基于新型動(dòng)文丘里管流量計(jì)的熱量表的制作方法
【專利摘要】一種基于新型動(dòng)文丘里管流量計(jì)的熱量表，屬于計(jì)量供熱系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】；針對(duì)我國供熱系統(tǒng)水質(zhì)較差，熱量表使用機(jī)械式流量計(jì)易堵塞、使用電磁式或超聲波流量計(jì)性能不穩(wěn)定且較貴的現(xiàn)狀，本發(fā)明采用單波紋管動(dòng)文丘里管流量計(jì)作為熱量表核心組成部件，該流量計(jì)有在單波紋管內(nèi)腔安裝動(dòng)文丘里管和將單波紋管中段直接制作動(dòng)文丘里管廓形兩種結(jié)構(gòu)形式，并在流量計(jì)波紋管內(nèi)腔波谷處填充撓性過濾介質(zhì)防止堵塞；該流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低、體積小、功耗極低、流動(dòng)阻力損失小、使用年限長、精度高、不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)，因此，基于該流量計(jì)的熱量表可解決現(xiàn)有熱量表難以被推廣的許多問題，能夠滿足我國分戶計(jì)量供熱系統(tǒng)對(duì)合用的戶用型熱量表的迫切需求。
【專利說明】基于新型動(dòng)文丘里管流量計(jì)的熱量表

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在計(jì)量供熱系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】中對(duì)供熱量進(jìn)行計(jì)量的儀表，特別是基 于流量計(jì)的熱量表。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，我國北方城市多數(shù)集中供熱系統(tǒng)仍按面積收費(fèi)，這種結(jié)算方式既不科學(xué)也 不公平合理，因此實(shí)施按實(shí)際用熱量分戶計(jì)量收費(fèi)的結(jié)算方式勢在必行，這將有助于提高 采暖住宅用戶的舒適度，并能大幅度地節(jié)約能源。熱量表作為計(jì)量供熱系統(tǒng)的核心部件，通 常由熱水流量計(jì)、溫度傳感器和積算儀三部分組成的，其中積算儀根據(jù)流量計(jì)送來的熱水 流量信號(hào)、溫度傳感器送來的供水溫度信號(hào)與回水溫度信號(hào)計(jì)算出用戶所消耗的熱量。由 于基于溫度傳感器的測溫技術(shù)已經(jīng)比較成熟，流量計(jì)就成了熱量表能否獲得廣泛應(yīng)用的關(guān) 鍵，目前熱量表使用的流量計(jì)主要有機(jī)械式流量計(jì)、電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)。由于多種 原因，我國供熱系統(tǒng)的水處理環(huán)節(jié)薄弱，水質(zhì)比較差，極易造成分戶計(jì)量供熱系統(tǒng)中所使用 的戶用型熱量表內(nèi)的機(jī)械式流量計(jì)被堵塞；如果戶用型熱量表使用超聲波流量計(jì)或電磁流 量計(jì)，則它們不但仍會(huì)受到水質(zhì)不佳的影響，且造價(jià)較高，其實(shí)并不適合我國現(xiàn)有國情。因 此，設(shè)計(jì)一種基于節(jié)流裝置流量計(jì)，因而價(jià)格低，但性能優(yōu)越的熱量表，就是一項(xiàng)很有意義 的工作。在流量測量領(lǐng)域，節(jié)流裝置的發(fā)展有一個(gè)較長的歷史進(jìn)程。早在17世紀(jì)初，卡斯 特里和托里拆利的研究就為節(jié)流裝置奠定了理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)20年代，美國和歐洲一些 國家?guī)缀跬瑫r(shí)開始進(jìn)行大規(guī)模的節(jié)流裝置的試驗(yàn)研究，由此產(chǎn)生了至今仍廣泛使用的差壓 式流量計(jì)。