超声波热量表的计量原理及设计

　　0 引言

　　节能减排肯定是我们国家近些年发展的一个最大的战略。我国现在热能的消耗占北方冬季能源消耗的 50%，可以看出无论是国家的能源政策，还是迫在眉捷的实际需求，我们都必须节能。而我国现行的供热收费制度是按面积收费，这种供热体制由于居民用户没有供热调节手段，用多用少一个样，所以节约用热积极性不高，其次，热力公司由于收费困难，技术创新和设备改造积极性也遭受挫折。因此我国供热水平一直处于较低水平，导致了我国热力资源的极大浪费。在这种背景下，国家相继提出了许多节能降耗计划，国家建设部已将热量计量收费列入《建筑节能“九五”计划和 2010 年规划》，提出居民供热体制改革，要依照多用多付，少用少付的原则，进行热计量收费。目前在中国市场的国外热量表技术成熟 , 标准化程度高 , 但是价格昂贵 . 我国对热量表的需求量大 , 因此 , 研制开发低成本、符合国际标准的热量表是大势所趋[1,2]。

　　1 热量计量原理

　　热量表测量系统框图如图 1 所示，系统由流量传感器、进口温度传感器、出口温度传感器及STC12C5410AD 单片机、LED 显示器等部件组成。热力公司供应的热水以较高的温度流入交换系统后以较低的温度流出，在此过程中，通过热量换向用户提供热量。一对温度传感器分别安装在通过载热流体的上行管和下行管上 , 给出表示温差的模拟信号;流量传感器安装在流体入口或回流管上，发出与流量成正比的脉冲信号;单片机采集来自 3 路传感器的信号，计算出热交换系统获得的热量。

　　传热量一般由载热流体的质量、比热容和温度变化等因素决定。对热量表来说，进出口的焓值还与时间成比例。国内热量表一般采用焓差法计算热量。具体计算方法如公式(1)所示，详见CJ128—2007《热量表》[3]。

　　式中，Q—热交换系统释放或吸收的热量，J;

　　qm—流经热量表的水的质量，kg/h;

　　Δh—热交换系统中进口和出口温度下的比差，J/kg;t—时间;

　　ρ—流经热量表的水的密度，kg/m3;

　　qv—流经热量表的水的体积 ，m3/h。

　　2 流量传感器

　　流量传感器是热量表最主要的部件，也是最敏感的组件，本论文采用超声波流量计，超声波流量计的主要特点是：流体中不插入任何元件，对流速无影响，也没有压力损失;能用于任何液体，特别是具有高黏度、强腐蚀，非导电性等性能的液体的流量测量，也能测量气体的流量;对于大口径管道的流量测量，不会因管径大而增加投资;量程比较宽，可达 5:1 ;输出与流量之间呈线性等优点。本文流量测量采用超声波频率差法流量计[4]，如图 2 所示。