超声波流量计

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表后弯管对超声波热量表计量性能的影响

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表后弯管对超声波热量表计量性能的影响

发布日期:2017-06-22 00:00 来源:http://www.senslor.com.cn 点击:

表后弯管对超声波热量表计量性能的影响

  引言

       随着我国北方供暖方式的改革,热量表已迅速进入居民家庭。随着节能环保要求的提高,我国正在逐步推广热计量收费,凡使用集中供热设施的城镇新建公共建筑和居民住宅,都必须设计、安装具有分户计量和室温调控功能的采暖系统,现有公共建筑和居民住宅也要进行分户计量改造。目前使用较广的热量表计就是超声波热量表。超声波热量表一般对前后直管段有严格要求,在供热计量改造工程中,由于各种复杂条件的限制,时常有不能满足超声热量表后直管段安装要求的情况发生。本文针对此种情况,设计DN50弯管段,利用大口径热水流量标准装置,测试表后弯管段对两种超声波热量表流量传感器的影响。

    1 超声波流量测量原理

       热量表由流量传感器、配对温度传感器和计算器三部分组成。流量传感器为超声流量计的热量表称为超声热量表。热量表的流量测量准确度直接影响到超声波热量表的计量性能。超声波流量测量一般采用时差法计算流体的流速。时差法的测量原理见图1

后湾管图一.jpg

    式中,L为超声波传播路径长度;X为传播路径的轴向分量;tdtu为从换能器1到换能器2和从换能器2到换能器1的传播时间;c为超声波在静止流体中的传播速度;Vm为流体通过换能器12之间声道上平均流速。

    1.2 流量方程式

      时差法所测量和计算的流速是声道上的线平均流速,而计算流量所需是流通横截面的面平均流速。二者是不同的,差异取决于流速分布状况。因此,必须对流速分布进行补偿。体积流量Q为:

   后湾管图二.jpg

      其中,K为流速分布修正系数,D为管道内径。对于本文试验用的弯管段,主要影响流量测量段的尾流区。

    2 检测过程

       选取计量性能较为稳定的两种DN50超声波热量表,利用大口径热水流量标准装置,进行表后竖直弯管、水平弯管和直管段的流量测量对比试验。第一种为表长30cm、十字导流片、缩径设计的超声波热量表,第二种为表长20cm、十字导流片、缩径设计的超声波热量表。根据热量表说明书,将相应的温度传感器插入表体,进行超声波声速实时温度修正。图2为表后弯管流量检测试验图。

后湾管图三.jpg

2 弯管流量检测试验

    采用静态质量法标定,在三种表后管段的条件下,选取0.6m3/h1.5m3/h4.5m3/h15m3/h25m3/h五个流量点,对超声波热量表进行流量总量检测,计算其示值误差。在检测过程中,调节流量点误差在±5%以内,检测时间为2分钟,每个流量点检测3次,测试结果如下。每个点的检测结果取3次检测的平均值。

1 第一种超声波热量表流量示值误差

后湾管表一.jpg

2 第二种超声波热量表流量示值误差

后湾管表二.jpg

    3 检测结果分析

       第一种超声波热量表在三种表后管段情况下,流量计量性能稳定。三种表后管段情况下小流量点的流量差异相对较大,但均在误差限范围内。在每个流量点,表后直管段、水平弯管、竖直弯管的流量示值误差有依次降低的趋势。随着流量点的增大,检测结果差异越小,每个检测流量点的重复性均较好。

      第二种超声波热量表与第一种热量表相比,趋势一致。在每个流量点,表后直管段、水平管段、竖直管段的流量示值误差也是依次降低的趋势。区别在于第二种热量表的每个流量点,表后直管段、水平管段、竖直管段的流量检测结果差异比第一种热量表要大,且重复性比第一种超声热量表差一些。

       由以上结果可以看出,表后弯管对超声波热量表的流量测量有一定影响。原因在于弯管改变了超声波热量表测量流场的尾流区,从而改变了截面流速分布,而流速分布系数K是针对直管段的修正系数,因此造成了超声波热量表流量测量在三种管段下的差异。

      表体结构对超声波热量表的流量测量有重要影响。为了使流场稳定,超声波热量表的表体一般会采用表体加长、缩径、加整流装置等结构方式。但缩径和表前整流装置会增加管道的压力损失。从本文试验可以看出,表体较长的超声波热量表,受尾流影响较小,在三种表后管段的情况下,流量测量结果差异小,重复性较好。

    4 结论

       本文试验证明,表后弯管会降低超声波热量表流量测量的示值误差,表后竖直弯管的影响比水平弯管的影响大一些。因此,在施工中不能满足后直管段的安装要求时,尽量选择表体较长、带有整流装置的超声波热量表,可以保证热表良好的流量计量性能。

 


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