X机械式大口径热量表

RWKJ型超声波热量表由超声波流量计、配对温度传感器和计算器组成，同时具备热量、冷量的计量功能。在供暖或制冷过程中，计算器作为超声波热量表的*控制中心，通过流量计采集流经基表的热水或冷水流量信号，同时通过进口温度传感器和出口温度传感器分别采集进水口温度和出水口温度，zui后将进水口温度、出水口温度和采集的流量采用热量计算公式计算出系统所吸收或放出的能量，实现用户的分户计量，并可以根据此精确计量数据为分户供热或制冷提供节能温控依据。

一、工作原理及结构特征

1、热量表定义

热量表是用于测量及显示热交换回路中载热液体所释放（或吸收）的热量的计量器具。热量表用法定计量单位显示热量。

2、工作原理

由热源供应的热水（冷水）以较高（低）的温度流入热交换系统（散热器、换热器或由它们组成的复杂系统），以较低（高）的温度流出，在此过程中，通过热量交换向用户释放或吸收热量（注：该过程包括采暖系统和制冷系统能量交换过程）。

当水流经热交换系统时，根据流量传感器给出的流量和配对温度传感器给出的供回水温度，以及水流经的时间，通过计算并显示该系统所释放或吸收的热量。其基本公式：

式中：Q ——释放或吸收的热量，J或W·h；

      q_m——流经热量表的水的质量流量，kg/h；

      q_v ——流经热量表的水的体积流量，m³/h；

      ρ——流经热量表的水的密度，kg/h；

      △h——在热交换系统的入口和出口温度下，水的焓值差，J/kg；

      t——时间，h。

3、结构特征

RWKJ型超声波热量表由以下三部分组成，如图1所示：

图1 热量表结构组成

（1）计算器（积分仪）

用于接收流量传感器和配对温度传感器的信号，并进行计算、累积、存储和显示热交换系统中的热量。

（2）流量传感器（流量计）

是热量表zui重要的部件，其性能直接体现热量表整体的性能、质量和档次。其功能主要是在热交换回路中用于产生载热液体的流动信号，该信号是体积或质量的函数，也可是体积流量或质量流量的函数。

（3）温度传感器（配对铂电阻）

在热交换回路中用于同时测量载热液体在入口和出口的温度信号。

1. 超声波式热量表流量传感器的结构与工作原理

RWKJ型超声波式热量表是由超声波流量计、温度传感器、计算器三部分组成，其不同之处在于流量计的测量方式是通过测量超声波在液体中的传播速度来实现流量测量的。其原理是：当超声波在流体中传播时，声波传送速度信息将加载上流体的速度信息（见图2、图3），因为这两种信号的叠加，就使声波在顺流和逆流时的传播速度不相等，因此通过测量这两种不同的速度信息，经过计算可得出流体的流速，然后再换算成流量，从而实现了流量的测量。

（1）户用超声波热量表计量原理

图2 户用超声波式热量表流量计的工作原理

由图2可知：

R1——流量计流体上游超声波换能器；

R2——流量计流体下游超声波换能器；

L ——流量计测量管的长度；

V ——流体速度；

C ——声波在流体中传播的速度。

由图1可知：

声波顺流传播时间t₁=L/（C+V）；

声波逆流传播时间t₂=L/（C-V）；

两公式变形后可以得出流速计算公式为：

（2）楼栋、管道超声波热量表计量原理

图3 楼栋、管道超声波式热量表流量计的工作原理

       由图3可知：

θ——声束与液体流动方向的夹角；

M——声束在液体的直线传播次数；

D——为管道内径；

Tup——为声束在正方向上的传播时间；

Tdown——声束在逆方向上的传播时间；

       流速计算公式为：

       其中：ΔT=Tup –Tdown

根据管径的不同从而换算出热量表计量的瞬时流量，计算公式如下：

1. 超声波热量表流量计量*的优点

• 无机械传动磨损部件，使用寿命长；
• 压力损失小，不易堵塞；
• 准确度及稳定性高；
• 流体中的杂质含量对其测量精度影响极小；
• 在保证流体充满流量传感器的前提下可任意角度安装。

