熱量表簡介
一、熱量表的基本結(jié)構(gòu)
一個完整的熱能表由以下三個部分組成：一只流量計，用以測量經(jīng)熱交換的熱水流量；一對溫度傳感器，分別測量供暖進水和回水溫度；一只積分儀，根據(jù)與其相連的流量計和溫度傳感器提供的流量和溫度數(shù)據(jù)，通過熱力學(xué)公式可計算出用戶從熱交換系統(tǒng)獲得的熱量。其中用于空調(diào)系統(tǒng)的熱量表也稱為：(冷)熱量表，可以在冬季供暖季節(jié)計量熱量，也可以在夏季計量制冷量。
二、熱量表的分類
1、 按流量計種類劃分 ．
熱能表按照熱表流計結(jié)構(gòu)和原理不同，可分為：機械式(其中包括：渦輪式式、超聲波式等種類。
(1)機械式熱量表
采用機械式流量計的熱量表的統(tǒng)稱。機械式流量計的結(jié)構(gòu)和原理與熱水表類似，具有制造工藝簡
單，相對成本較低，性能穩(wěn)定，計量精度相對較高等優(yōu)點。目前在：DN25以下的戶用熱量表當(dāng)中，無論是國內(nèi)還是國外，幾乎全部采用機械式流量計。
由于機械式熱表因其經(jīng)濟、維修方便和對工作條件的要求相對不高，在熱水管網(wǎng)的熱計量中又占據(jù)主導(dǎo)地位。
(2)超聲波式熱量表
采用超聲波式流量計的熱量表的統(tǒng)稱。它是利用超聲波在流動的流體中傳播時，順?biāo)鱾鞑ニ俣扰c逆水流傳播速度差計算流體的流速，從而計算出流體流量。對介質(zhì)無特殊要求；流量測量的準(zhǔn)確度不受被測流體溫度、壓力、密度等參數(shù)的影響。一般：DN40以上的熱量表多采用這種流量計。具有壓損小，不易堵塞，精度高等特點。
(3)電磁式熱量表
采用電磁式流量計的熱量表的統(tǒng)稱。由于成本極高，需要外加電源等原因，所以很少有熱量表采用這種流量計。目前，國內(nèi)有些熱量表生產(chǎn)企業(yè)利用用戶對熱能表的結(jié)構(gòu)和原理不十分了解的情況，將一般機械熱表當(dāng)做電磁式熱量表介紹給用戶。此種現(xiàn)象需要警惕。
2、按技術(shù)結(jié)構(gòu)劃分
根據(jù)熱量表總體結(jié)構(gòu)與設(shè)計原理的不同，熱量表可分為：
(1)整體式熱量表
指熱量表的三個組成部分中(積算器、流量計、溫度傳感器)，有兩個以上的部分在理論上(而不是在形式上)是不可分割的結(jié)合在一起。比如，機械式熱量表當(dāng)中的標(biāo)準(zhǔn)機芯式(無磁電子式)熱量表的積算器和流量計是不能任意互換的，檢定時也只能對其進行整體測。
(2)組合式熱量表
組成熱量表的三個部分可以分離開來，并在同型號的產(chǎn)品中可以互相替換，檢定時可以對各部件進行分體檢測。
(3)緊湊式熱量表
在型式檢定或出廠標(biāo)定過程中可以看作組合式熱量表，但在標(biāo)定完成后，其組成部分必須按整體式熱量表來處理。
3、按使用功能劃分
熱量表按使用功能可分為：單用于采暖分戶計量的熱量表，和可用于空調(diào)系統(tǒng)的(冷)熱量表。(冷)熱量表與熱量表在結(jié)構(gòu)和原理上是一樣的。主要區(qū)別在傳感器的信號采集和運算方式上，也就是說，兩種表的區(qū)別是程序軟件的不同。
(1)(冷)熱量表的冷熱計量轉(zhuǎn)換，是由程序軟件完成的。當(dāng)供水溫度高于回水溫度時，為供熱狀態(tài)，熱量表計量的是供熱量；當(dāng)供水溫度低于回水溫度時，是制冷狀態(tài)，熱量表自動轉(zhuǎn)換為計量制冷量。
