CN105157881A - 基于中部通孔动节流元件类靶式流量计的热量表 - Google Patents

Abstract

一种基于中部通孔动节流元件类靶式流量计的热量表，属于计量供热系统技术领域；针对我国供热系统水质较差，热量表使用机械式流量计易堵塞、使用电磁式或超声波流量计性能不稳定且较贵的现状，本发明采用中部通孔动节流元件类靶式流量计作为热量表核心组成部件，该流量计由中部通孔动节流元件类靶、表壳、表壳盖和传感器组成；类靶位于表壳进口孔道与出口孔道之间，类靶与传感器的一端固定连接，传感器的另一端与表壳盖固定连接；该流量计具有结构简单、价格低、体积小、功耗极低、流动阻力损失小、使用年限长、精度高、不易堵塞等优点，特别是，基于该流量计的热量表能够满足我国分户计量供热系统对合用的户用型热量表的迫切需求。

Description

基于中部通孔动节流元件类靶式流量计的热量表

技术领域

本发明涉及一种在计量供热系统技术领域中对供热量进行计量的仪表，特别是基于中部通孔动节流元件流量计的热量表。

背景技术

目前，我国北方城市多数集中供热系统仍按面积收费，这种结算方式既不科学也不公平合理，因此实施按实际用热量分户计量收费的结算方式势在必行，这将有助于提高采暖住宅用户的舒适度，并能大幅度地节约能源。热量表作为计量供热系统的核心部件，通常由热水流量计、温度传感器和积算仪三部分组成的，其中积算仪根据流量计送来的热水流量信号、温度传感器送来的供水温度信号与回水温度信号计算出用户所消耗的热量。由于基于温度传感器的测温技术已经比较成熟，流量计就成了热量表能否获得广泛应用的关键，目前热量表使用的流量计主要有机械式流量计、电磁流量计和超声波流量计。由于多种原因，我国供热系统的水处理环节薄弱，水质比较差，极易造成分户计量供热系统中所使用的户用型热量表内的机械式流量计被堵塞；如果户用型热量表使用超声波流量计或电磁流量计，则它们不但仍会受到水质不佳的影响，且造价较高，其实并不适合我国现有国情。因此，设计一种用在热量表上的流量计，且该流量计基于节流装置，因而具有价格低、性能优越的特点，就是一项很有意义的工作。

在流量测量领域，节流装置的发展有一个较长的历史进程。早在17世纪初，卡斯特里和托里拆利的研究就为节流装置奠定了理论基础。20世纪20年代，美国和欧洲一些国家几乎同时开始进行大规模的节流装置的试验研究，由此产生了至今仍广泛使用的差压式流量计。但很可惜，这些欧美科学家囿于托里拆利固定式节流元件的研究模式，没有察觉到固定式节流元件其实适合的是实验室工作环境，这导致他们研制出的差压式流量计并没有发挥出节流装置应有的全部优点。为了充分发挥节流装置在流量测量中的优势性能，专利申请人研制了多种新型动节流元件流量计。如“内置式中部通孔动节流元件流量计”（专利号ZL201210118468.1）和“中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流量计”（专利号ZL201110187493.0）。上述两种流量计均采用孔板、喷嘴或文丘里管廓形的中部通孔的动节流元件作为流量计的核心部件。与差压式流量计比较，上述流量计有下列优点。首先，该流量计不使用引压管和膜盒，而是直接测量流体对动节流元件的推力，因而结构更简单，价格也更低。其次，差压式流量计主要使用孔板，而上述流量计主要使用动文丘里管，因而流动阻力小、使用寿命长、测量精度也更高。再次，由于上述流量计主要使用动文丘里管，又没有引压管，因而防堵塞能力也大大优于差压式流量计。另外，由于上述流量计不使用引压管，因而可测量小管径流量，使用范围更广。在专利申请人上述动节流元件流量计中，需要在动节流元件两端或一端配接一个波纹管或弹性膜片，以保证被测流体全部流过动节流元件的中部通孔；另外，靶式流量计或转子流量计也是动节流元件流量计，它们的动节流元件为设置在测量管道中央的圆盘靶或转子，圆盘靶或转子没有中部通孔，被测流体从圆盘靶或转子与测量管道间的环形间隙流过。鉴于上述两点，再考虑到中部通孔动节流元件和圆盘靶均为动节流元件，因此，若以中部通孔动节流元件代替圆盘靶，即可设计出一种不需配接波纹管或弹性膜片的新型结构的中部通孔动节流元件流量计，且该流量计的许多性能是优于靶式流量计的。由于中部通孔动节流元件中部有通孔，在形状上并没有靶的典型特征，只是作用类似于靶，因此可将其称为类靶，并将使用类靶的流量计称为类靶式流量计。根据上述类靶式流量计创意设计的中部通孔动节流元件类靶式流量计具有结构简单、造价低、各方面性能优良并适于小管径流量测量的特点，是一种综合效果较佳的非常适用于热量表的流量计。

