浅谈热计量仪表高精度测温技术

杜永胜

（黑龙江省华富电力投资有限公司，黑龙江 哈尔滨150090）

1 概述

我国现有的供热系统大多采用单管串联方式，用户无法根据实际需求调节用热量，造成资源的严重浪费，在收费的时候是根据用户的建筑面积计费而不是根据用户的实际用热量收费，这种收费方式使产、供、需三方面的矛盾日益突出。因此国家有关部门作出决定，要求在2010 年以前实现热计量，即将“热”做为一种商品由热力部门通过热网转送给用户，热费结算采用分户计量，按实际用热量收费的方式。

热计量仪表就是用来测量一个热流回路中流体释放热量多少的仪表，它的测量值是供热体系中按热量收费的重要依据，因此其测量精度，工作稳定性等技术指标是非常重要的，其中温度传感器是一种重要的部件，它的测量精度直接影响热量的测量精度，因此有必要对热计量的精确温度进行分析。

2 热计量表的工作原理

一个封闭的供暖系统中，如果供水管路和回水管路的流体压力相等，并且在供暖系统的流体流速保持稳定以及其他的供暖条件不变的情况下，供暖系统释放的热量按下式计算

qm流经换热器流体的质量流量（kg/s）

h1，h2：换热器进口和出口的流体焓值（Kj/kg）

热量计由流量传感器，配对温度传感器和计算器组成，目前由于技术价格等方面的原因，流量的测量大多采用体积流量计。因此在实际测量时就要将体积流量换算到质量流量，这样就先要计算流体流经换热器进口和出口处的流体密度值计算出流体的质量流量，再将其与换热器进出口的焓值差进行乘积并累加，计算出热量。

由以上分析知道热量计量的相对误差δV是由以下相对误差组成：流体的体积相对误差δV；流体温度的相对误差δT；体积流量转换到质量流量的转换相对误差δVM，计算器流量的相对误差δhc；若各相对统计独立，热量的相对误差按下式计算

3 温度测量的原理

为了保证热量计量的高品质高性能，选择性能优良的温度传感器并正确使用是非常重要的。我们选用Pt1000,它的特点是温度系数大，线性度好，测量准确。

在其测量范围内，当温度小于0 时，其温度与电阻值的关系为：

在其测量范围内，当温度大于0 时，其温度与电阻值的关系为：

可见铂电阻与温度之间的非线性关系在高温时候很严重，在热计量仪表中是用不平衡电桥将铂电阻随温度变化的电信号输出再经A/D 转换后送计算器运算的，不平衡点桥的非线性以及引线电阻的附加影响也会带来一定的误差。因此对监测数据进行非线性校正是高精度测量不可缺少的环节。

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对铂电阻测温的非线性校正有两种方法：硬件校准和软件校准。热量计量仪表室采用电池供电的，额外的硬件增加会增加系统的功耗。因此采用软件校准时可行的方法。我们采用牛顿迭代法实现非线性校正，根据公式（5）可得：

由此得到迭代函数为：

其中ti为第一次迭代所得到的温度；Rt 为1℃时铂电阻的电阻值，在实际计算时气值可以根据系统硬件电路和A/D 转换结果计算出来。

应用以上公式时要注意以下三点：

（1）公式中的系数A，B 为已知常数，但它们的值是在一定温度范围内的近似值，为了完全拟合铂电阻分度表函数，实现高精度测温，必须对其在热计量仪表温度变化范围内进行分段拟合。

目前，热量计体积流量转换质量流量的误差小于0.2%，热量计算相对误差小于0.1%，因此以上公式可以近似为：

可见影响热量计量精度的主要因素是流经热换器的流体体积流量和温度。若要提高测量精度就要提高流量和温度的测量精度。但在实际测量过程中提高流量精度的难度是很困难的，而提高温度的测量精度相对容易。同时流体的密度和焓值等参数是温度的函数。因此，温度的测量精度直接影响热量值的计算进度。

在应用该公式测量温度以前必须对系统的各个测温通道分别进行标定。

以下是各实验机上根据公式（7）计算的结果，其中R 是在铂电阻分度表中温度为t 时对应的铂电阻值，在实验机上编写迭代法程序，得出各次迭代的结果依次为t1，t2，t3，如表1 所示。

从表1 中可以看出，在热计量仪表的整个测温范围内，应用公式（7）进行迭代两次以后结果的绝对误差小于0.02%；而迭代三次以后结果的绝对误差小于0.01%，相对误差不小于0.2%。

4 影响测温精度的因素

4.1 当温度点距离热仪表较远时，铂电阻的引线电阻较大，而且其阻值还受环境温度的影响，为了保证测量精度，可以采用三线制铂电阻测温度方案，它可在很大程度上消除引线电阻的影响，也可以采用四线制铂电阻来完全消除隐线电阻的影响。

表1

4.2 由于制造工艺等原因具有一定的离散性，即温度相同数位其电阻值也不完全相等。因此铂电阻传感器必须配对使用。根据CJ128-2000 标准，配对温度传感器相对误差限为：E1=±{0.5+3△tmin/△t},△tmin为最小温差。实际使用的铂电阻传感器的配对精度应该小于此误差限。

4.3 安装铂电阻传感器的探头要超过管道的中心，使其充分接触加载体。在热计量仪表温度探头的使用过程中要注意保护导线的绝缘。在导线的接头端与其他的导线接头时要可靠连接，不能使接触电阻过大。

4.4 在设计电路时要使铂电阻的电流不大于1mA，防止电流通过时铂电阻自身产生的热而影响精度。

5 结论

5.1 温度的测量精度直接影响热量的计量精度。

5.2 使用牛顿迭代法对温度测量进行软件处理时，只要参数AB 拟合准确，初始温度选取得当，用较少的迭代次数就可以得到很高的测量精度。

5.3 一些硬件因素也必须要考虑，铂电阻传感器应配对使用；尽量选取阻值大的铂电阻Pt1000,以减少引线电阻的影响，提高温度测量的精度。