(2)由于空調(diào)系統(tǒng)的供回水設(shè)計溫差和實際溫差都很小，因此，(冷)量表的程序采樣和計算公式的
參數(shù)也比單用途熱表的區(qū)域大。
4、按使用功率劃分
(1)戶用熱量表：常用流量qP≤2．5m3／h，或口徑DN<25mm。
(2)工業(yè)用熱量表：常用流量qp<500m3／h，或功率≤115MW。
三、熱量表的結(jié)構(gòu)
1、熱量表的總體結(jié)構(gòu)
熱量表有各種各樣的款式，不過它們在結(jié)構(gòu)與功能上，都是由三個基本部分組成：流量計、溫度傳感器和積算器。
2、流量計的結(jié)構(gòu)與種類
流量計的主要功能是計量熱交換系統(tǒng)的體積流量，并在積算器的控制下，將流量示值轉(zhuǎn)換成電信號向積算器輸出。由于大多數(shù)熱量表采用的是機械式流量計和超聲波式流量計，所以這里只詳細介紹這兩種流量計。
(1)機械式(葉輪式)流量計
機械式流量計通過葉輪的機械轉(zhuǎn)動來計量流量，它的外部是銅制的殼體，液體進入殼體后，推動葉輪轉(zhuǎn)動，形成計量。同時，葉輪的轉(zhuǎn)動情況通過不同的傳感方式，向積算器輸出電子信號。機械式流量計又因為具體的結(jié)構(gòu)差異，可向下細分為如下幾種：
①單流束流量計
其結(jié)構(gòu)特點是水流進入殼體后，只成一束沿固定的方向從葉輪一側(cè)沖擊葉輪并形成葉輪的轉(zhuǎn)動。。根據(jù)葉輪與齒輪組的傳動方式的不同，這樣的流量計又分為：
(a)干式單流束流量：葉輪的轉(zhuǎn)動情況經(jīng)過葉輪上的磁環(huán)，通過磁力偶合的方式帶動齒輪組來傳輸
流量信號，這種結(jié)構(gòu)特點是計量的液體被隔離在葉輪以下部分，與齒輪組及指針是分開的。
(b)濕式單流束流量計：葉輪的轉(zhuǎn)動情況經(jīng)過葉輪上的齒輪直接帶動一套齒輪組來傳輸流量信號，
這種結(jié)構(gòu)的特點是計量液體浸沒所有葉輪、齒輪組及指針。
②多流束流量計：它的結(jié)構(gòu)特點是水流進入殼體后，先由葉輪盒將水流分成多束并形成旋轉(zhuǎn)，再均勻地推動葉輪形成轉(zhuǎn)動，而其它方面與單流束流量計相同。多流束流量計也可向下細分為：
(a)干式多流束流量計：葉輪的轉(zhuǎn)動情況通過磁環(huán)偶合到齒輪組，并由指針向外輸出。
(b)濕式多流束流量計：葉輪的轉(zhuǎn)動情況通過齒輪直接傳動到齒輪組，并由指針向外輸出流量信號。
③標(biāo)準(zhǔn)機芯式(電子式)流量計：它的結(jié)構(gòu)特點是殼體中只有葉輪部分，而沒有齒輪組。葉輪上有一個特殊的半金屬片，葉輪的轉(zhuǎn)動情況是直接向積算器輸出而省去了齒輪組部分。根據(jù)水流束的不同，電子式流量計也分為多流束和單流束兩種。
④沃特曼式流量計：特點是采用特殊的計量元件與腔體，目前只有在大口徑熱量表中有少量應(yīng)用。
(2)超聲波流量計
它的結(jié)構(gòu)特點是殼體內(nèi)無可動部件，計量原理是通過多采用時差法來計量水的流量。
(3)不同流量計的應(yīng)用比較
普通的多流束流量計雖然有使用壽命長、計量穩(wěn)定等優(yōu)點，但它的體積較大，占用的建筑空間多。同時，因為阻力較大和水流在進入腔體前后產(chǎn)生的渦流作用，使系統(tǒng)內(nèi)的雜質(zhì)容易存留，發(fā)生堵塞。單流束流量計盡管使用壽命稍短，但不易堵塞。流量計的體積也比較小巧，節(jié)省安裝空間。超聲波流量計因其無阻力、無磨損，對系統(tǒng)水質(zhì)要求不高，因此使用壽命長，但因其價格較高(大約是其它熱量表價格的兩倍)影響到普及。
