气体质量流量计

流量计介绍 节流式流量计 流体振动式流量计 质量流量计工作原理和特性 超声波流量计种类介绍 涡轮流量计的特点与安装使用 热线测速计的基本原理 涡街流量计的基本结构 容积式流量仪表的工作原理 均速管流量计的现状与发展 电磁流量计 电磁流量计的基本原理 椭圆齿轮流量计介绍 科里奥利质量流量计的现状与未来 容积式流量计的结构 涡轮流量计的工作原理与结构 流量计类型 IC　卡智能水表 车载气体音速喷嘴流量检定系统 智能化涡街流量测量系统 热线测速计敏感元件的基本构造 质量流量计 国家计量器具检定（流量部分） 超声波多普勒流量计测量原理 涡街流量计的原理 热量表的热量计量原理及计算 科里奥利质量流量计动态特性的研究 —种新颖型的流量计——气体质量流量计 V型 内锥式流量（VNZ流量计） 涡轮流量计 涡轮流量计是一种速度式流量计，其结构如图12.9所示。它主要由涡轮、导流器、壳体和磁电传感器等组成，涡轮的转轴的轴承由固定在壳体上的导流器所支撑。壳体由不导磁的不锈钢制成，涡轮为导磁的不锈钢，它通常有4～8片螺旋形叶片。当流体通过流量计时，推动涡轮使 其以一定的转速旋转，此转速是流体流量的函数。而装在壳体外的非接触式磁电转速传感器输出脉冲信号的频率与涡轮的转速成正比。因此，测定传感器的输出频率即可确定流体的流量。     为了减小流体作用在涡轮上的轴向推力，采用反推力方法对轴向推力进行自动补偿。从涡轮的几何形状可以看出，当流体流过k-k截面时，流速变大而静压力下降，随着流通截面的逐渐扩大，静压力逐渐上升，收缩截面k-k与k`-k`之间产生了不等的静压场。它所形成的压力差，使得作用在涡轮转子上的力（此力的轴向分力与流体的轴向推力反向）抵消一部分流体的轴向推力，从而减轻轴承的轴向负载。采用轴向推力自动补偿 可以提高仪表的寿命和精确度。     流体进口处设有导向环和导向座组成的导流器，它使流体到达涡轮前先导直，避免因流体自旋而改变流体与涡轮叶片的作用角，从而保证仪 表的精确度。为了进一步减小流体自旋的影响，流量计前后都应装有与它口径相同的一段直管段。一般流体进口的直管段长度为管道直径10倍以上，出口直管段长度不小于直径的5倍。     如果忽略轴承的摩擦及涡轮的功率损耗，经分析可知，通过流量计的流体流量qv与传感器输出的脉冲信号频率的关 系为: （12.7） 式中：f—输出电脉冲信号的频率，Hz； —仪表常数（频率—流量转换系数）。     仪表常数反映涡轮流量计的工作特性，它与流量计本身的结构、流体的性质和流体在涡轮周围的流动状态等因素有密切的关系。实验表明，只有当涡轮周围流体的流态为充分紊流状态时，值才能接近一个常数值，此时流量与涡轮的转速近似成线性关系。反之，当通过流体的流态为层流状态时，值将随流体的流量和粘度的变化而改变。虽然值是在非线性范围内，但其复现性仍然很好。因此，只要根据涡轮流量计的输出频 率和流体的粘度对值作适当修正，同样可以在非线性范围内使用。     流体温度变化也影响值，流体温度升高时，流量计本身要膨胀，内径会增大，流速就会降低，因此值也就减小。反之，温度下降值增大，一般每10oC，值变化约为0.05%。同时温度升高使流体粘度减小值要增大。值随温度变化主要是这两个因素的综合影响，因此，可以测定所选用的油液在各种温度下输出信号频率f与值的关系，得出一组f—的特性曲线供测量时使用。 科氏力质量流量计的工作原理和典型结构特性 中国计量研究院流量室 李旭 一、 工作原理 　　如图一所示，截取一根支管，流体在其内以速度V从A流向B，将此管置于以角速度ω旋转的系统中。设旋转轴为X，与管的交点为O，由于管内流体质点在轴向以速度V、在径向以角速度ω运动，此时流体质点受到一个切向科氏力Fc。