超聲波熱量表精準度的提高

【摘要】分析了超聲波熱量表在研發過程中遇到的技術難點及關鍵點，通過采用全金屬管段，設計了新型導流錐結構，有效地減小了流場中心畸變對準確度的影響，并通過實驗驗證。

【關鍵詞】熱量表；導流錐；精準度

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、回水的溫度，積算儀采集上述信號后，經過信號處理、積分運算，計算出熱交換系統所釋放或吸收的能量。計量準確，不受水中鐵銹影響及外界磁場干擾，適合中國供暖水質。本文著重分析研發過程中遇到的技術難點，通過設計精準的導流錐提高儀表的精準度。

2.遇到的問題

主流的超聲波熱量表根據超聲波時差法設計，是一種速度式流量計。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。時差法超聲波流量計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，內在要求其與體積流速是一種一一映射的關系。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系。在各種因素影響下，這種一一映射的關系也會受到影響，產生畸變。其主要因素有兩點：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計了錐形導流環，來減小流場中心畸變對這個映射關系的影響。

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.效果驗證

為此，我們設計了兩種實驗來驗證這個想法。

實驗1：前面直管段具有一定的斜度的實驗對比。

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，這個實驗可以定量化的觀察導流錐的作用。

本實驗采用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個流量點的精度（0.07m3/H、0.35m3/H、1.05m3/H、3.5m3/H）：

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

3、4分別為不帶導流錐的和帶導流錐的，熱量表前安裝了角度為30度、長度為25cm的直管段，實驗數據如表1所示。

實驗2：密封墊圈遮蓋程度不同的實驗對比。

密封圈的不合理安裝對熱量表的流量計量準確性具有比較大的影響。本實驗采用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，其一邊與管段內徑相切，一邊向管段中心方向超出2mm；分布針對不帶導流錐和帶導流錐的熱量表測量4個流量點（0.07m3/H、0.35m3/H、1.05m3/H、3.5m3/H）的準確度。實驗數據如表2所示。

5.結論

超聲波熱量表采用的新型前端導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確度的影響。設計思路是具有一定的創新性，在實際使用過程中，保證了超聲波熱量表的計量正確度。