二、功能介绍及操作说明

1、功能介绍

RWKJ型超声波热量表将超声波流量计、计算器集成为一体，具有结构紧凑、安装方便等特点。该表采用优质压电陶瓷换能器，保证了高准确度和稳定性。该表无任何机械运动，无磨损，不受恶劣水质影响，维护费用低。该表可水平、垂直安装，旋转的表头能满足任何视角的读数要求，安装时可根据用户不同需要安装在供水管道或回水管道上（需预先选定）；冷热两用（采暖、制冷），系统可根据实际使用状态智能判断采暖或制冷计量。热量表显示器有累积热量（kW•h或GJ）、累积冷量（kW•h或GJ）、进口温度（℃）、出口温度（℃）、进出口温差（℃）、累积流量（m³）、瞬时流量（m³/h）、累积运行时间（h）等显示功能外，并可显示当前日期、出厂编号、版本号、*八个月每月用热量值、冷量值和流量值，并有电池容量不足指示及自动错误诊断功能，确保安全、准确运行。热量表还配置有远红外光电接口和MBUS总线接口，也可根据用户不同的要求选配加入脉冲输出接口以实现远程自动抄表功能，便于集中控制。

2、操作说明

（1）使用状态下依次按功能键LCD将显示下列表中的内容：

（2）按功能键进入检定状态如图所示：

（3）按功能键退出检定状态如图所示：                              

（4）按功能键查询18月存储如图所示：

三、基本参数及技术性能

1、执行标准

CJ128-2007《中华人民共和国城镇建设热量表行业标准》。

2、检定规程

JJG225-2001《中华人民共和国热量表国家计量检定规程》。

3、技术参数

4、压力损失曲线

图4 DN25-DN32超声波热量表压力损失曲线

图5 DN50-DN150超声波热量表压力损失曲线

5、主要部件

(1)流量传感器

    RWKJ型超声波热量表流量传感器是超声波换能器和测流基表的组合体，其结构如下图所示：

图中：

    ①测流基表；②O型密封圈；③超声波换能器；④紧固压板；⑤紧固旋钮；⑥不锈钢反射柱；⑦O型密封圈。

a、测流基表

    RWKJ型超声波热量表测流基表实物图如下所示：

RWKJ型超声波热量表测流方式使用目前应用较广的U型反射模式（户用表）和Z型对射模式（楼栋、管道表），设计上应用流体分析的专业软件进行仿真研究，如下图所示：

反射柱部分涡流分析图

管道流场速度分布图

测流基表的设计充分考虑了不同结构对水流场的影响，尽量减少铜管内部涡流或者紊流的产生，从而使得超声波可以较稳定的传输，增强信号的稳定性。

b、超声波换能器

    RWKJ型超声波热量表换能器是流量测量的核心部件，是一种液体介质超声波传感器，可用于液体流量和水暖供热热量的计量，其采用低传热高散热准备效率的材料封装（耐高温压电陶瓷片），可直接与液体接触，长时间使用后换能器性能无变化，同时其耐水压结构设计降低了管道内液体压力对性能的影响，使流量计量的更加*稳定，其结构示意如下图所示：

超声波换能器结构示意图

超声波换能器实物图

超声波换能器基本技术参数如下：

①中心谐振频率（f0）：1MHz±5%；②静态电容量（C0）：1200PF±20%；

③相对灵敏度（Mtr）：＞-26dB；

④激励电压：3Vp-p；脉冲数：8个；反射目标距离：7cm；

⑤相对带宽(Δf/f0)：10%；⑥发射波束角（-3dB全开角）：6°

⑦zui小并联阻抗：250Ω±30%

为了进一步保证流量计量的稳定性、准确性，我公司还采取以下措施：

软件程序设计上，热量表随时检测超声波信号的幅度和相位，当超声波信号减弱时，自动增强信号强度，从而降低结垢对计量的影响。

计量和通信独立设计，并定义友好的握手协议，两种功能同步进行，避免了因通信带来的计量延时，保证了计量的实时性，从而使流量、温度、热量计量更加稳定、精确。

6、电池使用寿命

    如上表所示，RWKJ型超声波热量表按照每年6个月采暖期计算，自带3.5Ah电池在保守设计按照60%有效容量计算，可保证热量表有效工作15.31年，*用户对电池的使用需求，同时热量表积分仪配备电池更换口（出厂时公司已进行专业封印保证仪表的安全性），用户无需拆表就可方便、轻松的更换电池。