这个力作用在测量管上，在O点两边方向相反，大小相同，为： δFc ＝ 2ωVδm 　　因此，直接或间接测量在旋转管道中流动的流体所产生的科氏力就可以测得质量流量。这就是科里奥利质量流量计的基本原理。 图1 科里奥利力的形成 　　　　　　　图2 早期科氏力质量流量计 二、 结构 　　早期的科氏力质量流量计的结构如图2所示。将在由流动流体的管道送入一旋转系统中，由安装在转轴上的扭矩传感器，来完成质量流量的测量。这种流量计只是在试验室中进行了试制。 　　在商品化产品设计中，通过测量系统旋转产生科氏力是不切合实际的，因而均采用使测量管振动的方式替代旋转运动。以此同样实现科氏力对测量管的作用，并使得测量管在科氏力的作用下产生位移。由于测量管的两端是固定的，而作用在测量管上各点的力是不同的，所引起的位移也各不相同，因此在测量管上形成一个附加的扭曲。测量这个扭曲的过程在不同点上的相位差，就可得到流过测量管的流体的质量流量。 　　我们常见的测量管的形式有以下几种：S形测量管、U形测量管、双J形测量管、B形测量管、单直管形测量管、双直管形测量管、Ω形测量管、双环形测量管等，下面我们分别对其结构作一简单介绍。 1． S形测量管质量流量计 　　如图3所示，这种流量计的测量系统由两根平行的S形测量管、驱动器和传感器组成。管的两端固定，管的中心部位装有驱动器，使管子振动。在测量管对称位置上装有传感器，在这两点上测量振动管之间的相对位移。质量流量与这两点测得的振荡频率的相位差成正比。 图3 S形质量流量计结构 　　这种质量流量计的工作原理及工作过程，如图4所示。 　　　　　　图4 无流动时位移传感器的输出 　　当测量管中流体不流动时，两根测量管在驱动力作用下（作用在每根管子上的力大小相等、方向相反）作对称的等振幅运动。由于管子两端是固定的，在管子中间振幅最大，到两端逐渐减为零。这时在两个传感器上测得的相位如图4B所示，由图中可以看出，两传感器测得的相位差为零。当测量管内流体以速度V流动时，流体中任意值点的流速，可认为是两个分流速的合成：水平方向Vx及垂直方向Vy（与振动方向相同）。在恒定流条件下，流体沿水平方向的流速Vx保持恒定。从图5中可以看出，管子的进、出口处振幅为零，流体质点垂直移动速度Vx为零； 　　　　　　　　　　　　图5 振动管受力分析 　　当流体质点有进口流入图示振动方向的测量管时，流体质点的垂直流动速度为+Vy，同样在流体质点流向出口时，其垂直流动速度为-Vy。由此可以推出，流体质点在通过振动的测量管时，垂直方向的速度是一个从零逐渐加大，直到中间最大，再逐渐减小到零的过程。由力学原理可知，速度的变化是由加速度引起的，而加速度是力作用于其上的结果。根据这个原理，称这个垂直速度变化为科氏加速度Ac，因此作用于流体质量M上的科氏力为Fc＝Mac。在测量管上与中心距离相等的两点上，作用的科氏力大小相等，方向相反。 　　此科氏力作用在测量管上，就产生了如图5所示的结果，即在中间点上产生一对力，引起测量管轻微的扭曲或变形。而实际上在振荡运动时是两根S管同时所受的振荡，其运动方向相反，受力相等，如图6所示。 图6 作用在测量管上的科氏力 　　随着振荡运动的进行，测量管被周期性地分开、靠拢，科氏力也周期性地作用在两根测量管上，通过安装在测量管上的位移创按其A、B，测出由科氏力引起的测量管相对位置的变化，通常转化为测两点的相位差，如图7所示。这个相位差的大小与质量流量成正比。 图7 位移传感器的输出 2． U形测量管质量流量计 　　如图8所示，U形管为单、双测量管两种结构，单测量管型工作原理 图8a 单U形管结构 图8b 双U形管结构 　　如图9所示，电磁驱动系统以固定频率驱动U形测量管振动，当流体被强制接受管子的垂直运动时，在前半个振动周期内，管子向上运动，测量管中流体在驱动点前产生一个向下压的力，阻碍管子的向上运动，二在驱动点后产生向上的力，加速管子向上运动。