但很可惜，這些歐美科學(xué)家因循了此前的固定式節(jié)流裝置的研究模式，導(dǎo)致他們 研制出的差壓式流量計(jì)并沒有發(fā)揮出節(jié)流裝置應(yīng)有的全部優(yōu)點(diǎn)。其實(shí)在波紋管僅僅提出 十幾年以后的1855年，德國就已經(jīng)最先發(fā)表了制造波紋管的專利，在此基礎(chǔ)上，完全可以 研制出性能更佳的動(dòng)節(jié)流元件流量計(jì)。為了充分發(fā)揮節(jié)流裝置在流量測量中的優(yōu)勢性能， 專利 申請人:研制了多種新型動(dòng)節(jié)流元件流量計(jì)。在被測流體工作壓力較高的場合，可使用 "內(nèi)置式中部通孔動(dòng)節(jié)流元件流量計(jì)"（專利號(hào)ZL201210118468. 1);而在被測流體工作壓力 不太高的場合，可使用結(jié)構(gòu)更簡單的"中部通孔動(dòng)節(jié)流元件配接彈性膜片或波紋管的流量 計(jì)"（專利號(hào)ZL201110187493.0)。上述兩種流量計(jì)均采用孔板、噴嘴或文丘里管廓形的中 部通孔的動(dòng)節(jié)流元件作為流量計(jì)的核心部件。與差壓式流量計(jì)比較，上述流量計(jì)有下列優(yōu) 點(diǎn)。首先，該流量計(jì)不使用導(dǎo)壓管，而是直接測量流體對(duì)動(dòng)節(jié)流元件的推力，因而結(jié)構(gòu)更簡 單，價(jià)格也更低。其次，差壓式流量計(jì)主要使用孔板，而該流量計(jì)主要使用動(dòng)文丘里管，因而 流動(dòng)阻力小、使用壽命長、測量精度也更高。再次，由于該流量計(jì)主要使用動(dòng)文丘里管，又沒 有導(dǎo)壓管，防堵塞能力也大大優(yōu)于差壓式流量計(jì)。最后，由于該流量計(jì)不使用導(dǎo)壓管，因而 可測量小管徑流量，使用范圍更廣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 現(xiàn)有熱量表沒有合適的配套流量計(jì)是其難以推廣的重要原因，而使用動(dòng)文丘里管 流量計(jì)與熱量表配套是解決上述難題的一種途徑。在"基于動(dòng)文丘里管流量計(jì)的熱量表" (專利號(hào)ZL201210118378. 2)中，對(duì)于熱水工作壓力較高的樓棟熱量表，采用了"內(nèi)置式中 部通孔動(dòng)節(jié)流元件流量計(jì)"，對(duì)于熱水工作壓力不太高的戶用型熱量表或樓棟熱量表，采用 "中部通孔動(dòng)節(jié)流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計(jì)"。但在"中部通孔動(dòng)節(jié)流元件配接 彈性膜片或波紋管的流量計(jì)"中，在動(dòng)節(jié)流元件兩端各配接一個(gè)波紋管是一個(gè)比較困難的 工藝，這是因?yàn)槭贡”诮饘俨y管與動(dòng)節(jié)流元件相互連接存在問題，無論螺紋連接或焊接 都因?yàn)椴y管的壁較薄而較難實(shí)施。因此，需要設(shè)計(jì)一種基于單波紋管結(jié)構(gòu)的動(dòng)文丘里管 流量計(jì)的熱量表，克服上述動(dòng)節(jié)流元件流量計(jì)在加工工藝上遇到的困難。設(shè)計(jì)出的新型熱 量表具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、精度高、使用壽命長、受水質(zhì)不佳影響小、適于小管徑小流量測 量的特點(diǎn)，是一種綜合效果較佳的熱量表。
