洛桑联邦理工学院选择奇石乐压力传感器开展水轮机研发模型测试

尽管能源转型的讨论常常聚焦于风能和太阳能，但水电在全球能源格局中同样扮演着举足轻重的角色。2024年，全球水电发电量约为4,400太瓦时（TWh），占全球总发电量的14%，仅次于煤炭和天然气，位居第三。此外，即使充分考虑大坝对自然景观和生态系统的影响等生态因素，专家估计全球水电的潜在年发电能力仍可超过16,000 太瓦时（TWh）不仅如此，水电具备灵活性与巨大储能容量的双重优势，这对于平衡可再生能源占比日益提升的电网而言，是不可或缺的重要资产。

水力发电站的发电原理，是通过水轮机将水流下落产生的势能与流动形成的动能转化为电能。水轮机的设计类型丰富多样，且每种类型都具备独特优势。其中最常见的包括水泵水轮机、弗朗西斯式水轮机和卡普兰式水轮机（以其发明者命名）。鉴于水电站建设的高投入成本，以及各电站的实际工况差异，拟安装的水轮机在投入使用前，必须经过严苛的模型验收测试。水轮机试验台借助精准缩尺的水力流道模型，采集压力脉动、空化现象、运行效率及输出功率等关键参数。

得益于PiezoStar晶体，实现坚固耐用、高精度的测量

奇石乐集团不仅是压电测量技术领域的专家，还自主培育其独有的PiezoStar晶体。与标准石英晶体相比，PiezoStar晶体具备更优异的性能，主要优势包括：

• 更高的灵敏度
• 优越的温度稳定性
• 耐高温性能：可持续工作于高达700°C的环境，短时可承受高达1,000°C的温度

根据不同的应用领域，奇石乐还可开发具有定制化特性的PiezoStar晶体，以满足特定传感器的性能需求。

IEPE压力传感器精确捕捉压力脉动

作为专注于水轮机测试的研究机构，PTMH为全球工业客户提供专业服务。该实验室隶属于位于日内瓦湖畔的洛桑联邦理工学院（EPFL），除学术研究与教学工作外，PTMH 还运营着三座试验台，分别用于水轮机、蓄能泵及水泵水轮机的测试，且所有测试流程均符合 IEC 60193 标准。这类严格受控的模型验收测试，旨在验证水轮机的水力性能，确保其达到合同约定的性能指标——毕竟，水轮机的设计使用寿命通常长达60年以上。

在弗朗西斯式、卡普兰式、螺旋桨式、灯泡式及水泵水轮机中，由于水流特性与结构腔体的存在，会产生压力脉动。这些脉动受多种参数影响，若强度过高，可能降低设备性能，甚至造成机械损伤。一旦在测试台上检测到此类压力脉动，就必须采取结构上的应对措施，以保障水轮机运行期间的稳定性。为此，PTMH在其所有类型的缩比模型研发测试中，均采用奇石乐的IEPE压力传感器。以下测量参数尤为关键：

• 在规定运行范围内压力脉动的相对幅值
• 压力脉动的性质（周期性 vs. 随机性）
• 压力脉动的主导频率
• 缓解措施（如空气注入）的有效性及其最佳布置位置
• 试模型中脉动强度与其他相似转速模型的对比

配备奇石乐测量技术的 PTMH 水轮机试验台 

在 PTMH 的中控系统全面升级项目中，其水轮机试验台引入了奇石乐先进的压力测量系统。该测量链以奇石乐久经市场验证的 601C 型 IEPE 压力传感器为核心。这款微型压电式压力传感器搭载压电晶明星（PiezoStar®）晶体元件，内置阻抗转换技术（IEPE），可将电荷信号直接转换为电压信号。传感器兼具紧凑的结构设计与卓越的测量灵敏度，其高固有频率与快速响应特性，更是压力脉动测量工作的决定性优势。尤为重要的是，奇石乐 601C 系列压力传感器配备经过优化设计的传感器膜片，专门适用于动态压力测量场景，且具备抗热冲击能力。

对于 PTMH 的测量系统而言，能够耐受水轮机严苛水动力环境的防水电缆同样是不可或缺的组成部分。奇石乐 1983AD 型高绝缘连接电缆采用防水接头设计，防护等级达到 IP68 标准。在数据采集环节，PTMH 选用了奇石乐旗下的 LabAmp 数字式实验室电荷放大器。该设备不仅具备丰富的数据采集功能与扩展选项，还可与 PTMH 自主研发数据分析软件所基于的 LabVIEW 编程环境完美兼容。

水电研发领域的宝贵合作伙伴

PTMH高度认可压力脉动分析工作的精准性要求：“我们之所以选择奇石乐的测量技术，不仅是因为其 IEPE 压力传感器能够实现压力脉动的高精度测量，更在于其数据采集设备可与 LabVIEW 环境无缝对接。此外，在多年的项目合作过程中，奇石乐提供的快速校准服务，以及全方位的技术咨询与支持，同样令我们深感认可。”

依托尖端测量技术的有力支撑，PTMH 实现了测量精度的最大化，成为推动水电领域科研创新与工业应用发展的中坚力量。这些配置精良的试验台，不仅巩固了 PTMH 在全球水电科研领域的领先地位，更为水电行业提供了世界一流的测试服务。上述针对水轮机试验台的技术升级投入，保障了测量工作的精准性与可靠性，助力该机构持续在水电科研、教学及测试服务领域保持行业前沿水平。