这两个力的合成，使得测量管发生扭曲；在振动的另外半周期内，扭曲方向则相反。 图9 U形管工作原理 　　测量管扭曲的程度，与流体流过测量管的值来质量流量成正比，在驱动点两侧的测量管上安装电磁感应器，以测量其运动的相位差，这一相位差直接正比于流过的质量流量。 　　在双U形测量管结构中，两根测量管的振动方向相反，使得测量管扭曲相位相差180度，如图10所示。相对单测量管型来说，双管型的检测信号有所放大，流通能力也有所提高。 图10 测量管变形示意图 3． 双J形管质量流量计 　　如图11所示，两根J形管以管道为中心，对称分布；安装在J形部分的驱动器使管子以某一固定的频率振动。 图11 J形管质量流量计结构 　　其工作原理如图12所示，当测量管中的流体以一定速度流动时，由于振动的存在使得测量管中的流体产生一个科氏力效应。此科氏力作用在测量管上，但在上下两支管上所产生的科氏力的方向不同，管的直管部分产生不同的附加运动，即产生一个相对位移的相位差。 图12 J形管工作原理 　　在双J形管测量系统中，两根管在同一时刻的振动方向相反，加大了其上部与下部两直管间的相对位移的相位差。如图13 所示，在流体不流动时，从A、B两传感器测得的位移信号的相位差为零。 图13 无流动时测量管振动状态 　　当测量管内的流体流动时，在驱动其振动的某一方向上，科氏力产生的反作用力在测量管上的影响结果如图14所示，管1分开和管2靠近时，管1上部运动加快，下部减慢，管2则在相反的方向上同样上部加快，下部减慢；结果在上部和下部安装的传感器测得的信号之间存在一个相位差，如图15所示。这个信号的大小直接反映了质量流量。 图14 有流动时测量管振动状态 图15 传感器输出信号 4． B形管质量流量计 　　如图16所示，流量测量系统由两个相互平行的B形管组成。被测流体经过分流器被均匀送入两根B形测量管中，驱动装置安装在两管之间的中心位置，以某一稳定的谐波频率驱动测量管振动。在测量管产生向外运动时，如图17a所示，直管部分被相互推离开，在驱动器的作用下回路L1'和L1''相互靠近，同样回路L2'和L2''也相互靠近。由于每个回路都由一端固定在流量计主体上，旋转运动在端区被抑制因而集中在节点附近。 图16 B形管质量流量计结构 　　而回路中的流体在科氏力作用下示的回路L1'和L1''相互靠近的速度减慢，而另一端L2'和L2''两回路相互靠近速度增加。 图17 B形管工作时的受力状态 　　在测量管产生向内运动时，如图17b所示，则相反的情况发生。直管段部分在驱动力的作用下相互靠近，而两断面上的两回路朝相互离开的方向运动。管道内流体产生的科氏力叠加在这个基本运动上会使L1'和L1''两回路的分离速度加快，而使L2'和L2''两回路的分离速度减小。 　　通过在端面两回路之间合理的安装传感器，这些由科氏力引入的运动就可用来精确测定流体的质量流量。 5． 单直管形质量流量计 　　这种流量计的结构如图18所示，测量系统由一两端固定（法兰）的直管及其上的振动驱动器组成。 图18 单直管质量流量计结构 　　在管中流体不流动时，驱动器使管子振动，管中流体不产生科氏力，A、B两点受力相等，变化速度相同，如图19b所示。 图19 单直管质量流量计工作原理 　　当测量管中流体以速度V在管中流动时，由于受到C点振动力的影响（此时的振动力是向上的），流体质点从A点运动到C点时被加速，质点产生反作用力F1，使管子向上运动速度减慢；而在C点到B点之间，流体质点被减速，使管子向上的运动速度加快。结果在C点两边的这两个方向相反的力使管子产生一个变形，这个变形的相位差与测管中流体流过的质量流量成正比。 