流差式熱量表計(jì)量原理及熱流當(dāng)量系數(shù)測(cè)定

摘 要

摘要：流差式熱量表主要由流體溫差傳感器、熱水流量計(jì)組成，通過測(cè)定熱流當(dāng)量系數(shù)、計(jì)量熱水流量可計(jì)算出熱用戶的用熱量，省去了傳統(tǒng)熱量表的計(jì)算器。分析了流差式熱量表關(guān)鍵裝置
摘要：流差式熱量表主要由流體溫差傳感器、熱水流量計(jì)組成，通過測(cè)定熱流當(dāng)量系數(shù)、計(jì)量熱水流量可計(jì)算出熱用戶的用熱量，省去了傳統(tǒng)熱量表的計(jì)算器。分析了流差式熱量表關(guān)鍵裝置——流體溫差傳感器的結(jié)構(gòu)及流量差分原理，探討了熱流當(dāng)量系數(shù)的測(cè)定方法。
關(guān)鍵詞：流差式熱量表；熱流當(dāng)量系數(shù)；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
    熱量表是用熱量計(jì)量裝置，它關(guān)心的是供回水溫差。直接測(cè)定熱用戶供回水溫差并將其實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為流量信號(hào)，可省去傳統(tǒng)熱量表計(jì)算供回水溫差、流量兩個(gè)環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化熱量表結(jié)構(gòu)。流差式熱量表就是基于這一思想設(shè)計(jì)的，采用流體溫差傳感器附加一塊熱水流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用熱量的計(jì)量。目前，我國供熱科研人員針對(duì)我國供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀，提出了多種供熱計(jì)量方法[1～9]。本文對(duì)流差式熱量表計(jì)量原理及熱流當(dāng)量系數(shù)的測(cè)定進(jìn)行探討。
1 流體溫差傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理
   ① 流體溫差傳感器的結(jié)構(gòu)
流體溫差傳感器的結(jié)構(gòu)見圖1。流體溫差傳感器由一對(duì)置于供回水流道中的感溫包、與感溫包密閉連接的波紋管、與閥體活動(dòng)連接的閥芯及閥套組成。每個(gè)感溫包內(nèi)置適量工質(zhì)，工質(zhì)在環(huán)境溫升時(shí)體積膨脹推動(dòng)波紋管產(chǎn)生位移，波紋管的外端抵緊閥套中心柱體的一端；當(dāng)供水溫度高于回水溫度時(shí)，閥芯、閥套、閥體三者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使計(jì)量出流口的開度隨供回水溫差變化，計(jì)量出流口流量隨計(jì)量出流口的開度線性變化。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：a.波紋管嵌入感溫包內(nèi)，回水側(cè)感溫包與閥芯集成一體。b.當(dāng)感溫包內(nèi)置液態(tài)工質(zhì)時(shí)，兩個(gè)感溫包須填充同質(zhì)、等量的工質(zhì)，配對(duì)感溫包的容積相等設(shè)置。c.計(jì)量出流口、差分出流口同側(cè)設(shè)置；為實(shí)現(xiàn)等液阻流量差分，差分出流口與計(jì)量出流口的結(jié)構(gòu)應(yīng)相同；在任一工作狀態(tài)下，二者有效流通面積之和為定值。
 
   ② 流量差分原理
   熱量表關(guān)心的是供回水的溫差而非各自溫度值，直接測(cè)定供回水溫差可簡(jiǎn)化運(yùn)算及熱量表結(jié)構(gòu)。由于多變量影響，直接測(cè)定用熱量比較困難，若只測(cè)定流量，容易實(shí)現(xiàn)。流體溫差傳感器將供回水溫差信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為流量信號(hào)[10]，實(shí)現(xiàn)僅測(cè)定流量即實(shí)現(xiàn)測(cè)定用熱量。
   對(duì)于供水，流道入口與流道出口的流量相等；對(duì)于回水，計(jì)量出流口、差分出流口的流量之和與回水流道入口的流量相等。為消除供熱介質(zhì)流量變化對(duì)計(jì)量精度的影響，流體溫差傳感器必須實(shí)現(xiàn)等液阻流量差分。等液阻流量差分是指供回水溫差一定且流量在允許范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，維持計(jì)量出流口流量與差分出流口流量之比為定值。
   計(jì)量出流口流量與供回水溫差及供熱介質(zhì)流量均成正比，因此將計(jì)量出流口流量乘以一個(gè)系數(shù)(熱流當(dāng)量系數(shù))，即可獲得用熱量。某一時(shí)間段內(nèi)，累計(jì)用熱量與計(jì)量出流口累計(jì)流量之比稱為熱流當(dāng)量系數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。
2 熱流當(dāng)量系數(shù)測(cè)定裝置及測(cè)定方法
   ① 測(cè)定裝置
熱流當(dāng)量系數(shù)測(cè)定裝置見圖2。可調(diào)恒溫水箱提供恒溫?zé)崴?，并可調(diào)節(jié)供水溫度。進(jìn)口調(diào)節(jié)閥兼有調(diào)節(jié)供熱介質(zhì)流量和進(jìn)口壓力的雙重作用，散熱調(diào)節(jié)器的散熱速率可根據(jù)測(cè)試需要在一定范圍內(nèi)可調(diào)。校準(zhǔn)熱量表是整體計(jì)量精度達(dá)到CJ 128—2007《熱量表》[11]要求的高精度熱量表，其測(cè)定的用熱量被視為真值。校準(zhǔn)熱量表是電子型熱量表，它的兩個(gè)溫度傳感器跨接于供回水流道，實(shí)時(shí)測(cè)定供回水溫度。出口調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)出口壓力。
 