3、積算器的結(jié)構(gòu)
熱量表的積算器一般由低功耗的單片機和LCD組成，也可根據(jù)需要集成(485或MBS)數(shù)據(jù)遠傳通信接口、閥門控制接口、IC卡讀寫接口等，其形狀因熱量表的不同而各異。熱量表的溫度傳感器一般都通過外部殼體直接與積算器相連，而流量傳感器則在內(nèi)部與流量計相連。積算器上常見的器件是單片機、液晶片、按鍵、通訊接口等。
4、溫度傳感器的結(jié)構(gòu) ．
目前的熱量表大多采用鉑電阻作為溫度傳感器，雖然有的用PTl000、PT500或PTl00等不同分度，但它們的外型與結(jié)構(gòu)比較統(tǒng)一，符合CJ 128-2000設(shè)計制造，在一些輔件上基本上可以相互替換。但由于傳感器本身在安裝前須進行精確配對，因此，一旦安裝到表體上，就不能替換。
四、熱量表的計量原理與算法
熱量表的計量原理是采用焓差法和K系數(shù)法，前者是計算時間的積分，后者是計算流量的積分。這些公式的推導(dǎo)都是基于下面這樣一個簡單的熱力學(xué)基本原理，即：定義1：1升純凈的水(比熱為1)溫度每變化1℃，所吸收或放出的熱量是1000卡(也就是1大卡)。在熱量表的實際應(yīng)用中，考慮到導(dǎo)熱介質(zhì)水是流動的，并且在不同壓力和溫度下水的比熱也是變化的，所以在具體應(yīng)用定義1時，就形成了兩種常用的熱量計算方法，K系數(shù)法和焓差法。
K系數(shù)法需要注意的是在同樣的壓力和進回水溫度下，對應(yīng)于流量計的不同安裝位置(指安裝在系
統(tǒng)的進水端或回水端)，所應(yīng)該采用的K值是不同的，而且，一般國外的產(chǎn)品默認的安裝位置是回水端，而國內(nèi)的產(chǎn)品默認位置是進水端。
焓差法的特點是不受安裝位置的限制(同一塊表安裝在進水端或者回水端結(jié)果一樣)，K系數(shù)法的
計算公式簡單，易于掌握，計算精度較高，但數(shù)據(jù)處理量大，且僅適用于1．0Mpa以下的熱力系統(tǒng)。焓差法計算公式復(fù)雜，不好掌握，但數(shù)據(jù)處理量小，適用于1．0Mpa以上2．5Mpa以下的熱力系統(tǒng)。由于單片機的存貯空間有限，所以國內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)的熱量表大多采用焓差法。
五、熱量表測量的參數(shù)
由熱量表的計算公式可以看出，無論是采用K系數(shù)法還是焓差法的熱量表，為得到熱量值，最終需要測量并引用如下4個參數(shù)：
流量——熱交換系統(tǒng)的體積流量，單位：M3；進水溫度——熱交換系統(tǒng)的進水溫度，單位：℃；
回水溫度——熱交換系統(tǒng)的回水溫度，單位：℃；壓力——熱交換系統(tǒng)的壓力，單位：Mpa。
在上述參數(shù)中，根據(jù)設(shè)計規(guī)范，熱力系統(tǒng)的壓力一般分為，≤1．0Mpa和~<2．5Mpa兩種。而且，當(dāng)系統(tǒng)的壓力稍有波動時，其本身的變化引起的熱計量誤差不大，所以，熱量表在生產(chǎn)時也分為兩種類型：常溫表：默認壓力1．6Mpa，工作溫度為4~95℃。高溫表：默認壓力是2．5Mpa，工作溫度為4~150℃。這樣，熱量表在計量熱量時需要進行實時測量的參數(shù)就只有流量、進水溫度和回水溫度了。
一、熱量表的基本結(jié)構(gòu)
一個完整的熱能表由以下三個部分組成：一只流量計，用以測量經(jīng)熱交換的熱水流量；一對溫度傳感器，分別測量供暖進水和回水溫度；一只積分儀，根據(jù)與其相連的流量計和溫度傳感器提供的流量和溫度數(shù)據(jù)，通過熱力學(xué)公式可計算出用戶從熱交換系統(tǒng)獲得的熱量。其中用于空調(diào)系統(tǒng)的熱量表也稱為：(冷)熱量表，可以在冬季供暖季節(jié)計量熱量，也可以在夏季計量制冷量。
二、熱量表的分類
1、 按流量計種類劃分 ．
熱能表按照熱表流計結(jié)構(gòu)和原理不同，可分為：機械式(其中包括：渦輪式式、超聲波式等種類。
(1)機械式熱量表
采用機械式流量計的熱量表的統(tǒng)稱。機械式流量計的結(jié)構(gòu)和原理與熱水表類似，具有制造工藝簡
單，相對成本較低，性能穩(wěn)定，計量精度相對較高等優(yōu)點。目前在：DN25以下的戶用熱量表當(dāng)中，無論是國內(nèi)還是國外，幾乎全部采用機械式流量計。
由于機械式熱表因其經(jīng)濟、維修方便和對工作條件的要求相對不高，在熱水管網(wǎng)的熱計量中又占據(jù)主導(dǎo)地位。
(2)超聲波式熱量表
采用超聲波式流量計的熱量表的統(tǒng)稱。它是利用超聲波在流動的流體中傳播時，順?biāo)鱾鞑ニ俣扰c逆水流傳播速度差計算流體的流速，從而計算出流體流量。對介質(zhì)無特殊要求；流量測量的準(zhǔn)確度不受被測流體溫度、壓力、密度等參數(shù)的影響。一般：DN40以上的熱量表多采用這種流量計。具有壓損小，不易堵塞，精度高等特點。
(3)電磁式熱量表
采用電磁式流量計的熱量表的統(tǒng)稱。由于成本極高，需要外加電源等原因，所以很少有熱量表采用這種流量計。目前，國內(nèi)有些熱量表生產(chǎn)企業(yè)利用用戶對熱能表的結(jié)構(gòu)和原理不十分了解的情況，將一般機械熱表當(dāng)做電磁式熱量表介紹給用戶。此種現(xiàn)象需要警惕。
2、按技術(shù)結(jié)構(gòu)劃分
根據(jù)熱量表總體結(jié)構(gòu)與設(shè)計原理的不同，熱量表可分為：
(1)整體式熱量表
指熱量表的三個組成部分中(積算器、流量計、溫度傳感器)，有兩個以上的部分在理論上(而不是在形式上)是不可分割的結(jié)合在一起。比如，機械式熱量表當(dāng)中的標(biāo)準(zhǔn)機芯式(無磁電子式)熱量表的積算器和流量計是不能任意互換的，檢定時也只能對其進行整體測。
(2)組合式熱量表
組成熱量表的三個部分可以分離開來，并在同型號的產(chǎn)品中可以互相替換，檢定時可以對各部件進行分體檢測。
(3)緊湊式熱量表
在型式檢定或出廠標(biāo)定過程中可以看作組合式熱量表，但在標(biāo)定完成后，其組成部分必須按整體式熱量表來處理。
3、按使用功能劃分
熱量表按使用功能可分為：單用于采暖分戶計量的熱量表，和可用于空調(diào)系統(tǒng)的(冷)熱量表。(冷)熱量表與熱量表在結(jié)構(gòu)和原理上是一樣的。主要區(qū)別在傳感器的信號采集和運算方式上，也就是說，兩種表的區(qū)別是程序軟件的不同。
(1)(冷)熱量表的冷熱計量轉(zhuǎn)換，是由程序軟件完成的。當(dāng)供水溫度高于回水溫度時，為供熱狀態(tài)，熱量表計量的是供熱量；當(dāng)供水溫度低于回水溫度時，是制冷狀態(tài)，熱量表自動轉(zhuǎn)換為計量制冷量。
(2)由于空調(diào)系統(tǒng)的供回水設(shè)計溫差和實際溫差都很小，因此，(冷)量表的程序采樣和計算公式的
參數(shù)也比單用途熱表的區(qū)域大。
4、按使用功率劃分
(1)戶用熱量表：常用流量qP≤2．5m3／h，或口徑DN<25mm。
(2)工業(yè)用熱量表：常用流量qp<500m3／h，或功率≤115MW。
三、熱量表的結(jié)構(gòu)
1、熱量表的總體結(jié)構(gòu)
熱量表有各種各樣的款式，不過它們在結(jié)構(gòu)與功能上，都是由三個基本部分組成：流量計、溫度傳感器和積算器。
2、流量計的結(jié)構(gòu)與種類
流量計的主要功能是計量熱交換系統(tǒng)的體積流量，并在積算器的控制下，將流量示值轉(zhuǎn)換成電信號向積算器輸出。由于大多數(shù)熱量表采用的是機械式流量計和超聲波式流量計，所以這里只詳細介紹這兩種流量計。
(1)機械式(葉輪式)流量計
機械式流量計通過葉輪的機械轉(zhuǎn)動來計量流量，它的外部是銅制的殼體，液體進入殼體后，推動葉輪轉(zhuǎn)動，形成計量。同時，葉輪的轉(zhuǎn)動情況通過不同的傳感方式，向積算器輸出電子信號。機械式流量計又因為具體的結(jié)構(gòu)差異，可向下細分為如下幾種：
①單流束流量計
其結(jié)構(gòu)特點是水流進入殼體后，只成一束沿固定的方向從葉輪一側(cè)沖擊葉輪并形成葉輪的轉(zhuǎn)動。。根據(jù)葉輪與齒輪組的傳動方式的不同，這樣的流量計又分為：
(a)干式單流束流量：葉輪的轉(zhuǎn)動情況經(jīng)過葉輪上的磁環(huán)，通過磁力偶合的方式帶動齒輪組來傳輸
流量信號，這種結(jié)構(gòu)特點是計量的液體被隔離在葉輪以下部分，與齒輪組及指針是分開的。
(b)濕式單流束流量計：葉輪的轉(zhuǎn)動情況經(jīng)過葉輪上的齒輪直接帶動一套齒輪組來傳輸流量信號，
這種結(jié)構(gòu)的特點是計量液體浸沒所有葉輪、齒輪組及指針。
②多流束流量計：它的結(jié)構(gòu)特點是水流進入殼體后，先由葉輪盒將水流分成多束并形成旋轉(zhuǎn)，再均勻地推動葉輪形成轉(zhuǎn)動，而其它方面與單流束流量計相同。多流束流量計也可向下細分為：
(a)干式多流束流量計：葉輪的轉(zhuǎn)動情況通過磁環(huán)偶合到齒輪組，并由指針向外輸出。
(b)濕式多流束流量計：葉輪的轉(zhuǎn)動情況通過齒輪直接傳動到齒輪組，并由指針向外輸出流量信號。
③標(biāo)準(zhǔn)機芯式(電子式)流量計：它的結(jié)構(gòu)特點是殼體中只有葉輪部分，而沒有齒輪組。葉輪上有一個特殊的半金屬片，葉輪的轉(zhuǎn)動情況是直接向積算器輸出而省去了齒輪組部分。根據(jù)水流束的不同，電子式流量計也分為多流束和單流束兩種。
④沃特曼式流量計：特點是采用特殊的計量元件與腔體，目前只有在大口徑熱量表中有少量應(yīng)用。
(2)超聲波流量計
它的結(jié)構(gòu)特點是殼體內(nèi)無可動部件，計量原理是通過多采用時差法來計量水的流量。
(3)不同流量計的應(yīng)用比較
普通的多流束流量計雖然有使用壽命長、計量穩(wěn)定等優(yōu)點，但它的體積較大，占用的建筑空間多。同時，因為阻力較大和水流在進入腔體前后產(chǎn)生的渦流作用，使系統(tǒng)內(nèi)的雜質(zhì)容易存留，發(fā)生堵塞。單流束流量計盡管使用壽命稍短，但不易堵塞。流量計的體積也比較小巧，節(jié)省安裝空間。超聲波流量計因其無阻力、無磨損，對系統(tǒng)水質(zhì)要求不高，因此使用壽命長，但因其價格較高(大約是其它熱量表價格的兩倍)影響到普及。