6． 双直管形质量流量计 　　图20 双直管质量流量计结构 图20 双直管质量流量计结构 　　相对单直管来说双直管形可减少压力损失，增大传感器感受信号，其实际中的结构如图20所示，驱动器安放与中心位置，两个光电传感器只与中心两侧对称位置上，其中图20a所示结构测量管受轴向力的影响很小。双直管形质量流量计的工作原理如图21所示，当流体不流动时，光电传感器受到的管子所产生的位移的相位是相同的；当流体介质流过两根振动的测量管时，便产生了科里奥利力，这个力使测量管的振点两边发生相反的位移，振点之前的测管中流体介质使管子振荡衰减，即管子位移速度减慢；振点之后的测管中流体介质使振荡加强，即管子位移速度加快。通过光电传感器，测得两端的相位差，这个相位差在振荡频率一定时正比与测管中的质量流量。 图21 双直管测量原理 7． Ω形测量管质量流量计 　　这种流量计的结构如图22所示，驱动器放在直管部分的中间位置，当管中流体以一定速度流动时，由于驱动器的振动作用，使管子分开或靠近。 图22 Ω形测量管质量流量计结构 　　如图23a，当管子分开时，在振点前的流体中产生的科里奥利力与振动力方向相反，减慢管子的运动速度；而在振点之后管中流体产生的科氏力与振动方向相同，加快管子的运动速度。当驱动器使管子靠近时，如图23b，则产生相反的结果。在A、B两点的传感器可测的两处管字运动的相位差，由此可得到流过测管中流体的质量流量。 图23Ω形管质量流量计测量原理 8． 双环形测量管质量流量计 　　这种流量计有一对平行的带有短直管的螺旋管组成，如图24所示。在管子的中间位置D装有驱动器，使两根测量管受到周期性的相反的振动，在椭圆螺旋管的两端，与中间点D等距离位置上，设置两个传感器，测量这两点的管子间相对运动速度，这两个相对运动速度的相位差与流过测量管中的流体质量流量成正比。 图24 双环形质量流量计 　　其工作原理简述如下：当测管中流体不流动时，振动力使管子产生的变形，在中间点两边是一样的，传感器处的两测点上，测得的振动位移的相位差为零，当测管中流体流动时，在振幅最大点之前，流体质点由于受到科氏力的作用产生一个与振动方向相反的作用力，而在这点之后产生一个与振动方向相同的作用力，由于在同一时刻两根测量管所受到的作用力大小相等，方向相反，因此反映在两传感器处测点上管子的运动速度得到增大或减小，测量这两点的相位差就可得到通过测量管流体的质量流量。 三、 质量流量计结构特性 　　在一个测量系统中，流体质点作用在测量管上的科氏力是很小的，这给精确的测量带来很大的困难。为使测量管产生足够强的信号，就应加大科氏力对测量管的作用或在同样的科氏力的作用下增大测量管的变形。ω 从原理上讲Fc＝2ωVM，在被测流体一定时，只有加大ω或V，才能提高Fc。实际中ω的增加，在仪表上就需要提高振动频率和振动的振幅。振动频率的提高，严重地影响测量管的寿命，而振幅的提高就需提供较大的动力。V的增加就是增加流速，这样即增加了测量管上的静压，也增大流量计对整个系统的压力损失。这些对流量计本身和整个系统都是不利的。 　　另一方面从结构设计上，就要考虑提高科氏力作用在振动管上的效率及提高传感器的检测能力，对后者性能的提高在此不讨论。要想提高科氏力作用在测量管上的效率，必须在结构形状上提高测量管整体的系统弹性，减少钢性，选用弹性好、性能稳定的材料，并准确选择系统的振荡频率。以达到同样的科氏力作用下，测量管的变形量增加。一般来说，测量管的管壁越薄，长度越长，结构形状的系统弹性越好，作用在管上的科氏力就越明显。这样可使测量管的变形加大，信噪比增加，还可减少外界带来的干扰。测量管上所受的应力不要过于集中在一点上，以免造成机械疲劳。应力作用的形式不同，也对管子的疲劳和测量灵敏度造成一定的影响。