熱量表工作原理
熱量表的基本工作原理是：將配對溫度傳感器分別安裝在熱交換回路的入口和出口的管道上，將流量傳感器安裝在入口或出口管上。流量傳感器發(fā)出與流量成正比的信號，配對溫度傳感器給出表示入口和出口的溫度信號，計(jì)算器則將流量的信號和溫度的信號收集起來，經(jīng)過計(jì)算，顯示出載熱液體從入口流至出口所釋放的熱量值。
熱量表主要由流量傳感器、配對溫度傳感器和計(jì)算器等部分組成。熱量表按結(jié)構(gòu)類型一般可分為一體式熱量表和組合式熱量表。
熱量的計(jì)算公式：
式中：Q為釋放的熱量，J；V為載熱液體流過的體積，m3，V=V1-V2；△θ為熱交換回路中載熱液體入口處和出口處的溫差，℃；K為熱系數(shù)，它是載熱液體在相應(yīng)溫度、溫差和壓力下的函數(shù)，J/m3℃。
從上面的公式可以看出，△θ是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。它的精度等級對熱量表的精度影響是明顯的。另一個(gè)影響熱量表的精度的重要因數(shù)是流量計(jì)的精度，但是，提高流量計(jì)的精度或者很困難或者成本太高難以承受。比較之下，提高熱量表溫度探頭的測量精度是非常重要的，并且是可行的 。
溫度是表征物體冷熱程度的物理量，可以用來測量溫度的敏感元件有許多種，在現(xiàn)階段的溫度測量領(lǐng)域中，應(yīng)用最廣泛的就是熱電阻和熱電偶。熱電偶有價(jià)格低廉，熱響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，但它的精度，重復(fù)性，穩(wěn)定性等都比鉑電阻低。對熱量表而言，由于它對溫度傳感器的性能指標(biāo)要求非常高，所以使用鉑電阻作為熱量表溫度傳感器是最合適的。由于鉑電阻有許多優(yōu)良的特性，IT-90溫標(biāo)中將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)用來作為復(fù)現(xiàn)儀器。
鉑電阻的特性
工業(yè)儀表選擇鉑作為熱電阻材料，是因?yàn)樗哂心透g、易加工以及極佳的可重復(fù)電特性等優(yōu)點(diǎn)。鉑的這些特點(diǎn)被寫入國際電工委員會(huì)(IEC)的 751號標(biāo)準(zhǔn)中，以保證其具有通用性。IEC751標(biāo)準(zhǔn)確定了鉑電阻在不同溫度下的阻值及允許誤差。附加定義還包括熱電阻的標(biāo)準(zhǔn)值及其溫度測量范圍：-20~0℃和0~800℃，這兩個(gè)范圍內(nèi)的數(shù)學(xué)模型不同，但參數(shù)相同。
-20~0℃內(nèi)：R(t)=R0[1+At+Bt2+C(t-100 ℃)t3]
0~800℃內(nèi)：R(t)=R0(1+At+Bt2)
公式中：A為3.9083×10-3℃-1；B為-5.575×10-7℃-2；C為-4.183×10-12℃-3；R0指熱電阻在0℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值。
IEC751規(guī)定這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值為100.00Ω，因此常說Pt100熱電阻。也有分度號500Ω和1000Ω的熱電阻，它們的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，即當(dāng)溫度變化時(shí)電阻的變化量大。
在100℃范圍內(nèi)電阻隨溫度的變化量大致如下：Pt100熱電阻為0.4Ω/℃；Pt500熱電阻為2.0Ω/℃；Pt1000熱電阻為4.0Ω/℃。
IEC751規(guī)定了兩種精度等級：等級A：△t=±(0.15+0.002×|t|)；等級B：△t=±(0.30+0.005×|t|) ，式中t為溫度的絕對值(無符號)。
熱量表溫度探頭(鉑電阻)的特點(diǎn)
鉑電阻是一種性能非常優(yōu)良的溫度傳感器，雖然它的價(jià)格要比銅電阻及其他熱敏電阻高，但是它的綜合性能指標(biāo)是最好的，特別是隨著薄膜鉑電阻生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展，它在0~200℃范圍內(nèi)的穩(wěn)定性可以與繞線式傳感器相比。而它的價(jià)格要比繞線式傳感器便宜很多，具備大批量生產(chǎn)的優(yōu)勢。但是，用于熱量表的鉑電阻并不是把IEC751中規(guī)定的A級或B級溫度傳感器直接拿來用就可以了。根據(jù)熱量表的技術(shù)特點(diǎn)：熱量表必須使用鉑電阻溫度探頭并且要匹配成對。這其中的鉑電阻溫度探頭首先要滿足如前所述的IEC751的要求。
