前，熱量計(jì)體積流量轉(zhuǎn)換質(zhì)量流量的誤差小于0.2%，熱量計(jì)算相對(duì)誤差小于0.1%，因此以上公式可以近似為：

可見(jiàn)影響熱量計(jì)量精度的主要因素是流經(jīng)熱換器的流體體積流量和溫度。若要提高測(cè)量精度就要提高流量和溫度的測(cè)量精度。但在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中提高流量精度的難度是很困難的，而提高溫度的測(cè)量精度相對(duì)容易。同時(shí)流體的密度和焓值等參數(shù)是溫度的函數(shù)。因此，溫度的測(cè)量精度直接影響熱量值的計(jì)算進(jìn)度。

在應(yīng)用該公式測(cè)量溫度以前必須對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)測(cè)溫通道分別進(jìn)行標(biāo)定。

以下是各實(shí)驗(yàn)機(jī)上根據(jù)公式（7）計(jì)算的結(jié)果，其中R 是在鉑電阻分度表中溫度為t 時(shí)對(duì)應(yīng)的鉑電阻值，在實(shí)驗(yàn)機(jī)上編寫(xiě)迭代法程序，得出各次迭代的結(jié)果依次為t1，t2，t3，如表1 所示。

從表1 中可以看出，在熱計(jì)量?jī)x表的整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)，應(yīng)用公式（7）進(jìn)行迭代兩次以后結(jié)果的絕對(duì)誤差小于0.02%；而迭代三次以后結(jié)果的絕對(duì)誤差小于0.01%，相對(duì)誤差不小于0.2%。

4 影響測(cè)溫精度的因素

4.1 當(dāng)溫度點(diǎn)距離熱儀表較遠(yuǎn)時(shí)，鉑電阻的引線電阻較大，而且其阻值還受環(huán)境溫度的影響，為了保證測(cè)量精度，可以采用三線制鉑電阻測(cè)溫度方案，它可在很大程度上消除引線電阻的影響，也可以采用四線制鉑電阻來(lái)完全消除隱線電阻的影響。

表1

4.2 由于制造工藝等原因具有一定的離散性，即溫度相同數(shù)位其電阻值也不完全相等。因此鉑電阻傳感器必須配對(duì)使用。根據(jù)CJ128-2000 標(biāo)準(zhǔn)，配對(duì)溫度傳感器相對(duì)誤差限為：E1=±{0.5+3△tmin/△t},△tmin為最小溫差。實(shí)際使用的鉑電阻傳感器的配對(duì)精度應(yīng)該小于此誤差限。

4.3 安裝鉑電阻傳感器的探頭要超過(guò)管道的中心，使其充分接觸加載體。在熱計(jì)量?jī)x表溫度探頭的使用過(guò)程中要注意保護(hù)導(dǎo)線的絕緣。在導(dǎo)線的接頭端與其他的導(dǎo)線接頭時(shí)要可靠連接，不能使接觸電阻過(guò)大。

4.4 在設(shè)計(jì)電路時(shí)要使鉑電阻的電流不大于1mA，防止電流通過(guò)時(shí)鉑電阻自身產(chǎn)生的熱而影響精度。

5 結(jié)論

5.1 溫度的測(cè)量精度直接影響熱量的計(jì)量精度。

5.2 使用牛頓迭代法對(duì)溫度測(cè)量進(jìn)行軟件處理時(shí)，只要參數(shù)AB 擬合準(zhǔn)確，初始溫度選取得當(dāng)，用較少的迭代次數(shù)就可以得到很高的測(cè)量精度。

5.3 一些硬件因素也必須要考慮，鉑電阻傳感器應(yīng)配對(duì)使用；盡量選取阻值大的鉑電阻Pt1000,以減少引線電阻的影響，提高溫度測(cè)量的精度。