对于不同的结构，由于其设计思路不同，各有特色，但也存在着一些问题，每一种形式均不可能达到尽善尽美。针对这些问题，制造厂商也不断地对其产品进行改善，以提高其产品的性能，增强其竞争能力。下面就具体的结构对性能的影响进行简单分析。 1． 测量管的形状： 　　测量系统弹性的增加，增大了作用于振动管系统的科氏力的效应，但也增大外界机械噪声的干扰和仪表体积。测量管应尽量减少急剧弯曲，最大可能的增大测量管内径，这样可以减少压力损失。双测量管型的信噪比得到增加，流通能力也增加，别普遍采用。 2． 管壁 　　壁厚增加使管子更具有刚性，也增加了流动时管子的固定质量，减少了流体中夹杂气体时，由于其分布的不均匀引起比重变化对管子振动的影响，同时提高测量管耐压、耐磨性，但会降低系统弹性，影响测量的灵敏性。 3． 制造和安装 　　测量管的形状在制作过程应保证其对称性，在双测量管结构中应保证两根管的一致性，传感器的定位要准确，以减少测量中由于密度或粘度变化对测量结果的影响。流量质量分配的不稳定性，给测量结果的准确性带来影响。 　　从原理上讲，测量管所受科氏力的大小只与流体的质量流量有关，与流体密度、粘度无关。但密度的变化会带来附加的惯性力；而粘度的变化时测量管的内壁附着层不同，产生不同的边界层效应。结果引起测量管的质量分配不稳定，对测量结果的准确度带来影响。 测速式流量计 测速式流量计主要有涡轮流量计,超声波流量计和电磁流量计几种。涡轮流量计是一种速度式流量计，主要由涡轮、导流器、壳体和磁电传感器等组成，涡轮的转轴的轴承由固定在壳体上的导流器所支撑。       超声波流量计是利用多普勒原理测量流量。声波在流体中传播时，处在顺流和逆流的不同条件下，其波速并不相同。测定超声波顺、逆流传播速度之差的方法很多，主要有测量在超声波发生器上、下游等距离处接到超声信号的时间差(时差法)，相位差(相差法)或频率差(频差法)等方法。图12.10所示超声波流量计的结构原理.      电磁流量计由电磁流量传感器、转换器以及显示仪表等组成，也可由电磁流量传感器和显示仪表直接组成。 电磁流量计的基本原理      (一)测量原理     根据法拉第电磁感应定律，当一导体在磁场中运动切割磁力线时，在导体的两端即产生感生电势e，其方向由右手定则确定，其大小与磁场的磁感应强度B，导体在磁场内的长度L及导体的运动速度u成正比，如果B， L，u三者互相垂直，则 e＝Blu                          (3－35)     与此相仿．在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速u流动时，导电流体就切割磁力线．如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极(图3—17)则可以证明，只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极之间也特产生感生电动势：                              e＝BD                         (3－36) 式中， 为管道截面上的平均流速．由此可得管道的体积流量为：                  qv＝ INCLUDEPICTURE "http://www.sensorok.com/tech/images0/dclljd28.gif" \* MERGEFORMATINET ＝ INCLUDEPICTURE "http://www.sensorok.com/tech/images0/dclljd30.gif" \* MERGEFORMATINET                        （3－37） 由上式可见，体积流量qv与感应电动势e和测量管内径D成线性关系，与磁场的磁感应强度B成反比，与其它物理参数无关．