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    影響超聲波熱量表計量性能的因素
    作者:天津華儀創展admin 發布時間:2020-04-30 16:57
            超聲波熱量表是精確計量供熱過程中熱能消耗的一種計量儀表。本文通過對超聲波熱量表工作原理的分析,指出影響超聲波熱量表性能的核心因素為超聲波傳感器。通過對超聲波傳感器主要參數的詳細分析,為計量校準人員準確、高效的完成超聲波熱量的計量校準工作提供幫助,同時給超聲波熱量表生產企業提出相應的建議。
     
            1.介紹
            超聲波熱量表是一種包含機械、電子和信息技術的高科技產品,它是精確計量供熱過程中熱能消耗的一種計量儀表。超聲波熱量表在推廣實現分戶計量和供熱平衡的過程中起到了不可替代的作用。超聲波熱量表是通過用超聲波測量流量及顯示水流經熱交換系統所釋放或吸收的熱能量從而計算出熱量的儀表。它通過兩種傳感器測得的物理量-熱載體的流量和進出口的溫度,再經過密度和熱焓值的補償及積分計算,才能得到熱量值。
            時差法超聲波熱量表是依靠超聲波信號在流體中傳播的時間差,來測量流體流量。當超聲波速在流體中傳播時,流體的流動將使超聲波信號的傳播速度發生傳播的時間差。時間差的大小與流體的流速成正比關系。由此,便可測量流體流量。便攜外加式時差法超聲波熱量表是一種非接觸式的流量測量儀表,具有無口徑限制、無壓力損失、流速范圍寬等優點,特別是在大口徑水流量測量方面具有較強的技術優勢。利用超聲波在流動的流體中傳播時,可以載上流體流速信息的特性,通過接收和處理穿過流體的超聲波信息就可以檢測出流體的流速,從而換算成流量。在結構上主要由計量直管段、超聲波傳感器、電子處理線路及流量顯示和積算系統四部分組成,如圖1所示。
     
            2.影響超聲波熱量表性能的主要因素
            熱量表由流量傳感器、溫度傳感器和熱能積算儀三部分組成。熱能積算儀技術在實踐中得到充分驗證,具有較好的使用效果。目前,影響超聲波熱量表性能的主要因素集中在其關鍵部件流量傳感器,流量傳感器主要由基表和超聲波傳感器組成。對于對基表機械結構(包括反射器和測量管段)我國很多熱計量表生產廠家針對國內供熱水質較差,含有大量雜質容易堵塞流量傳感器等情況進行了大量的研究,提出了“減壓損”、“防堵塞”、“減渦流”和“防結垢”等改進設計,再加上國內的機械加工水平可以滿足基表的技術要求,所以該部件技術水平比較成熟和穩定,存在問題較少。對于超聲波傳感器卻發現很多問題,有些企業甚至對其熱量表產品關于超聲波傳感器主要技術參數還缺乏必要了解,因此出現了一半以上的生產廠家提供的技術參數過于簡單或者有明顯錯誤;或者名不副實,實測結果偏差很大。
     
            3.超聲波熱量表的關鍵部件-超聲波傳感器
            超聲波傳感器主要由壓電元件(壓電陶瓷片)、背襯材料(吸收塊)、保護膜和外殼等組成。
            影響超聲波熱量表性能的主要參數有:
            (1)中心頻率,指傳感器的電導值最大時的工作頻率。
            (2)壓電常數,關系到傳感器聲電轉換效率及輸出靈敏度的參數。
            (3)彈性系數,決定著傳感器的固有頻率和動態特性。
            (4)絕緣電阻,壓電材料的絕緣電阻大有助于減少電荷泄漏量,從而改善壓電傳感器的低頻特性。
     
            4.存在的問題及改進建議
            近兩年新疆計量院依據CJ128-2007《熱量表》行業標準和DB65/3165-2010《熱量表》地方標準,對供熱計量器具的管理從一般管理層面走向了產品質量控制層面,按照監督計劃開展了大量熱量表檢驗工作。本文主要對超聲波熱量表產品在檢驗中發現的一些問題,進行了總結并提出建議,希望能對國內超聲波熱量表生產廠家和研發技術人員對提高產品質量起到一定的啟發。
            超聲波傳感器的靜態參數測試結果不夠理想。主要是中心頻率偏差超差,電容、電導、機械品質因數、阻抗等重要靜態參數的配對一致性差。例如某些廠家幾乎所有的超聲波傳感器中心頻率標稱的都是1MHz。實測的結果是僅有30%達到1MHz;偏差最大的超過了12%。某些廠家幾乎所有的超聲波傳感器4個參數配對偏差均大于4%,偏差最大的超過了10%。這些參數隨溫度的變化都將影響超聲波在水中傳播的時間差,也就是超聲波流量計的精度。因此,關于超聲波傳感器器件性能研究國內廠家應該重視起來,在沒有條件對傳感器的各種參數進行測試的熱量表廠家,至少應該采取對傳感器作配對試驗的措施,通過檢驗傳感器的外部特征來判斷其參數是否滿足熱量表的需求,外部特征滿足要求、且兩只傳感器的外部特征相互匹配,這樣一對傳感器才可以用于同一個熱量表。
            傳感器的耐老化性和封裝出現的一些問題。由于國內材料科學及基礎工業與國外存在一定的差距,國內部分廠家采用PPS、PSF等熱塑樹脂封裝,出現超聲波振子受潮和陶瓷材料碎裂等現象。另一方面,大部分國產熱量表選用傳感器耐老化性能也應該注意。為了保證超聲波流量計能有(5~10)年的使用壽命,國外廠家使用的傳感器必須經過強制老化,在出廠前通常都會采取冷熱交替方式加載后進行檢測,確保長期測試性能不發生超差的變化。因此,國內熱量表廠家關于傳感器的封裝和耐老化性能方面應該加強研究,通過技術改進縮小在這方面與國外熱量表的差別。
     
            5.總結
            隨著供熱改革推進到“按量收費”階段,國內熱量表產品的質量必將面臨考驗,同時其市場競爭也將加劇。因此建議,國內企業應當加大對超聲波熱量表關鍵部件流量傳感器的研發力度,掌握其核心技術,不要僅僅做一個“組裝”的企業;同時生產企業應當樹立產品質量意識,做好產品主要性能指標匹配測試,通過開展產品檢驗(特別是耐久性性能試驗)或者采用使用中周期試驗統計的方法等手段,不斷的完善和提高產品質量。




     
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