基于热力学方法与电压采集模块的离心泵效率计算研究

本研究针对离心泵效率评估难题，创新性地采用热力学方法(TM)结合低成本电压采集模块，通过实时监测泵体进出口温度差(ΔT)和压力差(ΔP)，实现了50.52%最大液压效率的精准测定，误差仅1.65%。该研究为IEC 60041标准提供了经济高效的现场检测方案，对工业泵能效优化具有重要实践价值。

　　

在工业生产和市政供水系统中，离心泵作为核心动力设备，其效率直接关系到能源消耗和运营成本。然而，传统效率检测方法如超声波流量计存在安装空间受限、成本高昂等问题，而基于流量和扬程的"经典方法"又难以实时监测。更棘手的是，泵体在长期运行中会出现效率衰减，但现有技术难以在不中断运行的情况下精准评估其性能状态。这就像给高速行驶的汽车做油耗检测——既要保证车辆正常运行，又要获得准确数据，成为困扰业界的难题。

墨西哥国立自治大学的研究团队独辟蹊径，将热力学第一定律与电子传感技术相结合，开发出一套仅需监测进出口温差和压差的创新方案。他们发现，泵体内机械能转化为热能的过程会导致流体温度微升，这种看似微不足道的温度变化（最低仅0.001K）竟成为揭示能量损耗的关键指纹。研究人员巧妙设计的分压电路配合16位精度的ADS1115模块，成功将PT100温度传感器的电阻变化转化为7.8μV级电压信号，使系统分辨率达到0.01°C，完全满足IEC 60041标准对温度测量的严苛要求。

这项发表于《Measurement: Sensors》的研究主要采用三大技术手段：首先建立符合国际标准的测试平台，在泵体进出口布置高精度RTD温度传感器和压力变送器；其次开发基于Arduino的电压采集系统，通过分压电路将传感器信号数字化；最后运用热力学公式η_p=E_h/E_m计算效率，其中E_h为液压比能，E_m为机械比能。实验覆盖220-371 rad/s转速范围，每个工况点采集300组数据确保可靠性。

研究结果部分显示：在2.1 测试装置与仪器章节中，5.64kW离心泵的实测效率曲线呈现典型抛物线特征，最佳效率点(BEP)出现在276 rad/s工况，与理论值仅偏差1.65%。3. 结果章节的对比数据表明，当水温在20-46°C变化时，系统仍保持7.49%的平均相对误差，验证了方法的温度适应性。特别值得注意的是，在ΔT不足0.02°C的工况下，系统仍能稳定捕捉效率变化，这得益于研究人员设计的"百步温度解析"算法——通过公式No. steps = ΔV_out/V_min实现每摄氏度103级细分测量。

讨论部分强调，这套成本不足160美元的系统，其性能媲美商用数万元的Robertson P22P设备。作者Erick O. Casta?eda Magadán在结论中指出，该方法突破了传统检测必须停机标定的限制，为泵站智能化运维提供了新思路。不过研究也发现闭环系统中水温累积上升会影响测试时长，这提示未来需集成冷却装置。该成果不仅为IEC标准提供了经济高效的实施方案，更开创了通过"温度指纹"诊断设备状态的创新路径，对于实现"双碳"目标下的工业节能具有重要参考价值。