这就是电磁流量计的测量原理．     需要说明的是，要使式（3—37）严格成立，必须使测量条件满足下列假定：     ①磁场是均匀分布的恒定磁场；     ②被测流体的流速轴对称分布； ③被测液体是非磁性的； ④被测液体的电导率均匀且各向同性。 图3－17    电磁流量计原理简图 1－磁极；2－电极；3－管道 (二)励磁方式     励磁方式即产生磁场的方式．由前述可知，为使式(3—37)严格成立，第一个必须满足的条件就是要有一个均匀恒定的磁场．为此，就需要选择一种合适的励磁方式。目前，一般有三种励碰方式，即直流励磁、交流励磁和低频方波励磁．现分别予以介绍．     1．直流励磁 直流励磁方式用直流电产生磁场或采用永久磁铁，它能产生一个恒定的均匀磁场．这种直流励磁变送器的最大优点是受交流电磁场干扰影响很小，因而可以忽略液体中的自感现象的影响．但是，使用直流磁场易使通过测量管道的电解质液体被极化，即电解质在电场中被电解，产生正负离子．在电场力的作用下，负离子跑向正极，正离子跑向负极．如图3—18所示．这样，将导致正负电极分别被相反极性的离子所包围，严重影响仪表的正常工作．所以，直流励磁一般只用于测量非电解质液体，如液态金属等． 图3－18  直流励磁方式 2．交流励磁     目前，工业上使用的电磁流量计，大都采用工频(50Hz)电源交流励磁方式，即它的磁场是由正弦交变电流产生的，所以产生的磁场也是一个交变磁场．交变磁场变送器的主要优点是消除了电极表面的极化于扰．另外，由于磁场是交变的，所以输出信号也是交变信号，放大和转换低电平的交流信号要比直流信号容易得多．  如果交流磁场的磁感应强度为               B＝Bm sin t                                    （3－38） 则电极上产生的感生电动势为             e＝Bm D sin t                                  （3－39） 被测体积流量为           qv= D                                    （3－40） 式中  Bm――磁场磁感应强度的最大值；       ――励磁电流的角频率， ＝2 f；       t――时间；       f――电源频率．     由式(3－40)可知，当测量管内径D不变，磁感应强度Bm为一定值时，两电极上输出的感生电动势e与流量qv成正比．这就是交流磁场电磁流量变送器的基本工作原理．     值得注意的是，用交流磁场会带来一系列的电磁干扰问题．例如正交干扰．同相干扰等，这些干扰信号与有用的流量信号混杂在一起．因此，如何正确区分流量信号与干扰信号，并如何有效地抑制和排除各种干扰信号，就成为交流励磁电磁流量计研制的重要课题。     3．低频方波励磁 直流励磁方式和交流励滋方式各有优缺点，为了充分发挥它们的优点，尽量避免它们的缺点，70年代以来，人们开始采用低频方波励磁方式．它的励磁电流波形如图3—19所示，其频率通常为工频的1／4－l／10． 图3－19   方波励磁电流波形 从图3－19可见，在半个周期内，磁场是恒稳的直流磁场，它具有直流励磁的特点，受电磁干扰影响很小．从整个时间过程看，方波信号又是一个交变的信号，所以它能克服直流励滋易产生的极化现象．因此，低频方波励磁是一种比较好的励磁方式，目前已在电磁流量计上广泛的应用．概括一下，它具有如下几个优点：     ①能避免交流磁场的正交电磁干扰； ②消除由分布电容引起的工频干扰； ③抑制交流磁场在管壁和流体内部引起的电涡流； ④排除直流励磁的极化现象． 