发明内容

现有热量表没有合适的配套流量计是其难以推广的重要原因，而使用中部通孔动节流元件类靶式流量计与热量表配套是解决上述难题的一种途径。该中部通孔动节流元件类靶式流量计具有结构简单、造价低、精度高、使用寿命长、受不佳水质影响小、适于小管径小流量测量的特点，使设计出的上述热量表成为一种综合效果较佳的新型热量表。

本发明为解决其技术要求所采用的技术方案如下：研制的是一种基于中部通孔动节流元件类靶式流量计的热量表，由流量计、温度传感器和积算仪三部分组成，如说明书附图中的图1所示，图中电桥、放大电路与V/I转换电路可认为是附属于温度传感器的；对于分户计量供热系统，为降低造价，热量表采用子母表的结构形式，每户一块的户用型热量表为子表，或称为分表，分表只包括动文丘里管流量计、温度传感器两部分，积算仪作为每个楼栋口一块的总热量表为母表，或称为总表，总表接收各块分表送来的信号，并显示各块分表瞬时热量、已消耗的累积热量等信息；热量表的流量计为中部通孔动节流元件类靶式流量计，由中部通孔动节流元件类靶、表壳、表壳盖和传感器组成；表壳与表壳盖密封连接组成流量计壳体，规定中部通孔动节流元件类靶这种筒状或圆环状部件的被测流体流入侧为前端，这种筒状或圆环状部件的被测流体流出侧为后端，这种筒状或圆环状部件在径向内侧的中部通孔部件表面为内表面，这种筒状或圆环状部件在径向外侧的部件表面为外表面，中部通孔动节流元件类靶位于表壳进口孔道与表壳出口孔道之间，将壳体内腔分隔成互相连通的两个腔室，一个是由表壳进口孔道、中部通孔动节流元件类靶的中部通孔、表壳出口孔道组成的内部腔室，一个是位于表壳内表面、表壳盖内表面与中部通孔动节流元件类靶外表面之间的外部腔室，被测流体从表壳进口孔道流入后，大部分流体流过中部通孔动节流元件类靶的中部通孔，小部分流体从中部通孔动节流元件类靶前端的两腔室连通处流入外部腔室，再从中部通孔动节流元件类靶后端的两腔室连通处流回内部腔室，两部分流体在内部腔室重新汇合后，由表壳出口孔道流出，中部通孔动节流元件类靶与传感器的一端固定连接，传感器的另一端与表壳盖固定连接。

本发明的有益效果是，与差压式流量计相比，本热量表中的中部通孔动节流元件类靶式流量计和已有专利“中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流量计”一样，具有结构简单、价格低、阻力损失小、使用寿命长、精度高、防堵塞、应用范围广等优点。与靶式流量计相比，由于类靶的结构特点，类靶式流量计很容易克服靶式流量计的两个主要缺点，即克服其容易受介质温度变化影响产生温漂,抗过载能力较差这两个缺点；在两者性能方面，由于中部通孔动节流元件主要使用动文丘里管，因此动文丘里管类靶式流量计阻力损失更小、防堵塞能力更强、并可测量小管径流量。并且，与已有专利“中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流量计”相同，中部通孔动节流元件类靶式流量计依据的也是比涡街式、电磁式、超声波等其他流量计测量原理更基本的流量特性（节流原理），因而比它们的适应性和可靠性更高。比如，当测量条件严重偏离允许范围（如被测液体中混有大量气泡或者敏感元件结垢）时，被测流体对动节流元件产生的推力是不会有太大变化的，因而顶多就是测量误差增大一些；而涡街式、电磁式、超声波式等流量计的测量误差一般则要大得多，甚至可能使这些流量计的测量功能失效。最后，本流量计优于已有专利“中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流量计”的是，除结构更简单、价格更低以外，由于不需在中部通孔动节流元件上配接弹性膜片或波纹管，生产厂家更容易制造出流量计样机来进行性能验证，更有利于基于中部通孔动节流元件类靶式流量计的热量表的推广应用。由上述可见，该型流量计结构简单，因而价格甚至与机械式流量计相当，比其它流量计的价格低得多，却具有精度高、体积小、阻力损失小、不易堵塞、功耗小、使用寿命长等特点，因而基于中部通孔动节流元件类靶式流量计的热量表具有极广阔的发展前景。

附图说明

图1是本发明各实施例中热量表各组成部分的方框图。

图2是本发明的第一个实施例的结构原理图。

图3是本发明的第一个实施例中流量计的原理示意图。

图4是本发明的第二个实施例中流量计的原理示意图。

图5是本发明的第三个实施例中流量计的原理示意图。

图6是本发明的第四个实施例中流量计的原理示意图。

图7是本发明的第五个实施例中流量计的原理示意图。

图8是本发明的第六个实施例中流量计的原理示意图。

图9是本发明的第七个实施例中流量计的原理示意图。

图2、3、4、5、6、7、8、9中1.动文丘里管类靶，2.双孔悬臂梁，3.应变片，4.表壳，5.表壳盖，6.密封式电缆连接器，7.连接螺栓，8.测量杆，9.挠性管弹性体，10.电容动电极,11.电容静电极，12.电容读取芯片,13.弹性管,14.杯形测量杆，15.绝缘支承棒，16.出线孔，17.基座，18.挠性过滤介质，19.表壳孔道隔热内衬，20.螺栓隔热垫圈，21.表壳盖隔热密封垫圈，22.螺栓隔热套管，23.动孔板类靶，24.表壳进口的供水接管,25.表壳出口的供水接管，26.回水管，27.供水温度敏感元件，28.回水温度敏感元件，29.供水温度敏感元件输出电缆，30.回水温度敏感元件输出电缆，31.应变片连接电缆，32.热量表分表电子电路。

具体实施方式

在七个实施例中，各实施例热量表的组成相同，即均由流量计、温度传感器和积算仪三部分组成，如图1所示。在七个实施例中，只画了一个使用实施例一流量计的热量表结构原理图，如图2所示，这是因为各实施例除了热量表的流量计内部结构不同外，其余部分的结构原理完全相同，没有必要再画六个结构原理图。由于七个实施例中的流量计结构都有所不同，故将七个流量计单独画出，如图3、4、5、6、7、8、9所示。将各实施例中的流量计单独画出的原因还在于，在结构原理图中流量计显得比较小，细节不够清晰。在七个实施例中，只有实施例七采用了动孔板类靶23，在其余六个实施例中，为了减少流动阻力损失和防止污物聚集，中部通孔动节流元件类靶均采用动文丘里管类靶1，动文丘里管类靶1也是类靶式流量计最常用的中部通孔动节流元件类靶。但在有些应用场合，前六个实施例中的动文丘里管类靶1也可被替换为动孔板类靶23或动喷嘴类靶，由于流量计其他部分均可保持原结构形式不变，故不再一一赘述。常用来做类靶的中部通孔动节流元件有动文丘里管、动孔板和动喷嘴，在实际应用中，这些动文丘里管、动孔板和动喷嘴当然既可以是标准节流元件，也可以采用各种非标准节流元件，如采用各种非标准的节流孔板。以下七个实施例中，为叙述简单、确定，被测流体使用热水，但显然被测流体也可以使用其他携热工质，如蒸汽。另外，为使文字更简明，在各实施例的附图中，部件位置关系规定：以左侧为前，以右侧为后。