CJ 128-2007標(biāo)準(zhǔn)和歐洲EN1434-4標(biāo)準(zhǔn)對熱量表溫度探頭配對誤差限的要求是: △(△θ)/△θ=±(0.5+3△θmin/△θ)%，式中：△(△θ)/△θ為溫度差的測量誤差的相對誤差；△θ為實(shí)際入口和出口之間的溫度差；△θmin為最小溫差。
根據(jù)實(shí)際情況要求△θmin可選為3，則：△(△θ)=±0.105℃。在3℃最小溫差下，熱量表的兩個(gè)傳感器的配對允差是0.105℃，大于這個(gè)值就不能滿足要求。鉑電阻溫度傳感器的誤差表達(dá)式如下: B級的誤差：t=(0.30+0.005×|t|)；A級的誤差：t=(0.15+0.002×|t|)。
從以上兩個(gè)表達(dá)式可以看出：即使是使用A級鉑電阻其誤差已大于熱量表對鉑電阻溫度傳感器的要求，B級的鉑電阻產(chǎn)生的誤差就更大。因此，對熱量表所用的兩個(gè)鉑電阻進(jìn)行配對是非常必要的。
為了符合熱量表的要求，在實(shí)際的熱量表溫度探頭的生產(chǎn)過程中，首先要使溫度探頭的技術(shù)性能指標(biāo)滿足IEC751的規(guī)定，達(dá)到A級或B級的水平，在這個(gè)基礎(chǔ)上再按熱量表的要求選擇鉑電阻并進(jìn)行配對，配對時(shí)要在3個(gè)溫度點(diǎn)上進(jìn)行配對，這樣才能在整個(gè)測量溫度范圍內(nèi)保證配對的精度。鉑電阻的測量點(diǎn)必須在以下溫度范圍上選3個(gè)檢測點(diǎn)，其高、中、低應(yīng)均布選擇：(5±3)℃、(40±5)℃、(70±5)℃、(90±5)℃、(130±5)℃、(160±5)℃。在使用中，為不同用途的熱量表選擇不同的溫度探頭溫度范圍。熱量表所用的鉑電阻通常有Pt100，Pt500，Pt1000等種類。使用Pt1000有許多的優(yōu)點(diǎn)，由于它的電阻值變化量大，因此測量的靈敏度高，對儀表的設(shè)計(jì)很有利，其次對降低系統(tǒng)的功耗有利。另外由于傳感器本身的電阻增大，因此導(dǎo)線電阻對整個(gè)測量的影響就減少了。
熱量表溫度探頭在標(biāo)準(zhǔn)配對時(shí)，上水探頭是紅色標(biāo)簽，回水探頭是藍(lán)色標(biāo)簽，標(biāo)簽上面有可查詢的配對編號，配對報(bào)告測量值根據(jù)每個(gè)探頭配對編號進(jìn)行分類。熱量表溫度探頭測量是在與實(shí)際所應(yīng)用的插深類似的情況下進(jìn)行的，這樣可以將結(jié)構(gòu)上有誤差的熱量表溫度探頭挑出去。
鉑電阻在熱量表中的應(yīng)用
熱量表所使用的鉑電阻有幾種形式，對管子公稱通徑DN250以下的，可以選擇兩種不同的熱量表溫度探頭結(jié)構(gòu)：直接插入的短探頭為直接導(dǎo)線連接的探頭；在套管中插入的長探頭為帶接線盒的有長金屬保護(hù)管的探頭。長探頭是不帶電纜型的溫度探頭，而短探頭只允許帶固定的連接信號電纜。
短探頭直接插入雙向球閥或一體帶測量接口的T形接頭，關(guān)閉閥門后就可以直接更換溫度探頭，避免因更換探頭而將整管排空；對不同規(guī)格的管道，只須改變球閥聯(lián)接管徑，不必更改相關(guān)的探頭安裝尺寸。但應(yīng)注意的是短探頭的插入深度應(yīng)超過管道中線。
長探頭的安裝采用加保護(hù)套的方法，既先在管道上安裝一個(gè)保護(hù)套，然后將溫度探頭插入保護(hù)套中，長探頭因有外加套管，安裝更方便，更換溫度探頭時(shí)，可直接插拔，避免因更換探頭而將整個(gè)回路排空。
在熱量表溫度探頭的使用過程中要注意保護(hù)導(dǎo)線的絕緣。進(jìn)水管，回水管探頭必須為同一規(guī)格。在導(dǎo)線的接頭端與其他的導(dǎo)線接頭連接時(shí)要可靠連接，不能使接觸電阻過大，以Pt100為例，一般不超過5mΩ。在電路中，流過鉑電阻的電流不要大于1mA。
熱量表溫度探頭所使用的鉑電阻是一個(gè)對性能要求非常高的元器件，只有選擇性能優(yōu)良的鉑電阻，按正確的方法使用，才能使熱量表測量出正確的熱量值，保證熱量表計(jì)量熱量時(shí)的正確性和可靠性，這對保證整個(gè)熱計(jì)量收費(fèi)體系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是非常重要的。