3、積算器的結(jié)構(gòu)
熱量表的積算器一般由低功耗的單片機和LCD組成，也可根據(jù)需要集成(485或MBS)數(shù)據(jù)遠傳通信接口、閥門控制接口、IC卡讀寫接口等，其形狀因熱量表的不同而各異。熱量表的溫度傳感器一般都通過外部殼體直接與積算器相連，而流量傳感器則在內(nèi)部與流量計相連。積算器上常見的器件是單片機、液晶片、按鍵、通訊接口等。
4、溫度傳感器的結(jié)構(gòu) ．
目前的熱量表大多采用鉑電阻作為溫度傳感器，雖然有的用PTl000、PT500或PTl00等不同分度，但它們的外型與結(jié)構(gòu)比較統(tǒng)一，符合CJ 128-2000設(shè)計制造，在一些輔件上基本上可以相互替換。但由于傳感器本身在安裝前須進行精確配對，因此，一旦安裝到表體上，就不能替換。
四、熱量表的計量原理與算法
熱量表的計量原理是采用焓差法和K系數(shù)法，前者是計算時間的積分，后者是計算流量的積分。這些公式的推導(dǎo)都是基于下面這樣一個簡單的熱力學(xué)基本原理，即：定義1：1升純凈的水(比熱為1)溫度每變化1℃，所吸收或放出的熱量是1000卡(也就是1大卡)。在熱量表的實際應(yīng)用中，考慮到導(dǎo)熱介質(zhì)水是流動的，并且在不同壓力和溫度下水的比熱也是變化的，所以在具體應(yīng)用定義1時，就形成了兩種常用的熱量計算方法，K系數(shù)法和焓差法。
K系數(shù)法需要注意的是在同樣的壓力和進回水溫度下，對應(yīng)于流量計的不同安裝位置(指安裝在系
統(tǒng)的進水端或回水端)，所應(yīng)該采用的K值是不同的，而且，一般國外的產(chǎn)品默認的安裝位置是回水端，而國內(nèi)的產(chǎn)品默認位置是進水端。
焓差法的特點是不受安裝位置的限制(同一塊表安裝在進水端或者回水端結(jié)果一樣)，K系數(shù)法的
計算公式簡單，易于掌握，計算精度較高，但數(shù)據(jù)處理量大，且僅適用于1．0Mpa以下的熱力系統(tǒng)。焓差法計算公式復(fù)雜，不好掌握，但數(shù)據(jù)處理量小，適用于1．0Mpa以上2．5Mpa以下的熱力系統(tǒng)。由于單片機的存貯空間有限，所以國內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)的熱量表大多采用焓差法。
五、熱量表測量的參數(shù)
由熱量表的計算公式可以看出，無論是采用K系數(shù)法還是焓差法的熱量表，為得到熱量值，最終需要測量并引用如下4個參數(shù)：
流量——熱交換系統(tǒng)的體積流量，單位：M3；進水溫度——熱交換系統(tǒng)的進水溫度，單位：℃；
回水溫度——熱交換系統(tǒng)的回水溫度，單位：℃；壓力——熱交換系統(tǒng)的壓力，單位：Mpa。
在上述參數(shù)中，根據(jù)設(shè)計規(guī)范，熱力系統(tǒng)的壓力一般分為，≤1．0Mpa和~<2．5Mpa兩種。而且，當(dāng)系統(tǒng)的壓力稍有波動時，其本身的變化引起的熱計量誤差不大，所以，熱量表在生產(chǎn)時也分為兩種類型：常溫表：默認壓力1．6Mpa，工作溫度為4~95℃。高溫表：默認壓力是2．5Mpa，工作溫度為4~150℃。這樣，熱量表在計量熱量時需要進行實時測量的參數(shù)就只有流量、進水溫度和回水溫度了。
