一种计算热计量仪表误差的简便方法

　　1　引言

　　热计量仪表是用于测量换热器与其周围环境换热量的计量仪表。在这类仪表中,流量计及温度传感器的准确度是衡量其计量准确度的一个重要因素。与此同时,温度传感器的配对准确度是根据热计量仪表热量计算方法确定的另一衡量温度传感器准确度的技术指标。温度传感器的单只准确度与两只温度传感器之间的配对准确度都应保持一定的准确度,否则热量计算的准确度将无法得到保证。目前采用的热量计算法中,焓差法无疑是使用比较广泛、便于理解的热量计算方法。焓差法计算换热器与周围环境换热量可用下式表示:

式中:Q为换热器与周围环境的换热量[kJ];qm为流经换热器流体的质量流量[kg·s-1];Δh为流体在换热器进、出口处的比焓差[kJ·kg-1];t为流体由换热器进口流入、出口流出所需的时间[s]。在热计量仪表中,温度测量值将用于流体在换热器进、出口比焓值的计算。一般认为,两只温度传感器的配对准确度将决定进、出口处比焓差的准确度;温度传感器的配对准确度就是热计量仪表中比焓差计算的准确度。实际上,这只是一种近似,因为从严格意义上讲,水的比焓值并不是温度的线性函数。此外,由于目前热计量仪表中使用的流量计几乎都是体积流量计,因此,热计量仪表还需要根据流量计测量的体积流量计算流经换热器流体的质量流量,因此需要根据温度值确定流体在不同工作条件下的密度值。无论热计量仪表安装在换热器进口或是换热器出口,单只温度传感器的准确度和两只温度传感器的配对准确度对于热计量仪表中热量的计算具有同样重要性。由此可见,两只温度传感器的配对准确度并不能完全代表由于温度传感器测量误差引起的热量计算误差。

　　2　误差基本组成和计算方法

　　以热计量仪表常用工作介质水为例,水的比焓值与温度不是呈严格线性关系,但作为一种近似,可将比焓值与温度的关系近似回归为一种线性关系。与此同时,由于温度测量存在误差,在将热计量仪表中流量计测量的体积流量换算为流经热计量仪表的质量流量时,也会产生计算误差。如果按照温度误差计算水的密度误差,精确的方法需要查表计算,非常繁琐。为此,可以采用一种近似的方法计算由于温度误差引起的质量流量计算误差。由以上分析可以看出,热计量仪表中的热量计算误差是由流量计测量体积流量的误差、由温度传感器误差引起的比焓差误差和计算流经换热器介质质量流量时的密度误差三部分组成。对一个热计量仪表,若令进口温度传感器测量的绝对误差是δt1,由此计算的进口处比焓值的绝对误差是δh1,出口温度测量的绝对误差是δt2,由此计算的出口比焓值的绝对误差是δh2;如果δt1×δt2>0,表明两只温度传感器的误差都为正差或都为负差,在此情况下,比焓值差的绝对误差为δh=δh1-δh2;如果δt1×δt2<0,表明两只温度传感器的误差为一正差一负差,在此情况下,比焓值差的绝对误差为δh=δh1+δh2。在测量流量时流量计体积流量的绝对误差为δv,由于温度测量误差而带来的密度计算的绝对误差为δρ。由此,根据式(1),流经换热器的流体通过换热器与周围环境的换热量计算的绝对误差可表示为: