超声波热量表的热量计量原理及计算 

超声波表的热量原理及估算常年以来我国南方地区城镇市民取暖用热通常按住宅面积而不是按实际用热量计量收费造成用户节能意识差导致资源的浪费.其实该计量方式缺少科学性.而欧美等发达国家在八十年代初热量表的使用已相当普遍热力公司以热量表作为计价收费的根据和手段节能2030.作为建筑节能的一项基本举措我国国家建设部已将热量计量收费纳入《建筑节能“九五”计划和2010年规划》因此研发开发用于供暖计价的热量表势在必行。热量表通常应具备以下技术要求:湿度传感采用铂内阻测温器件符合IEC一751标准并精确配对当供回水的气温差在6以内时检测偏差01热量表具备热焰和质量密度修证的功能偏差大于05微帧率的设计内藏电瓶可以连续工作5年超声波热量表。现今中国市场上的美国热量表技术成熟标准化程度高而且价位高昂。我国对热量表的需求量大研发开发低成本、符合国际标准的热量表是大势所趋。本文以热量表热量计量原理为基础介绍了几种常用的热量计量方式剖析比较了各自的异同点详尽讨论了具有k系数补偿功能的热量计量方式该方式实现了k系数的水温和压力在线补偿因此具有较高的精度。1热量计量原理热量表是一种适用于检测在热交换支路中载热液体所吸收或转换热能的仪器热量表用法定的计量单位显示热量。

热量表又称热能表、热能积算仪既能检测供水系统的供水量又能检测供冷系统的放热量。将一对气温传感分别安装在通过载热流体的上行管和下行管上流量计安装在流体入口或回流管上流量计安装的位置不同最终的检测结果也不同流量计发出与流量成反比的脉冲讯号一对气温传感给出表示温差的模拟讯号热量表采集来自三路传感的讯号借助积算公式算出热交换系统获得的热量超声波热量表。热量表系统原理图如图1所示。图l热量表热量计量系统原理图传质量通常由载热流体的质量、比热容和湿度变化等诱因决定。对热量表来说进出口的焓值还与时间成比列。国外热量表通常采用焓差法估算热量。焓差法的传质公式为也可以表示为式中为释放热量kj或kWhqm为质量流量kg/sh为进出口焓差kj/kg为时间s为进出口温差qv为累积流量m3目前国产热量表的热量计量方式基本可以分为以下几种直接焓差西式中pfCpr为入口与出口的定压比热容qvqm为瞬时容积流量、瞬时质量流量为入口与出口水温下的载热流体密度为入口与出口的气温该公式估算简单只要依照实测气温查表得pfCpr等个常数代入式即可其实体温检测精度越高数据表所占的储存空间越大而且对于实测气温须要采用线性配准等近似估算技术通过搜索与其距离近来的点估算相应的焓值因而得出瞬时热量但这一方式会带来人为偏差常系数焓差法p为定压比热宿容Cp为常数促使程序的估算量降低估算速率大大推进并且因为流体的密度进行体温修正同时因为不能对Cp进行在线气温补偿该技巧的气温适应性较差不适合于作为户用型热表的热量估算技巧分段式k系数西式中k是热交换系数当压力一定时它随气温而变化将其按回水湿度进行分类该方式将热交换系数量化为三个分段常数在一定程度上对其进行了气温修正式中三个关键常数凭经验来确定并且体温区间界定较粗气温适应性仍然较差因而分段式k系数法仅适用于对热量计量的精度要求不高湿度变化也较小的情况以上无论是焓差法甚或分段式k系数法都可以达到一定的精度并且其计量方式和计量精度均达不到OIML75国际规程和EN1434法国标准等国际标准的规定。

k系数偿法数补偿法实现了热指数的在线水温和压力补偿大幅度提升了热量计量的精度。OIMLR75国际规程和EN1434法国标准都对热系数k怎么估算有明晰的说明1。r为入口气温出口水温Cp为简化估算引入如下参数c1为比室温p/pc1为比压力为比自由焓即吉布斯函数Gibbsfunctionc1647.3Kpc122120000J/m3表示载热介质为水时选定的参考体温、参考压力、参考体积5。由式6、式7并引入相应的比参数热系数为uiir10比自由焓的函数关系式如下其中均为常系数取值参见文献5。按照吉布斯函数见式11以及9和式10即可得到不同水温、压力下的热系数。比如已知压力为1标准大气压入口湿度70、出口水温65流量计安装在回水管时对应的热系数具体估算如下比室温0.5224比压力00458代入以上公式解得k1.141117kW图2给出了在流量计安装在回水管压力为0.6MPa温差为1040时热系数与入水水温的关系曲线。由图2可以看出在工作压力和温差保持不变的情况下入口气温越高烧系数越低入口体温保持不变时温差越大热系数越大。压力为0.6KPa时热系数k随进、出口水温变化曲线图3a表示流量计安装在回水管进口体温保持50、温差在1040时热系数与压力关系曲线图3b为流量计安装在回水管进出口温差保持10进口气温在6090变化情况。

由图3可以看出压力在容许范围内的变化对热系数的影响不大当体温或温差一定时热系数随压力基本保持不变6。由于热量表的实际工作环境近似于定压状态所以可以觉得吉布斯函数近似是气温入水与回水体温的函数。气温和流糠直鹜传感21气温传感气温敏感器件采用铂内阻Pt500或Pt1000在0630.75的气温范围内铂内阻的电阻与湿度的关系式为RtR01ab2a3.96847103/b5.847107/2。似乎由铂阻值的电阻很难直接求解出湿度值可以使用表格法线性插补法进行体温的标度变换。正式测得的阻值值与表格内内阻值进行比较直至Rn