機械式、超聲波、電磁式熱量表在水暖系統中的應用分析

熱計量*初在歐洲工業企業中用于計算生產過程的熱量消耗，隨著供暖市場的擴張該方法逐步被用于民用，由于初期的高價格，熱量表沒有采用分戶安裝的方式，每幢建筑物只設總表。隨著應用規模的擴大及類型的多樣化，熱量表結構出現了變化，以配置的流量計型式劃分，水暖系統使用的有機械式、超聲波式、電磁式三種熱量表。

機械式*早被用于供暖系統，利用轉動部件實現流量計量，以鎳或銅套溫度計為測溫元件。該類型熱量表內部水流速度場分布與流量波動相關，根據該特點建立理論模型，可用于分析速度剖面、水流粘度及渦流的影響。數值模擬方法的應用促進了機械式熱量表的研宄，借助模擬結果可以分析不同轉速下水流流動參數變化的影響。高溫水對機械式熱量表的工作有較大影響，180°Ｃ水溫條件下以LDV裝置測速，測試數據的相對不確定度僅為0.2％，試驗結果對高水溫條件下該種類熱量表的應用具有重要參考價值。水流對旋轉機械部件的作用、雜質引起的流道阻塞等都會影響機械式熱量表的工作，使計量精度降低，轉動部件的易磨損、對水質的較高要求、水流物性參數以及流動狀態變化的影響限制了其使用。

電磁式熱量表利用電動勢信號實現流量測量，根據流速、水流電導率對測量結果的影響，以電極位置、液位與流量的關系處理電極信號，可以増加量程。karamifard M.等建立了二維數學模型，以有限差分法求解電極間的感應電勢，并且利用MATLAB軟件進行仿真，以提高計量精度。磁場強度會影響該類型熱量表的靈敏度，有限元法的分析結果表明Halbach磁體結構的應用有效提高了磁場強度和靈敏度。電磁式熱量表結構、生產工藝復雜，制造、運行成本高，使用條件嚴苛，阻礙了其應用和推廣。

超聲波可在多種流體內傳播的特點使其得到了廣泛應用。十九世紀末超聲波首先被用于試驗過程，其在液體內產生的聲場強度取決于聲波的振蕩和液體性質。混響時間（超聲波停止發射后聲場內某一點超 聲波延續的時間）是超聲波在液體中入射、接收過程的重要指標，Mulders C.E.的研究結果表明混響時間與液體對超聲波的吸收狀況密切相關，超聲波的傳播速度和衰減系數會影響測試結果，聲波理論的研究及應用促進了超聲波熱量表的研發。超聲波流量計（基表）、溫度傳感器、積算器（主機）是超聲波熱量表的主要部件，利用水中傳播時超聲波具有的良好方向性、穿透性，熱量表以換能器完成超聲波信號的發射、接收，通過分析信號結果獲得流速，測速過程無測試部件進入流場、無流場干擾，不同于早期的“侵入式"測量，上述特點有利于計量精度的提高，為其大范圍應用奠定了基礎，以測速方法的差別對該型式熱量表分類。

供暖系統中以傳播速度法實現流速測量占有較大比重，該方法又可分為三種，即“時差法"、“頻差法"、“相差法"。“時差法"、 “頻差法"均需利用聲波速度進行計算，聲波傳播速度與水溫有關， 水溫有變化時需修正。“相差法"不受水溫影響但對波形有較高要求，現場使用易受干擾，限制了其應用。“頻差法"有多個聲波脈沖循環存在時相互間會發生干擾，影響頻率差值的測量，該方法對超聲波換能器的布置數量有一定要求。“時差法"的流速計算利用聲波在水中逆流、順流傳播的時間差實現，對管徑和水質有較好適應性，得到了廣泛應用。