張喜明 李 雪 王 炎

(吉林建筑大學市政與環(huán)境工程學院，長春 130118)

任何科學實驗都必須借助一定的實驗裝置和測量手段來完成.誤差理論指出:凡是測量和實驗,即使實驗裝置非常精密,也必然存在誤差,測量水平的不斷提高只能使誤差逐漸減小,不可能使誤差為零,只有充分考慮并減小實驗誤差的影響,才能得到真正有價值的實驗結果[1].課題組的主要內(nèi)容是利用太陽能熱泵供熱實驗臺對系統(tǒng)的供熱性能進行實驗研究.實驗臺的測量精度直接影響實驗結論的正確性,必須對實驗臺進行誤差分析,這樣才能對實驗結果的可靠性,以及實驗臺的精度作出正確評價.流量計因被測介質(zhì)的不同以及長期使用均會產(chǎn)生誤差,因此必須進行標定.

1 標定方法

1.1 標定儀器

筆者在實驗室現(xiàn)有條件下對流量計進行定期標定,以保證流量計測量數(shù)據(jù)的準確性和可靠性.重量法標定流量計所需的儀器如下:① TGT50型臺秤,最小刻度為0.05 kg;② 雙圈牌MP4000型多功能電子天平,感量0.1 g;③ 1 800 mL玻璃量杯;④ 國家二級標準水銀溫度計(WLB-21棒型溫度計),最小刻度0.1℃;⑤ JD-3A型金鵲牌電子秒表,最小讀數(shù)0.01 s;⑥ 標定水箱.

圖1 重量法標定流量計的標定過程

1.2 標定過程

重量法標定流量計的過程如圖1所示,標定前應先稱量標定水箱的凈重,并將配制好的酒精—水溶液(體積比1∶2)灌入高位水箱,標定過程中高位水箱的液位應保持恒定.標定開始后,打開并調(diào)節(jié)閥門,使標定溶液以一定的流量先后流經(jīng)累積流量計和轉(zhuǎn)子流量計,然后經(jīng)橡皮軟管流入集液罐.待轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)穩(wěn)定以后,將橡皮軟管迅速接到標定水箱,讓溶液流入水箱.按下秒表并記錄累積流量計的起始讀數(shù),微調(diào)閥門使轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)始終保持穩(wěn)定.當標定水箱的液面達到一定高度時,從水箱中迅速取出橡皮軟管,同時按下秒表并記錄累積流量計的終止讀數(shù).最后,稱量標定水箱總重,并用溫度計、量筒和天平測定標定溶液的溫度、密度.將標定時間、轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)、累積流量計起終讀數(shù)、標定水箱總重、溶液溫度及密度記錄到表格中,這樣就完成了一次標定過程.在本實驗可能使用的流量范圍內(nèi)進行多次標定.最后進行數(shù)據(jù)整理,得出各流量計的修正系數(shù).

1.3 標定結果

(1) 根據(jù)量杯與溶液的總重G1和量杯的凈重G2與溶液的體積V0可求得溶液密度, 即式(1).

ρ0=(G1-G2)/V0

(1)

(2) 根據(jù)轉(zhuǎn)子流量計的讀數(shù)n可計算出轉(zhuǎn)子流量計計算流量, 即式(2).

QZ=n/3 600

(2)

(3) 根據(jù)流量計的終止讀數(shù)Tt和初值讀數(shù)T0,以及表秒測定的標定時間t可計算出累積流量計平均流量,即式(3).

QL=(Tt-T0)/t

(3)

(4) 根據(jù)標定水箱與溶液的總重G3和標定水箱的凈重G4及溶液密度標定時間,由重量法測得流量Q0,即式(4).

QO=(Tt-T0)/t

(4)

(5) 由重量法測得流量Q0與轉(zhuǎn)子流量計計算流量QZ可得到轉(zhuǎn)子流量計修正系數(shù)k1,即式(5).

k1=Q0/QZ

(5)

(6) 由重量法測得流量Q0與累積流量計平均流量QL可計算出累積流量計修正系數(shù)k2,即式(6).

k2=Q0/QL

(6)

根據(jù)上述公式用稱重法計算出蒸發(fā)器側(cè)轉(zhuǎn)子流量計、累積流量計的流量(如表1所示)和冷凝器側(cè)轉(zhuǎn)子流量計及累積流量計的流量(如表2所示).

表1 蒸發(fā)器側(cè)轉(zhuǎn)子流量計、累積流量計標定

續(xù)表1

表2 冷凝器側(cè)轉(zhuǎn)子流量計、累積流量計標定

2 誤差分析

課題組研發(fā)了太陽能熱泵供熱實驗臺系統(tǒng).為了觀察和測試系統(tǒng)及各個部件的性能,需要對溫度、流量和電功率等做大量測試,以獲得設計、安裝和運行方面的資料.系統(tǒng)的供熱系數(shù)是通過多參數(shù)間接測量而得到的,其關聯(lián)參數(shù)的測量精度將直接影響總測量精度.因此,應根據(jù)實驗臺總體的測量誤差要求,經(jīng)濟合理地設計和配置測試系統(tǒng)[2].從表1中的數(shù)據(jù)可以看出,蒸發(fā)器側(cè)轉(zhuǎn)子流量計的修正系數(shù)最大值為0.999 0，最小值為0.964 0;蒸發(fā)器側(cè)累積流量計的修正系數(shù)最大值為0.990 9，最小值為0.972 4.從表2中的數(shù)據(jù)可以看出,冷凝器側(cè)轉(zhuǎn)子流量計的修正系數(shù)最大值0.995 2，最小值0.957 8;冷凝器側(cè)累積流量計的修正系數(shù)最大值0.977 4，最小值為0.952 9.

3 結語

經(jīng)過重量法標定流量計的實驗可以表明,當修正系數(shù)越大、越接近1的水平越高時,說明測試誤差越小,測試值越準確. 在實際測量中,將轉(zhuǎn)自流量計和累計流量計讀數(shù)分別乘以各自的修正系數(shù),便得到接近真實的流量值,從而減少了流量測量的誤差,對課題的研究起到了重大的作用.

參 考 文 獻

[1] 徐大中.熱工測量與實驗數(shù)據(jù)整理[M].上海:上海交通大學出版社,1991:21-34.

[2] 張喜明,于立強.太陽能熱泵供熱系數(shù)測試誤差分析[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2010(6):12-13.