X機(jī)械式大口徑熱量表

RWKJ型超聲波熱量表由超聲波流量計(jì)、配對(duì)溫度傳感器和計(jì)算器組成，同時(shí)具備熱量、冷量的計(jì)量功能。在供暖或制冷過程中，計(jì)算器作為超聲波熱量表的*控制中心，通過流量計(jì)采集流經(jīng)基表的熱水或冷水流量信號(hào)，同時(shí)通過進(jìn)口溫度傳感器和出口溫度傳感器分別采集進(jìn)水口溫度和出水口溫度，zui后將進(jìn)水口溫度、出水口溫度和采集的流量采用熱量計(jì)算公式計(jì)算出系統(tǒng)所吸收或放出的能量，實(shí)現(xiàn)用戶的分戶計(jì)量，并可以根據(jù)此精確計(jì)量數(shù)據(jù)為分戶供熱或制冷提供節(jié)能溫控依據(jù)。

一、工作原理及結(jié)構(gòu)特征

1、熱量表定義

熱量表是用于測(cè)量及顯示熱交換回路中載熱液體所釋放（或吸收）的熱量的計(jì)量器具。熱量表用法定計(jì)量單位顯示熱量。

2、工作原理

由熱源供應(yīng)的熱水（冷水）以較高（低）的溫度流入熱交換系統(tǒng)（散熱器、換熱器或由它們組成的復(fù)雜系統(tǒng)），以較低（高）的溫度流出，在此過程中，通過熱量交換向用戶釋放或吸收熱量（注：該過程包括采暖系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)能量交換過程）。

當(dāng)水流經(jīng)熱交換系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)流量傳感器給出的流量和配對(duì)溫度傳感器給出的供回水溫度，以及水流經(jīng)的時(shí)間，通過計(jì)算并顯示該系統(tǒng)所釋放或吸收的熱量。其基本公式：

式中：Q ——釋放或吸收的熱量，J或W·h；

      q_m——流經(jīng)熱量表的水的質(zhì)量流量，kg/h；

      q_v ——流經(jīng)熱量表的水的體積流量，m³/h；

      ρ——流經(jīng)熱量表的水的密度，kg/h；

      △h——在熱交換系統(tǒng)的入口和出口溫度下，水的焓值差，J/kg；

      t——時(shí)間，h。

3、結(jié)構(gòu)特征

RWKJ型超聲波熱量表由以下三部分組成，如圖1所示：

圖1 熱量表結(jié)構(gòu)組成

（1）計(jì)算器（積分儀）

用于接收流量傳感器和配對(duì)溫度傳感器的信號(hào)，并進(jìn)行計(jì)算、累積、存儲(chǔ)和顯示熱交換系統(tǒng)中的熱量。

（2）流量傳感器（流量計(jì)）

是熱量表zui重要的部件，其性能直接體現(xiàn)熱量表整體的性能、質(zhì)量和檔次。其功能主要是在熱交換回路中用于產(chǎn)生載熱液體的流動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)是體積或質(zhì)量的函數(shù)，也可是體積流量或質(zhì)量流量的函數(shù)。  

（3）溫度傳感器（配對(duì)鉑電阻）

在熱交換回路中用于同時(shí)測(cè)量載熱液體在入口和出口的溫度信號(hào)。

1. 超聲波式熱量表流量傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理

RWKJ型超聲波式熱量表是由超聲波流量計(jì)、溫度傳感器、計(jì)算器三部分組成，其不同之處在于流量計(jì)的測(cè)量方式是通過測(cè)量超聲波在液體中的傳播速度來實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。其原理是：當(dāng)超聲波在流體中傳播時(shí)，聲波傳送速度信息將加載上流體的速度信息（見圖2、圖3），因?yàn)檫@兩種信號(hào)的疊加，就使聲波在順流和逆流時(shí)的傳播速度不相等，因此通過測(cè)量這兩種不同的速度信息，經(jīng)過計(jì)算可得出流體的流速，然后再換算成流量，從而實(shí)現(xiàn)了流量的測(cè)量。