[0004] 本發(fā)明為解決其技術(shù)要求所采用的技術(shù)方案如下：研制的是一種基于新型動(dòng)文丘 里管流量計(jì)的熱量表，由動(dòng)文丘里管流量計(jì)、溫度傳感器和積算儀三部分組成，如說明書附 圖中的圖1所示，圖中電橋、放大電路與v/ι轉(zhuǎn)換電路可認(rèn)為是附屬于溫度傳感器的；對(duì)于 分戶計(jì)量供熱系統(tǒng)，為降低造價(jià)，熱量表采用子母表的結(jié)構(gòu)形式，每戶一塊的戶用型熱量表 為子表，子表只包括動(dòng)文丘里管流量計(jì)、溫度傳感器兩部分，積算儀作為每個(gè)樓棟口一塊的 總熱量表為母表，母表接收各塊子表送來的信號(hào)，并顯示各塊子表瞬時(shí)熱量、已消耗的累積 熱量等信息；熱量表的新型動(dòng)文丘里管流量計(jì)為單波紋管動(dòng)文丘里管流量計(jì)，該流量計(jì)有 兩種結(jié)構(gòu)形式：一種結(jié)構(gòu)形式是在一個(gè)波紋管內(nèi)腔中部安裝一個(gè)動(dòng)文丘里管，動(dòng)文丘里管 的位置固定配件安裝在波紋管外表面的中部，波紋管一端與熱量表流量計(jì)表殼的被測流量 入口端密封連接，波紋管另一端與熱量表流量計(jì)表殼的被測流量出口端密封連接，動(dòng)文丘 里管及其固定配件由彈性支承簧片承重，每個(gè)支承簧片一端與固定配件固定連接，另一端 與熱量表表殼固定連接；另一種結(jié)構(gòu)形式是將一個(gè)波紋管中段的形狀制作成動(dòng)文丘里管 廓形，動(dòng)文丘里管廓形的形狀固定配件安裝在波紋管該廓形的外表面上，波紋管一端與熱 量表流量計(jì)表殼的被測流量入口端密封連接，波紋管另一端與熱量表流量計(jì)表殼的被測流 量出口端密封連接，波紋管的動(dòng)文丘里管廓形及其固定配件由彈性支承簧片承重，每個(gè)支 承簧片一端與固定配件固定連接，另一端與熱量表流量計(jì)表殼固定連接。支承簧片由薄彈 簧鋼片制成，其特點(diǎn)是，支承簧片在豎直方向上的剛度很大，可以在無豎直方向位移的情況 下，將動(dòng)文丘里管及其固定配件的重量傳遞到表殼殼體上；而支承簧片在管道軸向上的剛 度又很低，使得動(dòng)文丘里管有軸向位移時(shí)，支承簧片產(chǎn)生的反彈力相對(duì)于被測熱水的推力 可以忽略。
[0005] 本發(fā)明的有益效果是，與差壓式流量計(jì)相比，本熱量表中的單波紋管動(dòng)文丘里管 流量計(jì)和已有專利"中部通孔動(dòng)節(jié)流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計(jì)" 一樣，具有結(jié) 構(gòu)簡單、價(jià)格低、阻力損失小、使用壽命長、精度高、防堵塞、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。并且，與己 有專利"中部通孔動(dòng)節(jié)流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計(jì)"相同，單波紋管動(dòng)文丘里管 流量計(jì)依據(jù)的也是比電磁式、超聲波式等其他流量計(jì)測量原理更基本的流量特性(節(jié)流原 理)，因而比它們的適應(yīng)性和可靠性更高。比如，當(dāng)測量條件大幅偏離允許范圍時(shí)，被測熱水 對(duì)動(dòng)文丘里管產(chǎn)生的推力是不會(huì)跟著消失的，頂多是測量誤差增大一些；而電磁式、超聲波 式等流量計(jì)的測量誤差則要大得多，甚至可能使這些流量計(jì)的測量功能失效。最后，單波 紋管動(dòng)文丘里管流量計(jì)優(yōu)于已有專利"中部通孔動(dòng)節(jié)流元件配接彈性膜片或波紋管的流量 計(jì)"的是，由于動(dòng)文丘里管是安裝在單波紋管內(nèi)，甚至是直接將動(dòng)文丘里管廓形制作在單波 紋管中段，沒有薄壁波紋管與動(dòng)節(jié)流元件連接上的制造工藝?yán)щy問題，因而，本發(fā)明簡化了 動(dòng)文丘里管流量計(jì)的制造工藝，降低了其制造成本。由上述可見，該型流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，因 而價(jià)格與機(jī)械式流量計(jì)相當(dāng)，比其它流量計(jì)的價(jià)格低得多，卻具有精度高、體積小、阻力損 失小、不易堵塞、功耗小、使用壽命長等特點(diǎn)，因而基于單波紋管動(dòng)文丘里管流量計(jì)的熱量 表具有極廣闊的發(fā)展前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1是本發(fā)明各組成部分的方框圖。
[0007] 圖2是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0008] 圖3是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中支承簧片的原理示意圖。
[0009] 圖4是本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0010] 圖5是本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0011] 圖6是本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0012] 圖2、3、4、5、6中1.動(dòng)文丘里管，2.波紋管，3.雙孔懸臂梁，4.應(yīng)變片，5.表殼蓋， 6.表殼，7.密封墊圈，8.開口卡圈，9.平墊圈，10.表殼入口的供水接管，11.表殼出口的供 水接管，12.下固定瓦，13.上固定瓦，14.支承簧片，15.回水管，16.熱量表分表電子電路， 17.鎖緊螺帽，1S.撓性過濾介質(zhì)，19.供水溫度敏感元件，20.回水溫度敏感元件，21.供水 溫度敏感元件輸出電纜，22.回水溫度敏感元件輸出電纜，23.應(yīng)變片連接電纜。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 在以下各實(shí)施例里面，為使文字更簡明，在各實(shí)施例的附圖中，部件位置關(guān)系規(guī) 定：以左側(cè)為前，以右側(cè)為后。
[0014] 實(shí)施例一 在圖2的實(shí)施方案中，熱量表內(nèi)的流量計(jì)將動(dòng)文丘里管1放置在一個(gè)波紋管2的內(nèi)腔 中部，動(dòng)文丘里管1兩端的外直徑稍小于其中間部分的外直徑，上固定瓦13與下固定瓦12 兩端凸緣的內(nèi)側(cè)面具有與波紋管2外表面波谷相匹配的形狀，由于波紋管是薄壁的，很容 易產(chǎn)生輕微的變形，因此，當(dāng)上固定瓦13與下固定瓦12相互鎖緊時(shí)，波紋管2外面的固定 瓦內(nèi)凸緣能夠卡住動(dòng)文丘里管1直徑稍小的兩端外邊緣，使動(dòng)文丘里管1與波紋管2中間 各波的相互位置在測量過程中保持不變。從圖3中可以看到，動(dòng)文丘里管1、上固定瓦13與 下固定瓦12的重量是由四個(gè)支承簧片14支承的，支承簧片14上有豎直向波紋，可以保證 支承簧片14在豎直方向上有較大的剛度，同時(shí)在管道軸向上剛度又很低。支承簧片14的厚 度在滿足垂直方向剛度的情況下應(yīng)盡量的薄，因而當(dāng)動(dòng)文丘里管1有軸向位移時(shí)，支承簧 片14產(chǎn)生的反彈力相對(duì)于熱水推力可以忽略不計(jì)。為便于流量計(jì)裝配，在波紋管2穿過表 殼6前、后通孔后，將鎖緊后外徑大于表殼6前、后通孔直徑的開口卡圈8卡入波紋管2兩 端波谷處，再將安裝在表殼入口接管10和表殼出口接管11上的密封墊圈7與波紋管2兩 端密封面接觸，最后用螺絲將表殼入口接管10、表殼出口接管11壓緊在表殼6上，波紋管2 兩端就被固定在表殼 6的前、后通孔處，并形成一個(gè)被測熱水從流量計(jì)表殼入口接管10流 入，然后流經(jīng)動(dòng)文丘里管1，再由流量計(jì)表殼出口接管11流出的無泄漏的流動(dòng)通道。當(dāng)被測 熱水流過動(dòng)文丘里管1時(shí)，熱水的流量越大，熱水對(duì)動(dòng)文丘里管1的推力也越大，動(dòng)文丘里 管1又通過上固定瓦I3上的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將這個(gè)推力作用在力傳感器的彈性元件雙孔懸臂梁3 上，雙孔懸臂梁3產(chǎn)生與推力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變，使得分別貼在雙孔懸臂梁 3正、負(fù)應(yīng)變區(qū)的應(yīng)變 片4的電阻產(chǎn)生差動(dòng)變化，這個(gè)電阻的差動(dòng)變化經(jīng)力傳感器中的電橋與放大器進(jìn)一步處理 后輸出與推力對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。為了熱量表信號(hào)遠(yuǎn)傳的需要，力傳感器采用了 8管腳單芯片 的XTR115型二線制電流變送器，其通信與供電線路合一，無需再單獨(dú)敷設(shè)通信纜線。本熱 量表采用每單元設(shè)一總表，每戶一分表的工作模式，以大幅減少每戶分表的造價(jià)。該分表自 身不設(shè)電源，由遠(yuǎn)處總表的電源通過上述兩根通信、供電共用線纜供電。分表僅實(shí)時(shí)測量熱 水流量及溫度的瞬時(shí)值，由總表統(tǒng)一對(duì)各表瞬時(shí)值進(jìn)行累計(jì)熱量的積算并統(tǒng)一給各分表供 電。通常使用智能化總表和模擬化分表，總表對(duì)各分表分時(shí)供電，即僅在對(duì)某塊分表采樣以 讀取其瞬時(shí)值時(shí)，才對(duì)其供電，這既大大減小了總表電源容量，又大大減小了各塊分表的功 耗。當(dāng)分表輸出為4?20mA直流信號(hào)，總表電源為24V直流電壓時(shí)，采樣時(shí)間20s，采樣開 關(guān)閉合時(shí)間〈0.02s，則每塊分表月耗電僅0.2度。這個(gè)耗電量雖然仍比僅在讀取累計(jì)值時(shí) 才通電的光電直讀式熱量表的耗電量多一點(diǎn)，但這個(gè)耗電量顯然已經(jīng)可以很好地滿足熱量 表經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，何況其還有進(jìn)一步減少的余地。另外，由于分表輸出的是4?20mA活 零點(diǎn)的直流信號(hào)，使得智能總表很容易判斷各分表斷線和短路故障。力傳感器電路以單芯 片的XTR115型二線制電流變送器為主體，總表引出的兩根線纜分別接至每塊分表力傳感 器電路XTR115的4、7管腳，給XTR115供電并接受其輸出的4?20mA直流信號(hào)的熱水瞬時(shí) 值，貼在雙孔懸臂梁上的應(yīng)變片組成的電橋由XTR115的1、3管腳間接供電。XTR115外接的 幾個(gè)電子元件中無電感器，電容器數(shù)值也很?。?. 01 μ F)，這種電路設(shè)計(jì)有利于縮短每塊分 表對(duì)應(yīng)的總表采樣開關(guān)閉合所需的時(shí)間。
[0015] 與經(jīng)典文丘里管的廓形相比，由于動(dòng)文丘里管1沒有取壓管，所以經(jīng)典文丘里管 為取壓所設(shè)的入口圓筒段與圓筒形喉部都沒有保留的必要，故動(dòng)文丘里管1廓形只有圓錐 收縮段和圓錐擴(kuò)散段。另外，為縮短動(dòng)文丘里管1長度，圓錐收縮段的圓錐角度取為40°， 圓錐擴(kuò)散段的圓錐角度取為15°。在直徑比β =0.4?0.75范圍內(nèi)，動(dòng)文丘里管1全長大 約只是管徑的1. 5?2. 0倍。由于動(dòng)文丘里管1的長度大大小于經(jīng)典文丘里管，在β >0. 6 時(shí)，其壓損甚至小于經(jīng)典文丘里管。在最大流量和動(dòng)文丘里管1 口徑不變的情況下，直徑比 β越大，壓損越小，動(dòng)文丘里管1也越短，但被測熱水在動(dòng)文丘里管1上產(chǎn)生的最大推力也 越小，對(duì)力傳感器的要求較高。由于被測熱水在動(dòng)文丘里管1上產(chǎn)生的最大推力比動(dòng)孔板 小得多，因此需要使用小量程的力傳感器。如按常規(guī)方法設(shè)計(jì)小量程力傳感器，則必然使得 其彈性元件的剛度很小，但這要導(dǎo)致力傳感器的非線性、重復(fù)性、滯后和蠕變等性能指標(biāo)變 壞，達(dá)不到高準(zhǔn)確度的要求。目前，通常采用低彈性模量的鋁合金雙孔懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性元件 的設(shè)計(jì)方案來解決靈敏度與剛度這對(duì)矛盾。采用上述雙孔懸臂梁結(jié)構(gòu)后，由于把應(yīng)變片4 貼在雙孔懸臂梁3的應(yīng)力集中處，即使在整個(gè)量程范圍內(nèi)作用在雙孔懸臂梁3上的力都很 小，梁的撓度也始終小于一個(gè)微量數(shù)值，但在雙孔懸臂梁3粘貼應(yīng)變片4處產(chǎn)生的應(yīng)變卻比 較大，能夠滿足后續(xù)處理電路的要求。
[0016] 被測熱水作用在動(dòng)文丘里管1上的推力與被測流量之間關(guān)系的分析如下：動(dòng)文丘 里管1安置在水平直管道上，這樣，研究動(dòng)文丘里管1前、后被測熱水的位能變化時(shí)就只需 考慮靜壓能，因此根據(jù)流體力學(xué)可以得出

【權(quán)利要求】
1. 一種基于新型動(dòng)文丘里管流量計(jì)的熱量表，由動(dòng)文丘里管流量計(jì)、溫度傳感器和積 算儀三部分組成，其特征是：熱量表的新型動(dòng)文丘里管流量計(jì)為單波紋管動(dòng)文丘里管流量 計(jì)，在該流量計(jì)中，在一個(gè)波紋管（2)內(nèi)腔中部安裝一個(gè)動(dòng)文丘里管（1 )，動(dòng)文丘里管（1)的 位置固定配件（12、13)安裝在波紋管（2)外表面的中部，波紋管（2) -端與熱量表流量計(jì)表 殼（6 )的被測流量入口端密封連接，波紋管（2 )另一端與熱量表流量計(jì)表殼（6 )的被測流量 出口端密封連接，動(dòng)文丘里管（1)及其固定配件（12、13)由彈性支承簧片（14)承重，每個(gè)支 承簧片（14 ) 一端與固定配件（12、13 )固定連接，另一端與熱量表流量計(jì)表殼（6 )固定連接。
2. -種基于單波紋管動(dòng)文丘里管流量計(jì)的熱量表，由動(dòng)文丘里管流量計(jì)、溫度傳感器 和積算儀三部分組成，其特征是：熱量表的新型動(dòng)文丘里管流量計(jì)為單波紋管動(dòng)文丘里管 流量計(jì)，在該流量計(jì)中，將一個(gè)波紋管（2)中段的形狀制作成動(dòng)文丘里管廓形，動(dòng)文丘里管 廓形的形狀固定配件（12、13)安裝在波紋管（2)該廓形的外表面上，波紋管（2)-端與熱量 表流量計(jì)表殼（6)的被測流量入口端密封連接，波紋管（2)另一端與熱量表流量計(jì)表殼（6) 的被測流量出口端密封連接，波紋管（2)的動(dòng)文丘里管廓形及其固定配件（12、13)由彈性 支承簧片（14)承重，每個(gè)支承簧片（15) -端與固定配件（12、13)固定連接，另一端與熱量 表流量計(jì)表殼（6)固定連接。
【文檔編號(hào)】G01F1/44GK104215360SQ201410521283
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】王可崇 申請人:王可崇