RWKJ型超聲波熱量表由超聲波流量計、配對溫度傳感器和計算器組成,同時具備熱量、冷量的計量功能。在供暖或制冷過程中,計算器作為超聲波熱量表的*控制中心,通過流量計采集流經(jīng)基表的熱水或冷水流量信號,同時通過進口溫度傳感器和出口溫度傳感器分別采集進水口溫度和出水口溫度,zui后將進水口溫度、出水口溫度和采集的流量采用熱量計算公式計算出系統(tǒng)所吸收或放出的能量,實現(xiàn)用戶的分戶計量,并可以根據(jù)此精確計量數(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)的熱量的計量器具。熱量表用法定計量單位顯示熱量。
2、工作原理
由熱源供應的熱水(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)。
當水流經(jīng)熱交換系統(tǒng)時,根據(jù)流量傳感器給出的流量和配對溫度傳感器給出的供回水溫度,以及水流經(jīng)的時間,通過計算并顯示該系統(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;
qm——流經(jīng)熱量表的水的質(zhì)量流量,kg/h;
qv ——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)計算器(積分儀)
用于接收流量傳感器和配對溫度傳感器的信號,并進行計算、累積、存儲和顯示熱交換系統(tǒng)中的熱量。
(2)流量傳感器(流量計)
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)生載熱液體的流動信號,該信號是體積或質(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(配對鉑電阻)
在熱交換回路中用于同時測量載熱液體在入口和出口的溫度信號。
- 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、溫度傳感器、計算器三部分組成,其不同之處在于流量計的測量方式是通過測量超聲波在液體中的傳播速度來實現(xiàn)流量測量的。其原理是:當超聲波在流體中傳播時,聲波傳送速度信息將加載上流體的速度信息(見圖2、圖3),因為這兩種信號的疊加,就使聲波在順流和逆流時的傳播速度不相等,因此通過測量這兩種不同的速度信息,經(jīng)過計算可得出流體的流速,然后再換算成流量,從而實現(xiàn)了流量的測量。
(1)戶用超聲波熱量表計量原理
圖2 戶用超聲波式熱量表流量計的工作原理
由圖2可知:
R1——流量計流體上游超聲波換能器;
R2——流量計流體下游超聲波換能器;
L ——流量計測量管的長度;
V ——流體速度;
C ——聲波在流體中傳播的速度。
由圖1可知:
聲波順流傳播時間t1=L/(C+V);
聲波逆流傳播時間t2=L/(C-V);
兩公式變形后可以得出流速計算公式為:
(2)樓棟、管道超聲波熱量表計量原理
圖3 樓棟、管道超聲波式熱量表流量計的工作原理
由圖3可知:
θ——聲束與液體流動方向的夾角;
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間;
Tdown——聲束在逆方向上的傳播時間;
流速計算公式為:
其中:ΔT=Tup –Tdown
根據(jù)管徑的不同從而換算出熱量表計量的瞬時流量,計算公式如下:
- 超聲波熱量表流量計量*的優(yōu)點
- 無機械傳動磨損部件,使用壽命長;
- 壓力損失小,不易堵塞;
- 準確度及穩(wěn)定性高;
- 流體中的雜質(zhì)含量對其測量精度影響極??;
- 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、計算器集成為一體,具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便等特點。該表采用優(yōu)質(zhì)壓電陶瓷換能器,保證了高準確度和穩(wěn)定性。該表無任何機械運動,無磨損,不受惡劣水質(zhì)影響,維護費用低。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(需預先選定);冷熱兩用(采暖、制冷),系統(tǒng)可根據(jù)實際使用狀態(tài)智能判斷采暖或制冷計量。熱量表顯示器有累積熱量(kW•h或GJ)、累積冷量(kW•h或GJ)、進口溫度(℃)、出口溫度(℃)、進出口溫差(℃)、累積流量(m3)、瞬時流量(m3/h)、累積運行時間(h)等顯示功能外,并可顯示當前日期、出廠編號、版本號、*八個月每月用熱量值、冷量值和流量值,并有電池容量不足指示及自動錯誤診斷功能,確保安全、準確運行。熱量表還配置有遠紅外光電接口和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現(xiàn)遠程自動抄表功能,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:
顯示次序 | 顯示內(nèi)容 | 顯示圖案 | 含義 | 單位 |
1 | 累積冷量 | x.x | 指當前用戶使用的總冷能量 | kW·h(GJ) |
2 | 全顯 | xxxxxxxx | 顯示屏幕可顯示全部內(nèi)容 |
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3 | 累積熱量 | x.x | 指當前用戶使用的總熱量 | kW·h(GJ) |
4 | 累積流量 | x.xx | 指流經(jīng)熱量表的水的體積總和 | m3 |
5 | 流量 | x.xxx | 每小時流經(jīng)熱量表的水的體積流量 | m3/h |
6 | 進口溫度 | xx.xx | 指進水口的水溫 | ℃ |
7 | 出口溫度 | xx.xx | 指出水口的水溫 | ℃ |
8 | 溫差 | xxx.xx | 指進口與出口的溫度差值 | ℃ |
9 | 工作時間 | xxxx | 指用戶使用熱量表的時間總和 | h |
10 | 表號 | xxxxxxxx | 指當前表的表號 |
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11 | 口徑 | dn xx | 當前表的口徑 |
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(2)按功能鍵進入檢定狀態(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月存儲如圖所示:
三、基本參數(shù)及技術(shù)性能
1、執(zhí)行標準
CJ128-2007《中華人民共和國城鎮(zhèn)建設(shè)熱量表行業(yè)標準》。
2、檢定規(guī)程
JJG225-2001《中華人民共和國熱量表國家計量檢定規(guī)程》。
3、技術(shù)參數(shù)
項目 | 基本參數(shù) | ||||||||||
公稱口徑 (mm) | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 |
常用流量 (m³/h) | 1.5 | 2.5 | 3.5 | 6 | 10 | 15 | 25 | 40 | 60 | 100 | 150 |
zui大流量 (m³/h) | 3 | 5 | 7 | 12 | 20 | 30 | 50 | 80 | 120 | 200 | 300 |
連接方式 | 螺紋 | 螺紋 | 螺紋 | 螺紋 | 螺紋 | 法蘭 | 法蘭 | 法蘭 | 法蘭 | 法蘭 | 法蘭 |
長度(mm) | 110 | 130 | 160 | 180 | 200 | 200 | 200 | 225 | 250 | 250 | 300 |
zui大工作壓力(MPa) | 1.6 | ||||||||||
溫度范圍 (℃) | 2~95 | ||||||||||
溫差范圍 (℃) | 3~90 | ||||||||||
溫度分辨 (℃) | 0.01 | ||||||||||
溫度傳感器 | Pt1000鉑電阻 | ||||||||||
防護等級 | IP65 | ||||||||||
環(huán)境類別 | CJ128-2007 A類 | ||||||||||
準確度等級 | 2級(JJG225-2001熱量表檢定規(guī)程準確度等級) | ||||||||||
安裝位置和 方式 | 任意角度(流體須充滿流量傳感器)安裝于進水口或出水口 | ||||||||||
工作電源 | 3.6V鋰電池 |
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流基表的組合體,其結(jié)構(gòu)如下圖所示:
圖中:
①測流基表;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、測流基表
RWKJ型超聲波熱量表測流基表實物圖如下所示:
RWKJ型超聲波熱量表測流方式使用目前應用較廣的U型反射模式(戶用表)和Z型對射模式(樓棟、管道表),設(shè)計上應用流體分析的專業(yè)軟件進行仿真研究,如下圖所示:
反射柱部分渦流分析圖
管道流場速度分布圖
測流基表的設(shè)計充分考慮了不同結(jié)構(gòu)對水流場的影響,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,增強信號的穩(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量,其采用低傳熱高散熱準備效率的材料封裝(耐高溫壓電陶瓷片),可直接與液體接觸,長時間使用后換能器性能無變化,同時其耐水壓結(jié)構(gòu)設(shè)計降低了管道內(nèi)液體壓力對性能的影響,使流量計量的更加*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相對靈敏度(Mtr):>-26dB;
