超聲波熱量表精準(zhǔn)度的提高

【摘要】分析了超聲波熱量表在研發(fā)過程中遇到的技術(shù)難點(diǎn)及關(guān)鍵點(diǎn)，通過采用全金屬管段，設(shè)計(jì)了新型導(dǎo)流錐結(jié)構(gòu)，有效地減小了流場中心畸變對準(zhǔn)確度的影響，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】熱量表；導(dǎo)流錐；精準(zhǔn)度

1.超聲波熱量表基本工作原理

超聲波熱量表由超聲波流量傳感器、配對溫度傳感器和熱量積算儀組成。超聲波流量傳感器測量出管道中水流體積，配對溫度傳感器測量出進(jìn)、回水的溫度，積算儀采集上述信號后，經(jīng)過信號處理、積分運(yùn)算，計(jì)算出熱交換系統(tǒng)所釋放或吸收的能量。計(jì)量準(zhǔn)確，不受水中鐵銹影響及外界磁場干擾，適合中國供暖水質(zhì)。本文著重分析研發(fā)過程中遇到的技術(shù)難點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)精準(zhǔn)的導(dǎo)流錐提高儀表的精準(zhǔn)度。

2.遇到的問題

主流的超聲波熱量表根據(jù)超聲波時差法設(shè)計(jì)，是一種速度式流量計(jì)。時差即超聲波傳播的順流和逆流時間之差；超聲波的傳播軌跡上的流體速度分布決定了時差的大小，其影響是一種積分效應(yīng)。時差法超聲波流量計(jì)要求超聲波傳播軌跡上的流體速度代表整個流場分布情況，內(nèi)在要求其與體積流速是一種一一映射的關(guān)系。超聲波熱量表一般要求前、后分別具有長度為管道直徑的10倍、5倍的直管段來保證這種映射關(guān)系。在各種因素影響下，這種一一映射的關(guān)系也會受到影響，產(chǎn)生畸變。其主要因素有兩點(diǎn)：前后直管段不滿足要求和超聲波表與管道的連接件的不匹配。

基于上面的考慮，我們在基表的入口前端設(shè)計(jì)了錐形導(dǎo)流環(huán)，來減小流場中心畸變對這個映射關(guān)系的影響。

3.解決問題的思路

超聲波熱量表采用立柱式全金屬的基表，示意圖如圖1所示。

4.效果驗(yàn)證

為此，我們設(shè)計(jì)了兩種實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這個想法。

實(shí)驗(yàn)1：前面直管段具有一定的斜度的實(shí)驗(yàn)對比。

如果熱量表前安裝具有一定斜度的直管段，那么其初始流場不一致性非常明顯，這個實(shí)驗(yàn)可以定量化的觀察導(dǎo)流錐的作用。

本實(shí)驗(yàn)采用4支超聲波熱量表（DN25）在50℃的情況下，在下面所列的4個不同的場景情況下，分別測量4個流量點(diǎn)的精度（0.07m3/H、0.35m3/H、1.05m3/H、3.5m3/H）：

1、2分別為不帶導(dǎo)流錐的和帶導(dǎo)流錐的，熱量表前、后安裝了長度為25cm的直管段。

3、4分別為不帶導(dǎo)流錐的和帶導(dǎo)流錐的，熱量表前安裝了角度為30度、長度為25cm的直管段，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

實(shí)驗(yàn)2：密封墊圈遮蓋程度不同的實(shí)驗(yàn)對比。

密封圈的不合理安裝對熱量表的流量計(jì)量準(zhǔn)確性具有比較大的影響。本實(shí)驗(yàn)采用4塊超聲波熱量表（DN25）在50°C的情況下，在熱量表前面安裝密封圈，其一邊與管段內(nèi)徑相切，一邊向管段中心方向超出2mm；分布針對不帶導(dǎo)流錐和帶導(dǎo)流錐的熱量表測量4個流量點(diǎn)（0.07m3/H、0.35m3/H、1.05m3/H、3.5m3/H）的準(zhǔn)確度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

5.結(jié)論

超聲波熱量表采用的新型前端導(dǎo)流錐有效地減小了流場中心畸變對時差法超聲波熱量表的準(zhǔn)確度的影響。設(shè)計(jì)思路是具有一定的創(chuàng)新性，在實(shí)際使用過程中，保證了超聲波熱量表的計(jì)量正確度。