超声波热能(量)表的工作原理

超声波热能表的工作原理

1、超声波热能表的定义

用于测量及显示水流经热交换系统所释放或吸收热量的仪表，其计量单位是kW.h 或GJ 。（注：1千瓦时=1度=1000焦耳/秒×3600秒=3600000焦耳；

1GJ=1000000000/3600000度≈277.78度）

2、超声波热能表的工作原理

由热源供应的热水（冷水）以较高（低）的温度流入热交换系统（散热器、换热器或由它们组成的复杂系统），以较低（高）的温度流出，在此过程中，通过热量交换向用户释放或吸收热量（注：该过程包括采暖系统和制冷系统能量交换过程）。当水流经热交换系统时，根据流量传感器给出的流量和配对温度传感器给出的供回水温度，以及水流经的时间，通过计算器计算并显示该系统所释放或吸收的热量。公式：

??????=???=110

τττ

ττρτO d h q d h q Q v m （1） 式中：Q — 系统释放或吸收的热量，J ；

q m — 流经热能表的水的质量流量，kg / h ；

q v — 流经热能表的水的体积流量，m 3 / h ；

ρ — 流经热能表的水的密度，kg / m 3 ；

Δh — 在热交换系统进口和出口温度下水的焓值差，J / kg ；

τ — 时间，h 。

在实际应用中水的质量都是通过测量水的体积换算得出的，因此热量值的计算还可使用下面公式：

????=V

dV k Q 0θ （2） 式中：Q ——释放的热量[J]或[kWh]

V ——载热液体流过的体积[m 3]

△θ——热交换回路中载热液体入口处和出口处的温差[℃]

k ——热系数，它是载热液体在相应温度、温差和压力下的函数[J/m 3°C]或

[kWh/m 3°C]。

公式（1）一般称为焓值法，公式（2）称为k 系数法。

3、超声波热能表的构成

超声波热能表由流量传感器、配对温度传感器、计算器（积分仪）等部件组成。 a 、流量传感器

流量传感器是用于采集水流量并发出流量信号的部件。

超声波流量传感器采用时差法对流量进行测量，其基本原理是：在测量通道的上游和下游分别安装一只超声波换能器用于超声波信号的发射与接收，上游与下游换能器分别发射超声波信号由另一只换能器接收，由于超声波信号与水流信号叠加，使声波在顺流和逆流时的传播速度不同，因此不同换能器发射的超声波信号在水中的运行时间就不同，通过测量该时间的差值可计算出流体的流速，然后再换算成流量，从而实现了流量的测量。如图：

图

图中：R1——流量计流体上游超声波换能器；

R2——流量计流体下游超声波换能器；

L ——流量计测量管的长度；

V ——流体速度；

C ——声波在流体中传播的速度。

由图可知： 声波顺流传播时间：1L C V

t += 声波逆流传播时间：2L C V

t -= 声波逆顺流传播时间差：222LV C V t -?=

流体平均流速：2

2tC L L V ?=

超声波热能表因无任何机械运动，无磨损，所以具有使用寿命长、不受恶劣水质影响、维护量小、长期使用成本低廉等优点。

b 、配对温度传感器

配对温度传感器的定义是：在同一个热能表上，分别用来测量热交换系统的入口和出口温度的一对计量特性一致或相近的温度传感器。由于系统消耗热量与入口与出口的温度差成正比，而与温度的绝对值相差较小，因此使用计量特性一致或相近的一对配对温度传感器即可提高测量精度而对温度传感器的绝对精度可以要求的相对低一些以降低成本。

c 、计算器

计算器（又称积分仪）是用来采集来自流量传感器和配对温度传感器的信号，进行热量计算、存储和显示系统所交换的热量值的部件。