（1）戶用超聲波熱量表計(jì)量原理

圖2 戶用超聲波式熱量表流量計(jì)的工作原理

由圖2可知：

R1——流量計(jì)流體上游超聲波換能器；

R2——流量計(jì)流體下游超聲波換能器；

L ——流量計(jì)測(cè)量管的長(zhǎng)度；

V ——流體速度；

C ——聲波在流體中傳播的速度。

由圖1可知：

聲波順流傳播時(shí)間t₁=L/（C+V）；

聲波逆流傳播時(shí)間t₂=L/（C-V）；

兩公式變形后可以得出流速計(jì)算公式為：

（2）樓棟、管道超聲波熱量表計(jì)量原理

圖3 樓棟、管道超聲波式熱量表流量計(jì)的工作原理

       由圖3可知：

θ——聲束與液體流動(dòng)方向的夾角；

M——聲束在液體的直線傳播次數(shù)；

D——為管道內(nèi)徑；

Tup——為聲束在正方向上的傳播時(shí)間；

Tdown——聲束在逆方向上的傳播時(shí)間；

       流速計(jì)算公式為：

       其中：ΔT=Tup –Tdown

根據(jù)管徑的不同從而換算出熱量表計(jì)量的瞬時(shí)流量，計(jì)算公式如下：

1. 超聲波熱量表流量計(jì)量*的優(yōu)點(diǎn)

• 無機(jī)械傳動(dòng)磨損部件，使用壽命長(zhǎng)；
• 壓力損失小，不易堵塞；
• 準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性高；
• 流體中的雜質(zhì)含量對(duì)其測(cè)量精度影響極??；
• 在保證流體充滿流量傳感器的前提下可任意角度安裝。

二、功能介紹及操作說明

1、功能介紹

RWKJ型超聲波熱量表將超聲波流量計(jì)、計(jì)算器集成為一體，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便等特點(diǎn)。該表采用優(yōu)質(zhì)壓電陶瓷換能器，保證了高準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。該表無任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)，無磨損，不受惡劣水質(zhì)影響，維護(hù)費(fèi)用低。該表可水平、垂直安裝，旋轉(zhuǎn)的表頭能滿足任何視角的讀數(shù)要求，安裝時(shí)可根據(jù)用戶不同需要安裝在供水管道或回水管道上（需預(yù)先選定）；冷熱兩用（采暖、制冷），系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際使用狀態(tài)智能判斷采暖或制冷計(jì)量。熱量表顯示器有累積熱量（kW•h或GJ）、累積冷量（kW•h或GJ）、進(jìn)口溫度（℃）、出口溫度（℃）、進(jìn)出口溫差（℃）、累積流量（m³）、瞬時(shí)流量（m³/h）、累積運(yùn)行時(shí)間（h）等顯示功能外，并可顯示當(dāng)前日期、出廠編號(hào)、版本號(hào)、*八個(gè)月每月用熱量值、冷量值和流量值，并有電池容量不足指示及自動(dòng)錯(cuò)誤診斷功能，確保安全、準(zhǔn)確運(yùn)行。熱量表還配置有遠(yuǎn)紅外光電接口和MBUS總線接口，也可根據(jù)用戶不同的要求選配加入脈沖輸出接口以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表功能，便于集中控制。

2、操作說明

（1）使用狀態(tài)下依次按功能鍵LCD將顯示下列表中的內(nèi)容：

（2）按功能鍵進(jìn)入檢定狀態(tài)如圖所示：

（3）按功能鍵退出檢定狀態(tài)如圖所示：                              

（4）按功能鍵查詢18月存儲(chǔ)如圖所示：

三、基本參數(shù)及技術(shù)性能

1、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

CJ128-2007《中華人民共和國城鎮(zhèn)建設(shè)熱量表行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》。

2、檢定規(guī)程

JJG225-2001《中華人民共和國熱量表國家計(jì)量檢定規(guī)程》。

3、技術(shù)參數(shù)

4、壓力損失曲線

圖4 DN25-DN32超聲波熱量表壓力損失曲線

圖5 DN50-DN150超聲波熱量表壓力損失曲線

5、主要部件

(1)流量傳感器

    RWKJ型超聲波熱量表流量傳感器是超聲波換能器和測(cè)流基表的組合體，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖中：

    ①測(cè)流基表；②O型密封圈；③超聲波換能器；④緊固壓板；⑤緊固旋鈕；⑥不銹鋼反射柱；⑦O型密封圈。

a、測(cè)流基表

    RWKJ型超聲波熱量表測(cè)流基表實(shí)物圖如下所示：

RWKJ型超聲波熱量表測(cè)流方式使用目前應(yīng)用較廣的U型反射模式（戶用表）和Z型對(duì)射模式（樓棟、管道表），設(shè)計(jì)上應(yīng)用流體分析的專業(yè)軟件進(jìn)行仿真研究，如下圖所示：

