一种用于超声波热量表的双声道管体的制作方法

本发明涉及一种用于超声波热量表的双声道管体，属于热计量设备技术领域。

背景技术：

长期以来，我国的热水供暖系统都是按供热面积进行结算，这种“包费制”的结算方式一方面造成供热部门在生产、输送、管路方面节能意识淡薄，另一方面也使用户节能意识淡薄，每年由此带来的损失非常巨大。分户按热量计费自2007年国家发改委与国家建设部联合颁布《城市供热价格管理暂行办法》以来，热量表的使用在逐渐推广普及起来。根据发达国家经经验，采取分户计量收费措施可以节能20％-34％。在国内，通断时间面积分摊法已在分户按热量计费改造中得到广泛实施，其需要对楼栋供热管道中热水流量进行测量并及计算整栋楼宇消耗的热量，在此基础上结合不同户内面积及相应的通断时间完成热量分摊。超声热量表由于具有压损小，不受测量水质影响，精度高等优点，正成为热量表研发领域中新的焦点。超声波热量表的基本原理是通过安装在管道上下游两侧的超声波换能器向管道内流体发射超声波，由于流体的调制作用可以测算出超声波顺流传播和逆流传播的时间差，根据时差法可以获得管道内热水的流速并根据管道截面积计算出流经供热管道的热水流量。同时通过安装温度传感器测量供水及回水回路的温度差，进而完成供热交换系统所释放或吸收热量值的计算。但是现有的超声波双声道热量表在根据时间差计算管道内流体流量时通常需要进行雷诺数补偿，使得计算较为繁琐。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种用于超声波热量表的双声道管体，对已有超声热量表的结构进行特殊设计，使测量管段中形成的双声道处于最优，以提高供热管道热水流量测量的准确性。

本发明提出的用于超声波热量表的双声道管体，两端为圆管体，中间为方管体，圆管体和方管体之间圆弧过渡，双声道管体的外壁上设有加强筋；所述的方管体外壁上加工有上传感器密封腔底座和下传感器密封腔底座，上传感器密封腔底座和下传感器密封腔底座沿管体轴向上下对称；所述的上传感器密封腔底座中加工有第一传感器安装孔和第二传感器安装孔，下传感器密封腔底座中分别加工有第三传感器安装孔和第四传感器安装孔，第一传感器安装孔与第三传感器安装孔相互同轴，第二传感器安装孔与第四传感器安装孔相互同轴，设方形管体的管壁与方形管体轴线之间的距离为d，传感器安装孔中心线与方形管体轴线的距离为z，则d与z之比满足0.6＜z/d＜0.7。

本发明提出的用于超声波热量表的双声道管体，其优点是：

利用本发明设计的双声道管体组装成的超声波热能表，由于其中的方形管道设计，使得管道内流场变化更加顺畅，有利于流速的测量；同时，通过采用双声道结构，可以测量两个声道上的流体平均流速并采用声道集成算法，获得对管道截面平均流速的更准确估计，提高测量精度。此外，通过优化及合理布置双声道位置，可以减小雷诺数变化对流速测量带来的影响，从而简化流速计算时的修正计算方法，使流量计热量计算更为简单准确。

附图说明

图1是本发明提出的用于超声波热量表的双声道管体的结构示意图。

图2是图1所示的双声道管体的剖面图。

图3是双声道示意图。

图4是不同声道配置方式下K系数随雷诺数变化曲线。

图1-图3中，1是圆管体，2是方管体，3是第一传感器安装孔，4是第二传感器安装孔，5是第三传感器安装孔(与第一传感器安装孔相对)，6是第四传感器安装孔(与第二传感器安装孔相对)，7是上传感器密封腔底座，8是加强筋，9是传感器走线孔，10是外接表的安装底座，11是温度传感器安装孔，12是下传感器密封腔底座。

具体实施方式

本发明提出的用于超声波热量表的双声道管体，其结构如图1所示，该双声道管体的两端为圆管体1，中间为方管体2，圆管体1和方管体2之间圆弧过渡。双声道管体的外壁上设有加强筋8。方管体2的外壁上加工有上传感器密封腔底座7和下传感器密封腔底座12，上传感器密封腔底座7和下传感器密封腔底座12沿管体轴向上下对称。上传感器密封腔底座7中加工有第一传感器安装孔3和第二传感器安装孔4，下传感器密封腔底座12中分别加工有第三传感器安装孔5和第四传感器安装孔6，第一传感器安装孔3与第三传感器安装孔5相互同轴，第二传感器安装孔4与第四传感器安装孔6相互同轴，设方形管体2的管壁与方形管体轴线之间的距离为d，传感器安装孔中心线与方形管体轴线的距离为z，则d与z之比满足0.6＜z/d＜0.7，如图2中所示。

以下结合附图详细介绍本发明的内容：本发明设计的如图1所示的方形管道，采用双声道超声波时差法测量原理测量流速，并根据测量的流速计算管体中的流量及热量。其中，由传感器安装孔中的位置决定了用于测量的传感器之间形成的声道位置，而双声道抓紧的位置决定了流量计算时的修正方法。本发明的双声道管体结构，保证了最优的声道位置，能够大大简化后续的管体中的流量及热量修正计算。如图3所示，当方形管体2的管壁与方形管体轴线之间的距离为d满足本发明的管体设计要求时，声道位置即由比值z/d决定，表1给出了5种不同声道位置对应的参数，从表1中可以看出，当z/d＝0.65时，对应声道位置为最优声道位置。在管道截面平均流速时需要用流速分布修正系数将声道平均流速进行换算，在最优声道位置下，流速分布修正系数随雷诺数的变化最平稳，可以减小雷诺数变化对流速测量带来的影响，简化流速计算时的修正计算方法。

表1双声道位置设计列表

双声道超声流量计流速分布修正系数的计算公式如下：

公式中，及分别为根据时差法超声波测速原理计算获得的声道1及声道2上的平均流速，为真实参考流速。

图4给出了修正系数K在五种声道配置方式下随雷诺数的变化曲线，其中雷诺数的变化范围从524到1.68×10⁵，涵盖了层流到湍流的流动状态，可以较为全面的考察K系数的变化情况。可以发现在上述五种声道配置方式下，K系数均大于1，这是由于方型管道的横截面面积相比圆管横截面面积较小引起的。另一方面K系数在五种情况下的波动情况相互之间存在较大的差异性。当声道以±0.5d安装时，K系数在低雷诺数下达到1.2以上，相比其他四种情况都要大，这也从侧面说明了越靠近管道中心位置，声道流经的流场峰值区域越多，而随着声道配置逐渐向两侧移动，K系数在低雷诺数下则越接近于1。当声道配置以±0.65d方式安装时，K系数的波动程度最小，也就是说在该种声道位置下，流量计的测量性能最为稳定。

利用本发明设计的管体组装成的超声波热能表和现有技术的超声波热能表进行流量测试，在流量变化范围为600-60000L/H(升/小时)，量程比为100:1条件下，待测流体分别处于不同的流量时，利用本实施例的超声波热能表对流体进行测量的测量相对误差绝对值的平均值均小于2％，达到2级精度要求。