   ② 測(cè)定方法
    熱流當(dāng)量系數(shù)測(cè)定裝置是模擬實(shí)際供暖系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，供熱介質(zhì)的流量、溫度及供回水溫差等測(cè)試參數(shù)的調(diào)節(jié)與選擇應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行CJ 128—2007《熱量表》。CJ 128—2007《熱量表》第4.3.2條規(guī)定：常用流量為0.6～10.0m3/h的熱量表，常用流量與最小流量之比不應(yīng)小于50。因此當(dāng)常用流量選為2.50m3/h時(shí)，選用最小流量為0.05m3/h，最大流量選為5.00m3/h。供水溫度50～95℃可調(diào)，供回水最小溫差取3K。CJ 128—2007《熱量表》第4.4條規(guī)定：熱量表的最大溫差與最小溫差之比應(yīng)大于10。因此，測(cè)試中實(shí)測(cè)溫差范圍選取3～65K。
    測(cè)定熱流當(dāng)量系數(shù)時(shí)，首先調(diào)節(jié)循環(huán)泵、進(jìn)出口調(diào)節(jié)閥，分別設(shè)定最大、常用、最小3個(gè)流量檔位。在每個(gè)流量檔位下，調(diào)節(jié)可調(diào)恒溫水箱使供水溫度分別為50、65、80、95℃，再依次調(diào)節(jié)散熱調(diào)節(jié)器，使供回水溫差分別達(dá)到設(shè)定值：5、10、15、20K。在每一組設(shè)定的流量、供水溫度、供回水溫差下，維持充足的測(cè)試時(shí)間。在測(cè)試期間，熱水流量計(jì)、校準(zhǔn)熱量表分別累計(jì)記錄計(jì)量出流口的流量、用熱量，在測(cè)試期內(nèi)累計(jì)用熱量與計(jì)量出流口累計(jì)流量之比即為該流體溫差傳感器的熱流當(dāng)量系數(shù)。經(jīng)3個(gè)月的測(cè)試，用熱量累積值為51876MJ，計(jì)量出流口的流量累積值為300m3。經(jīng)計(jì)算，熱流當(dāng)量系數(shù)為172.92MJ/m3。
    由于流體溫差傳感器實(shí)現(xiàn)了等液阻流量差分，因此熱流當(dāng)量系數(shù)不受供熱介質(zhì)流量變化的影響。
3 結(jié)論
    ① 根據(jù)單一的流量信號(hào)即可完成用熱量的測(cè)定，是流差式熱量表的主要技術(shù)特征之一。
    ② 采用計(jì)量出流口累計(jì)流量表征用熱量，是熱流當(dāng)量系數(shù)的內(nèi)涵。
    ③ 校準(zhǔn)熱量表具有測(cè)試供熱介質(zhì)流量、供回水溫度及溫差、用熱量多種功能，充分挖掘、利用了該儀器的潛在資源，主要技術(shù)指標(biāo)符合CJ 128—2007《熱量表》要求。
    ④ 測(cè)定裝置可方便、準(zhǔn)確地完成熱流當(dāng)量系數(shù)的測(cè)定，為流差式熱量表產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化提供了技術(shù)保證。測(cè)定裝置中的熱源、供回水流道、循環(huán)泵、散熱調(diào)節(jié)器形成單環(huán)密閉回路，在滿足預(yù)定測(cè)試要求的前提下，可最大限度簡(jiǎn)化測(cè)定裝置的結(jié)構(gòu)，具有高效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的特點(diǎn)。
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(本文作者：侯長來 遼寧科技學(xué)院機(jī)械工程系 遼寧本溪 117022)