户用射流热量表流量测量特性的研究

　　0　引言

　　振荡型射流流量传感器由于其内部无运动的机械部件,射流振荡频率在一定的流量测量范围内与被测流体的流量(流速)成正比,并且具有结构简单、制造方便、工作稳定可靠、可在低雷诺数流体条件下测量等特点,因此是一种很有发展前景、并可广泛应用于小口径供热管网和供水管网的热、冷水计量的新型流量传感器。新研制成功的射流热量表及射流流量传感器由于较好地解决了原有射流流量计在低雷诺数流体下小流量测量特性存在的始动流量大、测量不够稳定、信号检测复杂等问题,因此在热、冷水计量和供热计量等方面已崭露头角。

　　1　射流热量表流量传感器的结构与原理

　　户用射流热量表主要由射流流量传感器、配对温度传感器和电子积算器等部件组成,见图1。其中射流流量传感器是决定射流热量表测量准确度和工作可靠性的关键部件,本文对其流量测量特性作重点研究。

　　热量的计算可按下式进行:

　　式中:Q—供热系统释放或吸收的热量(J);qv—流经热量表的水的体积流量(m3/h);ρ—流经热量表的水的密度(kg/m3);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)。

　　当封闭管道中的水流进入射流流量传感器,即射流计量腔时,由于射流的附壁效应和控制射流反馈原理,使水流体在计量腔中发生振荡。该振荡频率在一定流量测量范围内与射流喷嘴的流速或流经管道的体积流量成正比,且不受被测流体物性参数变化的影响。通过在射流计量腔的主通道或反馈通道上设置电磁传感检测元件或压电传感检测元件等速度型与压力型敏感器件,可以方便地将射流振荡频率和振幅信号检出并作后续处理。射流计量腔的结构原理见图2。

　　通过计算机对计量腔中射流流场数值模拟(仿真)得到的结果表明,在侧壁与分流劈位置附近的流体其速度变化最大,而在反馈通道上流体的压力变化最大。因此可以在这两个部位分别放置对速度敏感或对压力敏感的传感元件,检测射流流体振荡时的幅值相对最大值,进而获得相应的频率值。

　　2　射流流量传感器的信号检测

　　2.1　电磁流量检测原理

　　现以恒磁励磁电磁检测方法为例对射流振荡信号的检测原理作出描述。当导电液体介质流过非导磁体测量管或计量腔切割由恒定磁场产生的磁力线时,根据电磁感应定律,导电液体介质就会产生感应电动势,通过放置在与磁力线和测量管相互垂直的一对电极即可将感应电动势检出。由于感应电动势E与恒定磁场B的强度、介质的平均流速v成正比,因此可从感应电动势的强弱来测定被测管道中介质的流速,见下式: