国内户用超声波热量表技术现状

反射器是流量传感 器 里 面 主 要 的 阻 挡 部 件，对 反 射 器 结 构 进 行 改 造 ，尽 量 减 少 阻 挡 水 流 的 横 截 面 积 ，减 小 阻 力 的 同时也减少水中絮状物的缠绕。
１）立柱式反 射 器。 部 分 企 业 将 流 量 传 感 器 的 超 声 波 反射器改为立柱式结构（见图２），以 减 小 压 损，并 采 用 铆 接 方 式 与 管 壁 连 接 ，连 接 稳 固 ，变 形 小 。
① 王树铎．关于我国热量表的 历 史、现 状 和 发 展．供 热 制 冷，２００５ （５）：６５－６７
传 感 器 的 情 况 ，进 行 了 大 量 研 究 ，取 得 了 一 系 列 的 成 果 。 笔 者针对这些较有特点的设计思路作一介绍。 ２ 流 量 传 感 器 结 构 改 进
国内超声波热量表流量传感器的结构改进主要集中在 减压 损、防 堵 塞、减 涡 流 和 防 结 垢 方 面，以 适 应 国 内 较 差 供 热水质。其次还包括了提高检测精度等。 ２．１ 减 压 损 设 计
图 ４ 片 状 不 锈 钢 反 射 器
２．２ 减 涡 流 设 计 由 于 水 流 经 过 阀 门 或 受 管 径 变 化 等 因 素 影 响 时 ，会 产
生 不 同 程 度 的 涡 流 ，一 方 面 影 响 超 声 波 信 号 的 正 常 传 输 ， 另 一 方 面 使 得 管 道 内 流 态 不 均 匀 ，从 而 对 测 量 精 度 造 成 一 定 的 影 响 。 部 分 企 业 在 结 构 中 提 出 了 “整 流 片 ”概 念 ， 在 流 量 传 感 器 管 道 两 侧 增 加 如 图５ 所 示 的 整 流 片 ，减 少 涡 流（湍 流 ）影 响 ，以 提 高 流 量 测 量 精 度 和 稳 定 性 。 上 文 所 述的片状不 锈 钢 反 射 器 也 具 有 该 功 能。但 是 实 验 发 现， 整 流 片 仅 适 用 一 定 管 径 范 围 ，对 于 过 小 、过 大 管 径 都 发 挥 不出作用。
图 ６ 整 流 腔 与 流 线 型 反 射 镜 支 架 ２．４ Ｗ 形反射设计
由 于 小 口 径 热 量 表 管 径 小 ，超 声 波 声 程 短 ，测 量 误 差 较 大 ，户 用 超 声 波 热 量 表 在 流 量 计 管 段 增 加 一 个 反 射 镜 ，采 用 Ｗ 形超声反射方式代替常见 的 Ｕ 形 反 射 方 式（见 图 ７），以 延 长 超 声 波 传 播 距 离 ，减 小 测 量 误 差 ，提 高 测 量 精 度 和 可 靠 性。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｈｅａｔ ｍｅｔｅｒ，ｓｅｎｓｏｒ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ，ａｎｔｉ－ｃｌｏｇｇｉｎｇ，ａｎｔｉ－ｓｃａｌｉｎｇ
★ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＭＯＨＵＲＤ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ
关键词 超声波热量表 传感器 减压损 防堵塞 防结垢
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｈｅａｔ ｍｅｔｅｒｓ
Ｂｙ Ｌｉｎபைடு நூலகம்Ｗｅｎｚｈｕｏ★ ａｎｄ Ｗａｎｇ Ｓｈｕｄｕｏ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｔｗｏ ｙｅａｒｓ，ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｈｅａｔ ｍｅｔｅｒｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ， ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｆｌｏｗ ｓｅｎｓｏｒｓ ｍａｉｎｌｙ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ，ａｎｔｉ－ｃｌｏｇｇｉｎｇ，ｅｄｄｙ ｒｅｌｅａｓｉｎｇ， ａｎｔｉ－ｓｃａｌｉｎｇ，ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ，ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ．
与机械式热量表相 比，超 声 波 热 量 表 没 有 活 动 机 械 部 件 ，从 原 理 上 讲 ，其 压 损 小 于 机 械 式 热 量 表 。 但 是 由 于 户 用 超声波表管 径 较 小，又 要 进 行 缩 径，加 上 反 射 器 的 阻 挡 作 用 ，导 致 阻 力 增 加 ，使 压 损 未 见 得 明 显 减 小 。 目 前 国 内 有 几 家企业分别采取了 改 变 反 射 器 形 状、尺 寸，改 变 反 射 方 式， 改 变 管 段 结 构 等 设 计 ，以 达 到 减 小 压 损 的 目 的 。
３）方形角容易 出 现 湍 流，导 致 水 力 流 场 不 均 匀 变 化， 其次管道流通截面积 发 生 了 变 化，需 要 大 量 实 验 对 流 量 进 行修正。有些企业除 了 进 行 修 正 外，在 超 声 波 热 量 表 安 装 时还加长进水管段长度以减小涡流产生的影响。 ２．１．２ 改 进 反 射 器 结 构
２）叉臂式片 状 不 锈 钢 反 射 器。 一 些 企 业 采 用 叉 臂 结 构反射镜（见图３），同时底部 采 用 圆 环 结 构 与 管 壁 硬 连 接 ， 与管体连接更为稳固。
图 ３ 叉 臂 式 片 状 不 锈 钢 反 射 器 ３）片状不锈 钢 反 射 器。 采 用 与 束 流 板 为 一 体 的 片 状 不锈钢反 射 器，通 过 过 盈 安 装 固 定 于 测 量 管 段 （见 图 ４）。 该方式具有一定的 束 流 功 能，可 减 少 湍 流，保 证 测 量 稳 定； 且 反 射 体 面 积 较 小 ，可 能 减 小 压 损 并 降 低 始 动 流 量 。
与国内市场变化相 对 应，我 国 的 超 声 波 热 量 表 技 术 在 借鉴国外成熟技术 的 基 础 上，不 断 改 进 提 高。 通 过 对 这 两 年申报建设行业科技成果评估和建设行业科技成果推广的 热量表项目进行统计 和 分 析 发 现：我 国 热 量 表 技 术 不 断 在 进 步 ，尤 其 在 热 量 表 用 超 声 波 流 量 计 方 面 ；很 多 热 量 表 生 产 厂家针对我国供热水 质 较 差，含 有 大 量 杂 质 容 易 堵 塞 流 量
① ☆ 林文卓，男，１９８４年１１月生，工学硕士，工程师 １００８３５ 北京市海淀区三里河路９号 （０１０）５８９３４２７１ Ｅ－ｍａｉｌ：７０４７５１７７９＠ｑｑ．ｃｏｍ
收 稿 日 期 ：２０１２－０８－２０
２０１２（１２）
林 文 卓 ，等 ：国 内 户 用 超 声 波 热 量 表 技 术 现 状
①
１ 概 述 受国内供热计量改造政策推动及国内超声波热量表技
术的影响，我国超声波热量表 经 历 了 一 个 兴 起① 、停 滞 到 再 繁荣的过程。从２００６年开 始 批 量 进 入 市 场，到 ２００７，２００８ 年由于超声波热量表的价格偏高且大量出现故障问题而导 致 使 用 量 大 减 。 近 两 年 ，为 降 低 建 筑 供 暖 能 耗 ，促 进 供 热 节 能 ，国 家 采 取 了 一 系 列 的 措 施 ，包 括 在 北 方 地 区 推 进 供 热 体 制 改 革 ，将 传 统 的 按 建 筑 面 积 收 取 热 费 改 为 按 用 热 量 收 费 ， 从而利用经济杠杆鼓励用户节能。部分省市将热量表作为 热 计 量 的 主 要 手 段 ，同 时 超 声 波 热 量 表 成 本 价 格 不 断 下 降 ， 日 益 接 近 机 械 式 热 量 表 ，推 动 了 超 声 波 热 量 表 市 场 的 扩 大 。 据国内两家销量较大的超声 波 热 量 表 企 业 反 映 ：虽 然 ２０１２ 年 房 地 产 市 场 不 景 气 ，但 是 受 热 计 量 改 造 的 推 动 ，超 声 波 热 量表的销量没有明 显 萎 缩，基 本 与 ２０１１ 年 持 平，这 两 家 的 市 场 销 量 分 别 达 到 ２０ 万 ～５０ 万 块 表 （包 含 贴 牌 部 分 ）。
１ ２９
根据 申 报 材 料 情 况，小 口 径 超 声 波 热 量 表 （ＤＮ２０， ＤＮ２５）的压损基本 在 ２２ｋＰａ左 右，部 分 甚 至 为 ２５ｋＰａ（在 常用流量范围内，根据 检 测 报 告 和 形 式 评 价 报 告 数 据 ），而 部分企业经过结构改 进 后 有 效 地 减 小 了 压 损，压 力 损 失 为 １７，１８ｋＰａ，最 好 的 达 到 了 １４ｋＰａ（ＤＮ２５ 口 径 ）。 ２．１．１ 全 通 径 结 构
由于在建筑供暖设 计 中，对 用 户 管 道 的 压 力 损 失 基 本 要求控制在２０～３０ｋＰａ（２～３ ｍ）。当 热 量 表 压 损 过 大 时， 降 低 了 供 暖 管 网 输 送 能 力 ，降 低 供 热 品 质 ，还 给 旧 管 网 改 造 带 来 困 难 ，同 时 压 损 降 低 也 能 起 到 防 堵 塞 的 作 用 ，因 此 要 求 热量表的压力损失占整个供暖用户管道水头损失的比例不 能过大。
图 ２ 立 柱 式 反 射 器
图 ５ 整 流 片 设 置
２．３ 防 堵 塞 设 计 我国供热水质较 差，管 路 被 氧 化、锈 蚀，水 中 存 在 颗 粒
物与线状杂物等问题 普 遍 存 在，为 防 止 水 中 杂 质 影 响 热 量 表的测量或 杂 物 堵 塞 流 量 传 感 器，ＪＧＪ １７３—２００９《供 热 计 量技术规程》［１］提出，在 安 装 热 量 表 前 必 须 清 洗 管 道 ，并 安
１ ２８
暖通空调 ＨＶ＆ＡＣ ２０１２年第４２卷第１２期
设备开发
国内户用超声波热量表技术现状
住房和城乡建设部科技发展促进中心 林文卓☆ 中国科学院物理研究所 王树铎
摘要 通过统计和分析近两年 科 技 成 果 评 估 和 推 广 的 热 量 表 项 目，介 绍 了 我 国 超 声 波 热 量表的技术发展情况，主要包括流量传感器（减压 损、防堵塞、减涡 流 和防 结垢 方 面 设 计）、元 器 件 选 用 与 设 计 、系 统 软 件 设 计 方 面 。