節(jié)能環(huán)保是一項大工程，為降低建筑供暖能耗，促進(jìn)供熱節(jié)能，我國北方地區(qū)不斷推進(jìn)供熱供暖體質(zhì)改革，將傳統(tǒng)的按建筑面積收取熱費改為按用熱量收費，從而利用經(jīng)濟(jì)杠桿鼓勵用戶節(jié)能，部分省市地區(qū)將熱量表作為熱計量的主要手段。本文將科普在供熱供暖事業(yè)中應(yīng)用頗為廣泛的的超聲波熱量表的工作原理。

一、從構(gòu)造看超聲波熱量表的工作原理

超聲波熱量表是由流量傳感器、微處理器和配對溫度傳感器及顯示和通信等幾部分組成的。配對溫度傳感器用于測量水溫，超聲波流量傳感器用于測量流過的流體體積。其中，超聲波流量傳感器及微處理器組成的流量測量系統(tǒng)，是超聲波熱量表的核心。微處理器相當(dāng)于是超聲波熱量表的“大腦”，不論是對流量信號、溫度信號進(jìn)行積分運(yùn)算，還是對整個測量過程進(jìn)行時序控制，都是微處理器的功勞。超聲波熱量表上的液晶屏主要用于顯示數(shù)據(jù)，不少超聲波熱量表可選擇配備通信模塊與遠(yuǎn)程抄表設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

二、超聲波熱量表的工作原理和推導(dǎo)計算公式

以時差法測量為例子，一般測量時用一對超聲波換能器直接安裝在管段通道兩端，管道內(nèi)反射柱鏡面成 45°角固定于管道中軸線，管段的內(nèi)直徑為 D，超聲波行走的路徑長度為 L 總 （L 總 =D/2+L+D/2）。超聲波在靜態(tài)水中傳播速度為 c，水流速度為 V0，順流傳播時間為 t1，逆流傳播時間為 t2，所以有：

由于在實際中c?V₀，可以得到：

在實際中，我們需要對 V 乘以修正系數(shù) K 進(jìn)行修正。液體流速在管道中的實際流場可分為層流、過度流和紊流，而這三種流場的狀態(tài)是由雷諾數(shù)決定的。雷諾數(shù) Re 的計算公式為：

液體的動力黏滯系數(shù) μ 和液體的密度 ρ 還與管道中液體的壓力和液體的溫度有關(guān)，在已知管道中液體的壓力和液體的溫度后，便可通過查表獲得液體的動力黏滯系數(shù)μ和液體的密度 ρ，因此修正系數(shù) K 的大小也必須由雷諾數(shù) Re決定。

三、超聲波熱量表的工作原理與補(bǔ)償設(shè)置

1、流量補(bǔ)償

每種口徑的熱量表進(jìn)行流量全量程的流量補(bǔ)償，以確保熱量表在不同溫度下的準(zhǔn)確度。超聲波熱量表的流量準(zhǔn)確度受基表的影響很大，而且流場曲線并不是線性變化，測量計算時分段線性擬合，并需要針對基表和換能器部分的參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格配對，對熱量表全量程進(jìn)行流量補(bǔ)償。

2、溫度補(bǔ)償

溫度是對超聲波熱量表流量測量影響的主要因素。水溫會影響超聲波聲速的變化，會使水表產(chǎn)生膨脹進(jìn)而影響截面積、聲程等。為補(bǔ)償這些變化，超聲波熱量表的在設(shè)計與制造中也會增加溫度補(bǔ)償。

與機(jī)械式熱量表相比，超聲波熱量表沒有活動機(jī)械部件，從原理上講，其壓損小于機(jī)械式熱量表。而作為測量儀器，超聲波熱量表對機(jī)加工誤差、部件誤差、人工裝配誤差等每個單項要求很高。以上就是關(guān)于超聲波熱量表的工作原理的全部內(nèi)容，如果對計量儀器感興趣，歡迎關(guān)注蘇州三泰測控，獲取更多儀器儀表新資訊！