一種超聲波熱量表束流管件設(shè)計與實現(xiàn)

    1.1 超聲波熱量表測量原理

    超聲波熱量表由3部分構(gòu)成：超聲波流量傳感器、配對溫度傳感器和計算器。如圖1所示。

圖1 超聲波熱量表組成框圖

    超聲波熱量表是在超聲波流量計的基礎(chǔ)上加上溫度測量，由流體的流量和供、回水溫差來計算出向用戶提供的熱量。其中流量測量部分是應(yīng)用一對超聲波換能器相向交替（或同時）收發(fā)超聲波，通過觀測超聲波在介質(zhì)中的順流和逆流傳播時間差來間接測量流體的流速，再通過流速來計算流量的一種間接測量方法。

    1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    本文設(shè)計一種超聲波熱量表束流管件，安裝在超聲波熱量表的管道內(nèi)，所述束流管件為圓柱形的管道，通過定位鎖緊螺釘固定在超聲波熱量表管道內(nèi)的中軸線上，束流管件的管徑小于超聲波熱量表的管徑，如圖2所示。

圖2 整體結(jié)構(gòu)示意圖

    1.3 關(guān)鍵技術(shù)

    超聲波傳感器測量原理的前提條件是管道中的液體流場要均勻分布，在管道截面上的每一點的流速都一樣，而這只是一種理想狀況。在實際應(yīng)用中發(fā) 現(xiàn)，流場不能達到均勻分布，流場的速度分布不僅與流速、管道的粗細、管道的形狀、管道表面的粗糙度，甚至還和管道中液體的密度、液體的運動粘度等條件有 關(guān)，進而影響測量精度。

    束流管件的管道內(nèi)壁表面粗糙度Ra小于1.6μm，即輪廓算術(shù)平均偏差小于1.6μm。

    束流管件的管道內(nèi)固定有2個與管道內(nèi)壁呈45°角的反射鏡，2個反射鏡的鏡面相對且非平行設(shè)置。

    與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

    采用束流管件調(diào)整流場，對流經(jīng)超聲波熱量表的載熱液體人為加速，將小流量轉(zhuǎn)化為大流速進行測量，提高流場的均勻分布，保證熱量表的計量精度。

    通過提高束流管件的管道內(nèi)壁光潔度，降低為提高超聲波熱量表的管道內(nèi)壁光潔度而產(chǎn)生的機械加工難度，在減少成本和降低難度的同時，提高超聲波熱量表的計量精度。

    通過以45°角固定在束流管件管道中軸線上的反射鏡，反射傳遞超聲波傳感器發(fā)射的信號，有效信號不易衰減，提高了產(chǎn)品的使用壽命。

    2 與反射式的比較

    如圖3所示，在沒有安裝束流管件時，超聲波傳感器利用基表的管壁反射進行測量，超聲波傳感器發(fā)射后的信號通常是以管段內(nèi)壁自身反射鏡、并且 只有一個反射點，在經(jīng)過一次反射折射后，信號被另一只超聲波傳感器所接受，完成一個信號的傳播過程。但是根據(jù)流體學(xué)原理可知，流體在管道內(nèi)的流速隨截面分 布的不同，其流速大小亦不同，其中中軸線上流速zui快，越靠近管壁流速越慢，管壁處的流速是零，所以管壁上很容易結(jié)垢、結(jié)晶，這樣日積月累導(dǎo)致有效信號逐漸 衰減，進而依靠管壁本身做信號反射鏡的產(chǎn)品使用壽命較短。

圖3 超聲波熱量表管道內(nèi)未安裝束流管件的示意圖

    3 安裝實施步驟

    結(jié)合圖4與具體安裝方式對本超聲波熱量表束流管件作進一步詳細描述。

1超聲波熱量表；2束流管件；3定位鎖緊螺釘；4反射鏡；5超聲波傳感器。

圖4 安裝束流管件示意圖

    超聲波熱量表束流管件2為圓柱形的管道，束流管件2的管道內(nèi)固定有2個與管道內(nèi)壁呈45°角的反射鏡4，2個反射鏡4的鏡面相對且非平行設(shè) 置，在束流管件2內(nèi)增加反射鏡4的面積，提高了超聲波熱量表1的測量精度。束流管件2通過定位鎖緊螺釘3固定在超聲波熱量表1管道內(nèi)的中軸線上，進而使反 射鏡4也處在管道內(nèi)中軸線上。束流管件2的管徑為D，超聲波熱量表的 管徑為d，載熱液體流經(jīng)的管徑變小，對流經(jīng)超聲波熱量表1的載熱液體人為加速，將小流量轉(zhuǎn)化為大流速進行測量，提高流場的均勻分布。束流管件2的管道內(nèi)壁 表面粗糙度Ra小于1.6μm，即輪廓算術(shù)平均偏差小于1.6μm，通過提高束流管件2內(nèi)壁的光潔度，能有效提高超聲波熱量表1的計量精度。

    安裝時，先把反射鏡4以45°角安裝在束流管件2上，然后在超聲波熱量表1的管道中的軸線上，用定位鎖緊螺釘固定束流管件2，即完成束流管件2在超聲波熱量表1中的安裝。

    在此需要強調(diào)的是，所述各模塊均為電路邏輯的集合，而非虛擬功能模塊。其具體實現(xiàn)是本領(lǐng)域常見技術(shù)手段，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀，根據(jù)其掌握的常規(guī)技術(shù)手段*可以再現(xiàn)。