熱計量儀表的誤差分析
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隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，廣大人民群眾的生活水平日益提高，人們對生活質(zhì)量也提出了新的和更高的要求。在我國原有的生活取暖中，由于大多采用單管串聯(lián)系統(tǒng)供熱，熱用戶無法根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)用熱量，而在收費(fèi)時卻采用根據(jù)熱用戶的實(shí)際使用面積進(jìn)行收費(fèi)的方法，并不是根據(jù)熱用戶的實(shí)際用熱量進(jìn)行收費(fèi)，這種收費(fèi)方式存在著明顯的不合理性。因此，在我國當(dāng)前的市場經(jīng)濟(jì)條件下，迫切要求對現(xiàn)有收費(fèi)制度進(jìn)行改革，國家有關(guān)部門也作出規(guī)定，要求在2010年之前實(shí)現(xiàn)熱計量。實(shí)行熱計量，就是將熱真正作為一種商品，不僅能滿足不同熱用戶不同層次的需求，更為重要的是還能達(dá)到節(jié)約能源的目的?？梢允箯V大熱用戶從自身經(jīng)濟(jì)利益的角度出發(fā)，自覺節(jié)約能源。在此背景下，全國許多企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)都開始了熱計量儀表的研制工作。由于我國進(jìn)行這項(xiàng)工作起步較晚，與國外在熱計量儀表的使用條件、結(jié)算方式上都存在一些差異，因此有必要對熱計量儀表的相關(guān)計算進(jìn)行必要的分析。
2 熱計量儀表中熱量的常用計算方法
根據(jù)工程熱力學(xué)中的分析方法，對于一開口系統(tǒng)，流經(jīng)此系統(tǒng)的流體通過系統(tǒng)時的能量平衡方程可用下式表示：
當(dāng)系統(tǒng)為一換熱器時，可以對以上方程進(jìn)行簡化。當(dāng)工質(zhì)流速較低時，通常不計其流經(jīng)換熱器進(jìn)、出口的動能和位能差。換熱器與周圍環(huán)境也沒有功的交換，Ws=0。因此，當(dāng)換熱器處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時，dEc，v=0。流經(jīng)換熱器的流體與周圍環(huán)境的換熱量可表示為：
Q=-m(Δh)=m(h1-h2)
其中：h1---流體在換熱器進(jìn)口處對應(yīng)溫度下的比焓；
h2---流體在換熱器出口處對應(yīng)溫度下的比焓。
也即流體通過換熱器與周圍環(huán)境的換熱量等于流經(jīng)換熱器流體的質(zhì)量流量與流體在換熱器進(jìn)、出口的焓差之乘積。根據(jù)這一原則，對于換熱量的計算，目前一般采用以下兩種方法。
2.1 焓差法
Q=qm(Δh)dt
式中：Q---換熱器與周圍環(huán)境的換熱量[kJ]；
qm---流經(jīng)換熱器流體的質(zhì)量流量[kg/s]；
Δh---流體在換熱器進(jìn)、出口處的比焓差[kJ/kg]；
t---流體由換熱器進(jìn)口流入到出口流出所需的時間[s]。
2.2 K系數(shù)法
Q=KΔθdV
式中：Q---換熱器與周圍環(huán)境的換熱量[kJ]；
V---流經(jīng)換熱器流體的體積流量[m3]；
Δθ---流體在換熱器進(jìn)、出口處的溫度差[℃]；
K---熱系數(shù)，是流體在相應(yīng)溫度、溫差和壓力下的函數(shù)[J/m3℃]或[kWh m3℃]。
3 熱計量儀表熱量計算誤差的來源
在采用以上兩種方法計算換熱器換熱量的熱計量儀中，一般采用一組(兩支)測溫傳感器測量流經(jīng)換熱器的流體在換熱器進(jìn)、出口處的溫度值，用流量計測量流體流經(jīng)換熱器的流量，然后通過相應(yīng)的程序計算換熱器與周圍環(huán)境的換熱量。由于技術(shù)、價格等原因，國內(nèi)外幾乎所有生產(chǎn)熱計量儀表的廠家采用的流量計都是體積流量計。在流量傳感器設(shè)計時也都采用脈沖方式，即每單位體積流量發(fā)出一定數(shù)目的脈沖信號，由此來測量流經(jīng)換熱器流體的體積流量。
3 1 采用焓差法計算熱量時的誤差分析
采用焓差法計算熱量時，熱量計算中的積分值就是流過換熱器的流體流量與流體在換熱器進(jìn)、出口處的比焓差乘積的累加。在實(shí)際測量中，由于流量計測量的流量都是體積流量，因此在熱量計算中首先需要將測量的體積流量換算為質(zhì)量流量，所以還要計算流經(jīng)換熱器的流體在換熱器進(jìn)口或出口處的密度值，這樣一來就可計算出流經(jīng)換熱器流體的質(zhì)量流量。然后與進(jìn)、出口處的焓差進(jìn)行乘積并進(jìn)行累加，換熱量便可計算出來。
在實(shí)際測量中，由于流體的焓、密度等參數(shù)是溫度的函數(shù)。因此在熱量儀表中，只測量流體在換熱器進(jìn)、出口處的溫度和體積流量，根據(jù)流體比焓和密度與溫度的關(guān)系，最終確定流體的密度和比焓差，進(jìn)而計算流經(jīng)換熱器的流體通過換熱器與周圍環(huán)境的換熱量。
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