④激勵電壓:3Vp-p;脈沖數(shù):8個;反射目標距離:7cm;
⑤相對帶寬(Δf/f0):10%;⑥發(fā)射波束角(-3dB全開角):6°
⑦zui小并聯(lián)阻抗:250Ω±30%
為了進一步保證流量計量的穩(wěn)定性、準確性,我公司還采取以下措施:
軟件程序設(shè)計上,熱量表隨時檢測超聲波信號的幅度和相位,當超聲波信號減弱時,自動增強信號強度,從而降低結(jié)垢對計量的影響。
計量和通信獨立設(shè)計,并定義友好的握手協(xié)議,兩種功能同步進行,避免了因通信帶來的計量延時,保證了計量的實時性,從而使流量、溫度、熱量計量更加穩(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個月采暖期計算,自帶3.5Ah電池在保守設(shè)計按照60%有效容量計算,可保證熱量表有效工作15.31年,*用戶對電池的使用需求,同時熱量表積分儀配備電池更換口(出廠時公司已進行專業(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),減小測量過程受介質(zhì)中雜質(zhì)的干擾,避免化學物質(zhì)和磁性材料等的影響;高精度差分電路及鎖相技術(shù)的應用,可以大幅度提高對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℃;超聲波計時芯片,時間分辨力達到65Ps,*提高了對超聲波信號的捕獲能力。保證了寬流量測量范圍,使流量量程比達到了100:1,同時保證了熱量表2級的高準確度等級。
(3)采用低傳熱高散熱準備效率的材料封裝超聲波換能器(耐高溫壓電陶瓷片),長時間使用后換能器性能無變化,保證流量計量的*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,防護等級達到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)計和*的電源管理技術(shù)實現(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。
(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;安裝時表前表后無需預留直管段時,不影響表計精度,連接方式為密封螺紋連接,連接方式符合國家相關(guān)標準。
(7)熱量表的殼體防塵、防水浸入,具有足夠的機械強度和耐腐蝕性。
(8)熱量表外殼防護等級滿足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的浪涌沖擊下進行正反五次試驗不損壞。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,當受到強度不大于100kA/m的磁場干擾時,能正常工作,不影響其計量特性。
(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)熱量表的準確度滿足CJ128-2007行業(yè)標準中2級的要求,重復性好,且準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)及其十進制倍數(shù)顯示,瞬時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大計量熱功率下持續(xù)運行6000h不超過zui大顯示值;持續(xù)運行1h,zui小顯示位數(shù)的步進大于一位。
(17)熱量表具備光電接口,出廠標配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。通信信號線長度出廠標配1米,并可根據(jù)用戶需求增加。
(18)熱量表的流量量程比達到100:1,額定工作壓力1.6MPa,工作時熱量計量的溫差靈敏度可達0.3℃。同時可根據(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)流量傳感器線長可達3.5米,溫度傳感器線長標配1.5米。
(19)熱量表采用內(nèi)置電池,并且具有欠壓提示,同時電源中斷時,自動存儲斷電前的數(shù)據(jù),恢復電源時,自動恢復計量功能。
(20)熱量表具有斷電保護、故障自動報警功能。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)熱量表配套上位機抄表軟件具有熱冷量費用統(tǒng)計功能,并具有表前通斷閥遠控功能,能夠?qū)崿F(xiàn)表聯(lián)網(wǎng)一體式的供熱管理,既解決了表計量后付費的收費難問題,又避免了卡式預付費定點、刷卡用熱的繁瑣操作。
(22)熱量表配套上位機抄表軟件具有計量數(shù)據(jù)單位識別功能,抄錄數(shù)據(jù)后能夠根據(jù)用戶設(shè)置自動轉(zhuǎn)換為收費用計量單位,方便收費管理統(tǒng)一。