7、技术性能

（1）流量传感器管段模具铸造，无任何泄露现象。户用表表体（流量传感器）采用优质黄铜材质。

（2）利用超声波技术，减小测量过程受介质中杂质的干扰，避免化学物质和磁性材料等的影响；高精度差分电路及锁相技术的应用，可以大幅度提高对不完整波形的捕获能力和分析精度；采用MSP430系列16位芯片，功耗低，精度高，温度分辨力0.01℃；超声波计时芯片，时间分辨力达到65Ps，*提高了对超声波信号的捕获能力。保证了宽流量测量范围，使流量量程比达到了100：1，同时保证了热量表2级的高准确度等级。

（3）采用低传热高散热准备效率的材料封装超声波换能器（耐高温压电陶瓷片），长时间使用后换能器性能无变化，保证流量计量的*稳定性。

（4）热量表积分仪可多角度显示，俯视、平视、分体显示可选；可显示累积热量、累积冷量、累积流量、瞬时流量、供水温度、回水温度、温差、故障代码等数据信息；采用全密封设计，防护等级达到IP65。

（5）采用的超低功耗技术，基于超低功耗微处理器、低电压宽脉冲发射技术、大规模集成电路设计和*的电源管理技术实现了仪表整体的超低功耗，封装电池可连续工作十年以上，使用寿命长。

（6）热量表安装要求：水平管、垂直管、回水侧、供水侧安装均可；安装时表前表后无需预留直管段时，不影响表计精度，连接方式为密封螺纹连接，连接方式符合国家相关标准。

（7）热量表的壳体防尘、防水浸入，具有足够的机械强度和耐腐蚀性。

（8）热量表外壳防护等级满足GB4208-1993的相关要求。

（9）热量表的电器绝缘性能符合GB4706.1的规定。

（10）热量表通讯接口及数据通讯协议符合CJ/T188-2004的规定，通讯接口的抗雷击性能满足在4000V.10/700PS的浪涌冲击下进行正反五次试验不损坏。热量表采用MBUS通讯接口，并可根据需要选配RS485、RS232接口。

（11）热量表具有抗磁干扰功能，当受到强度不大于100kA/m的磁场干扰时，能正常工作，不影响其计量特性。

（12）热量表具有可靠封印，在不损坏封印的情况下，不可拆卸热量表及相关部件。

（13）热量表具有防堵塞、防腐蚀、防结垢、小压损等功能，RWKJ型超声波热量表常用流量下压力损失不足13kPa。

（14）热量表的准确度满足CJ128-2007行业标准中2级的要求，重复性好，且准确度和性能不受介质中的颗粒、污泥和侵蚀物，及水的电导性、磁性物的影响。

（15）累积热量显示单位以GJ（吉焦）、kW·h（千瓦时）及其十进制倍数显示，瞬时流量显示单位为立方米（m³/h），累积流量显示单位为立方米（m³），温度显示为摄氏度（℃）。

（16）热量表在zui大计量热功率下持续运行6000h不超过zui大显示值；持续运行1h，zui小显示位数的步进大于一位。

（17）热量表具备光电接口，出厂标配MBUS数据通讯接口，并可根据用户需求选配RS485、RS232通信接口。通信信号线长度出厂标配1米，并可根据用户需求增加。

（18）热量表的流量量程比达到100:1，额定工作压力1.6MPa，工作时热量计量的温差灵敏度可达0.3℃。同时可根据用户需求采用整体或分体式结构，采用分体式结构流量传感器线长可达3.5米，温度传感器线长标配1.5米。

（19）热量表采用内置电池，并且具有欠压提示，同时电源中断时，自动存储断电前的数据，恢复电源时，自动恢复计量功能。

（20）热量表具有断电保护、故障自动报警功能。用户可通过显示屏和抄表软件获取电池欠压、流量传感器故障、进水温度传感器故障、回水温度传感器故障、EEPROM故障等信息。

（21）热量表配套上位机抄表软件具有热冷量费用统计功能，并具有表前通断阀远控功能，能够实现表联网一体式的供热管理，既解决了表计量后付费的收费难问题，又避免了卡式预付费定点、刷卡用热的繁琐操作。

（22）热量表配套上位机抄表软件具有计量数据单位识别功能，抄录数据后能够根据用户设置自动转换为收费用计量单位，方便收费管理统一。