热量表的热量计量原理及计算 Metering Princiole of Quantity of Heat and Calculation of Heat Meter 摘要  较详细地介绍了热量计量原理和几种常见的热量计量方法. 在分析比较后, 提出了一种采用k系数补偿功能的计量方法, 实现了k系数的温度和压力在线补偿,具有较高的测量精度. 给出了具体的计算实例及其结果. 关键词  热量计量  热量表  热系数  在线补偿 长期以来,我国北方地区城镇居民采暖用热一般按住宅面积而不是按实际用热量计量收费, 导致用户节能意识差, 造成资源的浪费. 显然该计量方法缺乏科学性. 而欧美等发达国家在八十年代初, 热量表的使用已相当普遍, 热力公司以热量表作为计价收费的依据和手段, 节能20%～30%. 作为建筑节能的一项基本措施, 我国国家建设部已将热量计量收费列入《建筑节能“九五”和2010年规划》．因此，研制开发用于采暖计价的热量表势在必行。 热量表一般应具备以下技术要求［１］: ① 总体精度达到OIML一R75的4级; ② 流量计部分的精度，误差＜3%; ③ 温度传感器采用铂电阻测温元件，符合IEC一751标准并精确配对，当供回水的温度差在6℃以内时，测量误差＜0．1℃; ④ 热量表具备热焰和质量密度修证的功能，误差小于0．5%; ⑤微功耗的设计，内藏电池可以连续工作5年。 现在中国市场上的国外热量表技术成熟，标准化程度高，但是价格昂贵。我国对热量表的需求量大，研制开发低成本、符合国际标准的热量表是大势所趋。本文以热量表热量计量原理为基础，介绍了几种常用的热量计量方法，分析比较了各自的优缺点，详细讨论了具有k系 数补偿功能的热量计量方法，该方法实现了k系数的温度和压力在线补偿，因而具有较高的精度。 1热量计量原理 热量表是一种适用于测量在热交换环路中，载热液体所吸收或转换热能的仪器，热量表用法定的计量单位显示热量［１］。热量表又称热能表、热能积算仪，既能测量供热系统的供热量又能测量供冷系统的吸热量。 将一对温度传感器分别安装在通过载热流体的上行管和下行管上，流量计安装在流体入口或回流管上(流量计安装的位置不同，最终的测量结果也不同)，流量计发出与流量成正比的脉冲信号，一对温度传感器给出表示温差的模拟信号，热量表采集来自三路传感器的信号，利用积算公式算出热交换系统获得的热量。热量表系统原理图如图1所示。 图l热量表热量计量系统原理图 传热量一般由载热流体的质量、比热容和温度变化等因素决定。对热量表来说，进出口的焓值还与时间成比例。国内热量表一般采用焓差法计算热量。焓差法的传热公式为 　　　　　　　　　Ｑ＝ 　　　　　　　　　　　　　　　（１） 也可以表示为 　　　　　　　　　　　Ｑ＝ 　　　　　　　　　　　　　　　（２） 式中：Ｑ为释放热量，kj或kW·hqm为质量流量，kg/s; h为进出口焓差，kj/kg; k为热交换系数，kW·h/m3·℃; t 为时间，s； 为进出口温差，℃；qv为累积流量，m3． 目前，国产热量表的热量计量方法基本可以分为以下几种： ①直接焓差法 式中：Ｃpf，Cpr为入口与出口的定压比热容；qv, qm为瞬时体积流量、瞬时质量流量 ， 为入口与出口温度下的载热流体密度； ， 为入口与出口的温度． 该公式计算简单，只要根据实测温度 与 查表得Ｃpf，Cpr， 和 等４个常数，代入式（３）即可［２］．显然，温度测量精度越高，数据表所占的存储空间越大．并且，对于实测温度，需要采用线性插值等近似计算技术，通过搜索与其距离最近的点计算相应的焓值，从而得出瞬时热量．但这一方法会带来人为误差． ②常系数焓差法 式中：Ｃp为定压比热宿容，Cp为常数，使得程序的计算量减少，计算速度大大加快．