反射柱部分渦流分析圖

管道流場(chǎng)速度分布圖

測(cè)流基表的設(shè)計(jì)充分考慮了不同結(jié)構(gòu)對(duì)水流場(chǎng)的影響，盡量減少銅管內(nèi)部渦流或者紊流的產(chǎn)生，從而使得超聲波可以較穩(wěn)定的傳輸，增強(qiáng)信號(hào)的穩(wěn)定性。

b、超聲波換能器

    RWKJ型超聲波熱量表換能器是流量測(cè)量的核心部件，是一種液體介質(zhì)超聲波傳感器，可用于液體流量和水暖供熱熱量的計(jì)量，其采用低傳熱高散熱準(zhǔn)備效率的材料封裝（耐高溫壓電陶瓷片），可直接與液體接觸，長(zhǎng)時(shí)間使用后換能器性能無變化，同時(shí)其耐水壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)降低了管道內(nèi)液體壓力對(duì)性能的影響，使流量計(jì)量的更加*穩(wěn)定，其結(jié)構(gòu)示意如下圖所示：

超聲波換能器結(jié)構(gòu)示意圖

超聲波換能器實(shí)物圖

超聲波換能器基本技術(shù)參數(shù)如下：

①中心諧振頻率（f0）：1MHz±5%；②靜態(tài)電容量（C0）：1200PF±20%；

③相對(duì)靈敏度（Mtr）：＞-26dB；

④激勵(lì)電壓：3Vp-p；脈沖數(shù)：8個(gè)；反射目標(biāo)距離：7cm；

⑤相對(duì)帶寬(Δf/f0)：10%；⑥發(fā)射波束角（-3dB全開角）：6°

⑦zui小并聯(lián)阻抗：250Ω±30%

為了進(jìn)一步保證流量計(jì)量的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，我公司還采取以下措施：

軟件程序設(shè)計(jì)上，熱量表隨時(shí)檢測(cè)超聲波信號(hào)的幅度和相位，當(dāng)超聲波信號(hào)減弱時(shí)，自動(dòng)增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度，從而降低結(jié)垢對(duì)計(jì)量的影響。

計(jì)量和通信獨(dú)立設(shè)計(jì)，并定義友好的握手協(xié)議，兩種功能同步進(jìn)行，避免了因通信帶來的計(jì)量延時(shí)，保證了計(jì)量的實(shí)時(shí)性，從而使流量、溫度、熱量計(jì)量更加穩(wěn)定、精確。

6、電池使用壽命

    如上表所示，RWKJ型超聲波熱量表按照每年6個(gè)月采暖期計(jì)算，自帶3.5Ah電池在保守設(shè)計(jì)按照60%有效容量計(jì)算，可保證熱量表有效工作15.31年，*用戶對(duì)電池的使用需求，同時(shí)熱量表積分儀配備電池更換口（出廠時(shí)公司已進(jìn)行專業(yè)封印保證儀表的安全性），用戶無需拆表就可方便、輕松的更換電池。

7、技術(shù)性能

（1）流量傳感器管段模具鑄造，無任何泄露現(xiàn)象。戶用表表體（流量傳感器）采用優(yōu)質(zhì)黃銅材質(zhì)。

（2）利用超聲波技術(shù)，減小測(cè)量過程受介質(zhì)中雜質(zhì)的干擾，避免化學(xué)物質(zhì)和磁性材料等的影響；高精度差分電路及鎖相技術(shù)的應(yīng)用，可以大幅度提高對(duì)不完整波形的捕獲能力和分析精度；采用MSP430系列16位芯片，功耗低，精度高，溫度分辨力0.01℃；超聲波計(jì)時(shí)芯片，時(shí)間分辨力達(dá)到65Ps，*提高了對(duì)超聲波信號(hào)的捕獲能力。保證了寬流量測(cè)量范圍，使流量量程比達(dá)到了100：1，同時(shí)保證了熱量表2級(jí)的高準(zhǔn)確度等級(jí)。

（3）采用低傳熱高散熱準(zhǔn)備效率的材料封裝超聲波換能器（耐高溫壓電陶瓷片），長(zhǎng)時(shí)間使用后換能器性能無變化，保證流量計(jì)量的*穩(wěn)定性。

（4）熱量表積分儀可多角度顯示，俯視、平視、分體顯示可選；可顯示累積熱量、累積冷量、累積流量、瞬時(shí)流量、供水溫度、回水溫度、溫差、故障代碼等數(shù)據(jù)信息；采用全密封設(shè)計(jì)，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP65。

