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機械式、超聲波、電磁式熱量表在水暖系統中的應用分析
發布時間:2021-12-13 09:01:29

熱計量最初在歐洲工業企業中用于計算生產過程的熱量消耗,隨著供暖市場的擴張該方法逐步被用于民用,由于初期的高價格,熱量表沒有采用分戶安裝的方式,每幢建筑物只設總表。隨著應用規模的擴大及類型的多樣化,熱量表結構出現了變化,以配置的流量計型式劃分,水暖系統使用的有機械式、超聲波式、電磁式三種熱量表。

機械式最早被用于供暖系統,利用轉動部件實現流量計量,以鎳或銅套溫度計為測溫元件。該類型熱量表內部水流速度場分布與流量波動相關,根據該特點建立理論模型,可用于分析速度剖面、水流粘度及渦流的影響。數值模擬方法的應用促進了機械式熱量表的研宄,借助模擬結果可以分析不同轉速下水流流動參數變化的影響。高溫水對機械式熱量表的工作有較大影響,180°C水溫條件下以LDV裝置測速,測試數據的相對不確定度僅為0.2%,試驗結果對高水溫條件下該種類熱量表的應用具有重要參考價值。水流對旋轉機械部件的作用、雜質引起的流道阻塞等都會影響機械式熱量表的工作,使計量精度降低,轉動部件的易磨損、對水質的較高要求、水流物性參數以及流動狀態變化的影響限制了其使用。

電磁式熱量表利用電動勢信號實現流量測量,根據流速、水流電導率對測量結果的影響,以電極位置、液位與流量的關系處理電極信號,可以増加量程。karamifard M.等建立了二維數學模型,以有限差分法求解電極間的感應電勢,并且利用MATLAB軟件進行仿真,以提高計量精度。磁場強度會影響該類型熱量表的靈敏度,有限元法的分析結果表明Halbach磁體結構的應用有效提高了磁場強度和靈敏度。電磁式熱量表結構、生產工藝復雜,制造、運行成本高,使用條件嚴苛,阻礙了其應用和推廣。

超聲波可在多種流體內傳播的特點使其得到了廣泛應用。十九世紀末超聲波首先被用于試驗過程,其在液體內產生的聲場強度取決于聲波的振蕩和液體性質?;祉憰r間(超聲波停止發射后聲場內某一點超 聲波延續的時間)是超聲波在液體中入射、接收過程的重要指標,Mulders C.E.的研究結果表明混響時間與液體對超聲波的吸收狀況密切相關,超聲波的傳播速度和衰減系數會影響測試結果,聲波理論的研究及應用促進了超聲波熱量表的研發。超聲波流量計(基表)、溫度傳感器、積算器(主機)是超聲波熱量表的主要部件,利用水中傳播時超聲波具有的良好方向性、穿透性,熱量表以換能器完成超聲波信號的發射、接收,通過分析信號結果獲得流速,測速過程無測試部件進入流場、無流場干擾,不同于早期的“侵入式”測量,上述特點有利于計量精度的提高,為其大范圍應用奠定了基礎,以測速方法的差別對該型式熱量表分類,如圖1-1。

熱量表圖1.png

供暖系統中以傳播速度法實現流速測量占有較大比重,該方法又可分為三種,即“時差法”、“頻差法”、“相差法”?!皶r差法”、 “頻差法”均需利用聲波速度進行計算,聲波傳播速度與水溫有關, 水溫有變化時需修正?!跋嗖罘ā辈皇芩疁赜绊懙珜Σㄐ斡休^高要求,現場使用易受干擾,限制了其應用?!邦l差法”有多個聲波脈沖循環存在時相互間會發生干擾,影響頻率差值的測量,該方法對超聲波換能器的布置數量有一定要求?!皶r差法”的流速計算利用聲波在水中逆流、順流傳播的時間差實現,對管徑和水質有較好適應性,得到了廣泛應用。

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