但是由于流体的密度 进行温度修正．同时由于不能对Cp进行在线温度补偿，该方法的温度适应性较差，不适宜于作为户用型热表的热量计算方法． ③分段式k系数法 式中：k是热交换系数，当压力一定时，它随温度而变化，将其按回水温度进行分类［４］：     r< 1, k=k1 ; 1< r< 2 , k=k2 ; r> 2 , k=k3 . 该方法将热交换系数量化为三个分段常数，在一定程度上对其进行了温度修正．式中三个关键常数凭经验来确定，而且温度区间划分较粗，温度适应性依然较差．因此，分段式k系数法仅适用于对热量计量的精度要求不高，温度变化也较小的情况． 以上无论是焓差法抑或分段式k系数法都可以达到一定的精度，但是其计量方法和计量精度均达不到OIML－Ｒ75国际规程和EN1434欧洲标准等国际标准的规定。 ④k系数偿法 k系数补偿法实现了热指数的在线温度和压力补偿，大幅度提高了热量计量的精度。OIML－R75国际规程和EN1434欧洲标准都对热系数k如何计算有明确的说明[1]。 在载热介质一定的热交换回路中，热系数是压力、温度的函数，可以按下式计算： 式中：q( i)为入口温度或出口温度下载热流体的流量： f, r为入口温度，出口温度；Cp( )为简化计算，引入如下参数： 式中：u= / c1,为比温度； =p/pc1,为比压力； （u, ）为比自由焓，即吉布斯函数（Gibbs function）； c1=647. 3K，pc1=22120000J/m3, 表示载热介质为水时选取的参考温度、参考压力、参考容积[5]。由式（6）、式（7），并引入相应的比参数，热系数为 或 式中：q( i)/qc1=[ / ]ui ; i=r or f。                      （10） 比自由焓 （u, ）的函数关系式如下： 其中， 均为常系数，取值参见文献[5]。根据吉布斯函数[见式（11）]，以及（9）和式（10）即可得到不同温度、压力下的热系数。例如，已知压力为1标准大气压，入口温度70℃、出口温度65℃，流量计安装在回水管时对应的热系数，具体计算如下： 比温度           u= = =0.5224; 比压力          = = =0. 00458 代入以上公式解得             k=1. 141117kW · h · (m3 ·℃)－1 图2给出了在流量计安装在回水管，压力为0.6MPa, 温差为10～40℃时，热系数与入水温度的关系曲线。由图2可以看出，在工作压力和温差保持不变的情况下，入口温度越高，热系数越低；入口温度保持不变时，温差越大，热系数越大。 图2压力为0.6KPa时，热系数k随进、出口温度变化曲线 图3a表示流量计安装在回水管，进口温度保持50℃、温差在10～40℃时，热系数与压力关系曲线；图3b为流量计安装在回水管，进出口温差保持10℃，进口温度在60～90℃变化情况。由图3可以看出，压力在允许范围内的变化对热系数的影响不大，当温度或温差一定时，热系数随压力基本保持不变[6]。因为热量表的实际工作环境近似于定压状态，所以可以认为吉布斯函数近似是温度（入水与回水温度）的函数。温度和流量分别通过温度传感器和流量传感器来测量。 图3 热系数随压力的变化曲线 2  传感器 2．1温度传感器 温度敏感元件采用铂电阻Pt500或Pt1000，在0～630.75℃的温度范围内，铂电阻的阻值与温度的关系式为                   Rt=R0(1+a +b2) 式中：a=3. 96847×10－3/℃；b=－5. 847×10－7/℃2。显然，由铂电阻的阻值很难直接求解出温度值，可以使用表格法线性插值法进行温度的标度变换。即将测得的电阻值与表格内电阻值进行比较，直到Rn