流差式热量表计量原理及热流当量系数测定_工程实践

摘要

摘要：流差式热量表主要由流体温差传感器、热水流量计组成，通过测定热流当量系数、计量热水流量可计算出热用户的用热量，省去了传统热量表的计算器。分析了流差式热量表关键装置

摘要：流差式热量表主要由流体温差传感器、热水流量计组成，通过测定热流当量系数、计量热水流量可计算出热用户的用热量，省去了传统热量表的计算器。分析了流差式热量表关键装置——流体温差传感器的结构及流量差分原理，探讨了热流当量系数的测定方法。

关键词：流差式热量表；热流当量系数；流量差分

Measurement Principle of Flow Differential Calorimeter and Determination of Equivalent Coefficient of Heat

HOU Chang-lai

Abstract：Flow differential calorimeter is mainly composed of fluid temperature difference sensor and hot water flowmeter. The heat consumption of heat users can be calculated by determining equivalent coefficient of heat and metering hot water flow，and the calculator of traditional calorimeter is saved. The flow differential principle and the structure of fluid temperature difference sensor which is the key device of flow differential calorimeter are analyzed. The determination methods of equivalent coefficient of heat are discussed.

Key words：flow differential calorimeter；equivalent coefficient of heat；flow differential

热量表是用热量计量装置，它关心的是供回水温差。直接测定热用户供回水温差并将其实时转换为流量信号，可省去传统热量表计算供回水温差、流量两个环节，简化热量表结构。流差式热量表就是基于这一思想设计的，采用流体温差传感器附加一块热水流量计，实现对用热量的计量。目前，我国供热科研人员针对我国供热系统现状，提出了多种供热计量方法^[1～9]。本文对流差式热量表计量原理及热流当量系数的测定进行探讨。

1 流体温差传感器的结构及工作原理

① 流体温差传感器的结构

流体温差传感器的结构见图1。流体温差传感器由一对置于供回水流道中的感温包、与感温包密闭连接的波纹管、与阀体活动连接的阀芯及阀套组成。每个感温包内置适量工质，工质在环境温升时体积膨胀推动波纹管产生位移，波纹管的外端抵紧阀套中心柱体的一端；当供水温度高于回水温度时，阀芯、阀套、阀体三者之间的相对运动使计量出流口的开度随供回水温差变化，计量出流口流量随计量出流口的开度线性变化。

结构特点：a.波纹管嵌入感温包内，回水侧感温包与阀芯集成一体。b.当感温包内置液态工质时，两个感温包须填充同质、等量的工质，配对感温包的容积相等设置。c.计量出流口、差分出流口同侧设置；为实现等液阻流量差分，差分出流口与计量出流口的结构应相同；在任一工作状态下，二者有效流通面积之和为定值。

② 流量差分原理

热量表关心的是供回水的温差而非各自温度值，直接测定供回水温差可简化运算及热量表结构。由于多变量影响，直接测定用热量比较困难，若只测定流量，容易实现。流体温差传感器将供回水温差信号实时转换为流量信号^[10]，实现仅测定流量即实现测定用热量。

对于供水，流道入口与流道出口的流量相等；对于回水，计量出流口、差分出流口的流量之和与回水流道入口的流量相等。为消除供热介质流量变化对计量精度的影响，流体温差传感器必须实现等液阻流量差分。等液阻流量差分是指供回水温差一定且流量在允许范围内变动时，维持计量出流口流量与差分出流口流量之比为定值。

计量出流口流量与供回水温差及供热介质流量均成正比，因此将计量出流口流量乘以一个系数(热流当量系数)，即可获得用热量。某一时间段内，累计用热量与计量出流口累计流量之比称为热流当量系数，须由实验测定。

2 热流当量系数测定装置及测定方法

① 测定装置

热流当量系数测定装置见图2。可调恒温水箱提供恒温热水，并可调节供水温度。进口调节阀兼有调节供热介质流量和进口压力的双重作用，散热调节器的散热速率可根据测试需要在一定范围内可调。校准热量表是整体计量精度达到CJ 128—2007《热量表》^[11]要求的高精度热量表，其测定的用热量被视为真值。校准热量表是电子型热量表，它的两个温度传感器跨接于供回水流道，实时测定供回水温度。出口调节阀用于调节出口压力。

② 测定方法

热流当量系数测定装置是模拟实际供暖系统的实验装置，供热介质的流量、温度及供回水温差等测试参数的调节与选择应严格执行CJ 128—2007《热量表》。CJ 128—2007《热量表》第4.3.2条规定：常用流量为0.6～10.0m³/h的热量表，常用流量与最小流量之比不应小于50。因此当常用流量选为2.50m³/h时，选用最小流量为0.05m³/h，最大流量选为5.00m³/h。供水温度50～95℃可调，供回水最小温差取3K。CJ 128—2007《热量表》第4.4条规定：热量表的最大温差与最小温差之比应大于10。因此，测试中实测温差范围选取3～65K。

测定热流当量系数时，首先调节循环泵、进出口调节阀，分别设定最大、常用、最小3个流量档位。在每个流量档位下，调节可调恒温水箱使供水温度分别为50、65、80、95℃，再依次调节散热调节器，使供回水温差分别达到设定值：5、10、15、20K。在每一组设定的流量、供水温度、供回水温差下，维持充足的测试时间。在测试期间，热水流量计、校准热量表分别累计记录计量出流口的流量、用热量，在测试期内累计用热量与计量出流口累计流量之比即为该流体温差传感器的热流当量系数。经3个月的测试，用热量累积值为51876MJ，计量出流口的流量累积值为300m³。经计算，热流当量系数为172.92MJ/m³。

由于流体温差传感器实现了等液阻流量差分，因此热流当量系数不受供热介质流量变化的影响。

3 结论

① 根据单一的流量信号即可完成用热量的测定，是流差式热量表的主要技术特征之一。

② 采用计量出流口累计流量表征用热量，是热流当量系数的内涵。

③ 校准热量表具有测试供热介质流量、供回水温度及温差、用热量多种功能，充分挖掘、利用了该仪器的潜在资源，主要技术指标符合CJ 128—2007《热量表》要求。

④ 测定装置可方便、准确地完成热流当量系数的测定，为流差式热量表产品的系列化、标准化提供了技术保证。测定装置中的热源、供回水流道、循环泵、散热调节器形成单环密闭回路，在满足预定测试要求的前提下，可最大限度简化测定装置的结构，具有高效、经济、实用的特点。

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(本文作者：侯长来辽宁科技学院机械工程系辽宁本溪 117022)