（5）采用的超低功耗技術(shù)，基于超低功耗微處理器、低電壓寬脈沖發(fā)射技術(shù)、大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)和*的電源管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了儀表整體的超低功耗，封裝電池可連續(xù)工作十年以上，使用壽命長(zhǎng)。

（6）熱量表安裝要求：水平管、垂直管、回水側(cè)、供水側(cè)安裝均可；安裝時(shí)表前表后無需預(yù)留直管段時(shí)，不影響表計(jì)精度，連接方式為密封螺紋連接，連接方式符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（7）熱量表的殼體防塵、防水浸入，具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性。

（8）熱量表外殼防護(hù)等級(jí)滿足GB4208-1993的相關(guān)要求。

（9）熱量表的電器絕緣性能符合GB4706.1的規(guī)定。

（10）熱量表通訊接口及數(shù)據(jù)通訊協(xié)議符合CJ/T188-2004的規(guī)定，通訊接口的抗雷擊性能滿足在4000V.10/700PS的浪涌沖擊下進(jìn)行正反五次試驗(yàn)不損壞。熱量表采用MBUS通訊接口，并可根據(jù)需要選配RS485、RS232接口。

（11）熱量表具有抗磁干擾功能，當(dāng)受到強(qiáng)度不大于100kA/m的磁場(chǎng)干擾時(shí)，能正常工作，不影響其計(jì)量特性。

（12）熱量表具有可靠封印，在不損壞封印的情況下，不可拆卸熱量表及相關(guān)部件。

（13）熱量表具有防堵塞、防腐蝕、防結(jié)垢、小壓損等功能，RWKJ型超聲波熱量表常用流量下壓力損失不足13kPa。

（14）熱量表的準(zhǔn)確度滿足CJ128-2007行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中2級(jí)的要求，重復(fù)性好，且準(zhǔn)確度和性能不受介質(zhì)中的顆粒、污泥和侵蝕物，及水的電導(dǎo)性、磁性物的影響。

（15）累積熱量顯示單位以GJ（吉焦）、kW·h（千瓦時(shí)）及其十進(jìn)制倍數(shù)顯示，瞬時(shí)流量顯示單位為立方米（m³/h），累積流量顯示單位為立方米（m³），溫度顯示為攝氏度（℃）。

（16）熱量表在zui大計(jì)量熱功率下持續(xù)運(yùn)行6000h不超過zui大顯示值；持續(xù)運(yùn)行1h，zui小顯示位數(shù)的步進(jìn)大于一位。

（17）熱量表具備光電接口，出廠標(biāo)配MBUS數(shù)據(jù)通訊接口，并可根據(jù)用戶需求選配RS485、RS232通信接口。通信信號(hào)線長(zhǎng)度出廠標(biāo)配1米，并可根據(jù)用戶需求增加。

（18）熱量表的流量量程比達(dá)到100:1，額定工作壓力1.6MPa，工作時(shí)熱量計(jì)量的溫差靈敏度可達(dá)0.3℃。同時(shí)可根據(jù)用戶需求采用整體或分體式結(jié)構(gòu)，采用分體式結(jié)構(gòu)流量傳感器線長(zhǎng)可達(dá)3.5米，溫度傳感器線長(zhǎng)標(biāo)配1.5米。

（19）熱量表采用內(nèi)置電池，并且具有欠壓提示，同時(shí)電源中斷時(shí)，自動(dòng)存儲(chǔ)斷電前的數(shù)據(jù)，恢復(fù)電源時(shí)，自動(dòng)恢復(fù)計(jì)量功能。

（20）熱量表具有斷電保護(hù)、故障自動(dòng)報(bào)警功能。用戶可通過顯示屏和抄表軟件獲取電池欠壓、流量傳感器故障、進(jìn)水溫度傳感器故障、回水溫度傳感器故障、EEPROM故障等信息。

（21）熱量表配套上位機(jī)抄表軟件具有熱冷量費(fèi)用統(tǒng)計(jì)功能，并具有表前通斷閥遠(yuǎn)控功能，能夠?qū)崿F(xiàn)表聯(lián)網(wǎng)一體式的供熱管理，既解決了表計(jì)量后付費(fèi)的收費(fèi)難問題，又避免了卡式預(yù)付費(fèi)定點(diǎn)、刷卡用熱的繁瑣操作。

（22）熱量表配套上位機(jī)抄表軟件具有計(jì)量數(shù)據(jù)單位識(shí)別功能，抄錄數(shù)據(jù)后能夠根據(jù)用戶設(shè)置自動(dòng)轉(zhuǎn)換為收費(fèi)用計(jì)量單位，方便收費(fèi)管理統(tǒng)一。