实施例一

在图2、3的实施方案中，热量表内流量计的动文丘里管类靶1位于表壳4进口孔道与出口孔道之间，力传感器的弹性敏感元件采用双孔悬臂梁2，双孔悬臂梁2上端固定在表壳盖5上，下端通过连接螺栓7与动文丘里管类靶1固定在一起。被测热水从表壳4进口流入后，大部分热水流经动文丘里管类靶1中部通孔形成干流，由于动文丘里管类靶1前后存在压差，在该压差驱动下，小部分热水从动文丘里管类靶1前端环形缝隙流出至外部腔室形成支流，该支流再从外部腔室经动文丘里管类靶1后端环形缝隙流入内部腔室，重新与干流汇合并由表壳4出口流出。当被测热水流过动文丘里管类靶1时，热水的流量越大，热水对动文丘里管类靶1的推力也越大，动文丘里管类靶1将这个推力传递到双孔悬臂梁2上，双孔悬臂梁2产生与推力对应的应变，使得分别贴在双孔悬臂梁2正、负应变区的应变片3的电阻产生差动变化，由这些应变片3组成了力传感器的测量电桥，因此电阻的差动变化使电桥输出电压改变，再经力传感器中放大器与处理电路（图中未画出）进一步处理后输出与推力对应的电信号。为了热量表信号远传的需要，力传感器的电桥与放大器电路采用了8管脚单芯片的XTR115型二线制电流变送器，其通信与供电线路合一，无需再单独敷设通信线缆。本热量表采用每单元设一总表，每户一分表的工作模式，以大幅减少每户分表的造价。该分表自身不设电源，由远处总表的电源通过上述两根通信、供电共用线缆供电。分表仅实时测量热水流量及温度的瞬时值，由总表统一对各表瞬时值进行累计热量的积算并统一给各分表供电。通常使用智能化总表和模拟化分表，总表对各分表分时供电，即仅在对某块分表采样以读取其瞬时值时，才对其供电，这既大大减小了总表电源容量，又大大减小了各块分表的功耗。当分表输出为4～20mA直流信号，总表电源为24V直流电压时，采样时间20s，采样开关闭合时间<0.02s,则每块分表月耗电仅0.4度。这个耗电量虽然仍比仅在读取累计值时才通电的光电直读式热量表的耗电量多一点，但这个耗电量显然已经可以很好地满足热量表经济运行的要求，何况其还有进一步减少的余地。另外，由于分表输出的是4～20mA活零点的直流信号，使得智能总表很容易判断各分表断线和短路故障。力传感器电路以单芯片的XTR115型二线制电流变送器为主体，总表引出的两根线缆分别接至每块分表力传感器电路XTR115的4、7管脚，给XTR115供电并接受其输出的4～20mA直流信号的热水流量瞬时值，贴在双孔悬臂梁上的应变片组成的电桥由XTR115的1、3管脚间接供电。XTR115外接的几个电子元件中无电感器，电容器数值也很小（0.01μF），这种电路设计有利于缩短每块分表对应的总表采样开关闭合所需的时间。由于回水压力小于供水压力，从降低流量计所承受的热水压力从而降低对流量计壳体耐压要求的角度来看，流量计理应设置在回水管26上，但考虑到我国供热系统普遍存在有些用户经常使用散热器热水的情况，为避免造成不合理的计量误差，所以图2中将流量计设置在供水管道上。流量计设置在供水管道上还有另外一个好处，由于各用户间的供水温度与压力相差不大，可认为是相同的，只在总表上设置供水总管温度、压力的测量回路，并将测得的温度值与压力值作为每一块分表的供水温度与压力，就可以对各块分表进行温度、压力补偿计算，这样，各块分表只需送出温差信号即可，分表电路结构因而得到简化。在图2中，热量表分表电子电路32其实是每个用户分表的温度传感器及力传感器的处理电路，其中包括流量计中的力传感器电路以及附属于温度传感器的电桥、放大电路与V/I转换电路，温度传感器的放大电路与V/I转换电路也使用8管脚单芯片的XTR115型二线制电流变送器，这样，每块分表只需2对线缆引至总表处即可。在流量计和温度传感器中均设置V/I转换电路是为了提高分表至总表间信号远传的能力。为提高温差信号的检测精度，供水温度敏感元件27和回水温度敏感元件28应选用配对的Pt1000铂电阻。

与经典文丘里管的廓形相比，由于动文丘里管类靶式流量计没有引压管，经典文丘里管为引压所设的入口圆筒段与圆筒形喉部都没有保留的必要，故动文丘里管类靶1廓形只有圆锥收缩段和圆锥扩散段。另外，为缩短动文丘里管类靶1长度，圆锥收缩段的圆锥角度取为40°，圆锥扩散段的圆锥角度取为15°。在直径比β=0.4～0.75范围内，动文丘里管类靶1全长大约只是管径的1.5～2.0倍。由于动文丘里管类靶1的长度大大小于经典文丘里管，在β>0.6时，其压损甚至小于经典文丘里管。在最大流量和动文丘里管类靶1口径不变的情况下，直径比β越大，压损越小，动文丘里管类靶1也越短，但被测热水在动文丘里管类靶1上产生的最大推力也越小，对力传感器的要求较高。由于被测热水在动文丘里管类靶1上产生的最大推力比动孔板类靶23小得多，因此需要使用小量程的力传感器。如按常规方法设计小量程力传感器，则必然使得其弹性元件的刚度很小，但这要导致力传感器的非线性、重复性、滞后和蠕变等性能指标变坏，达不到高准确度的要求。目前，通常采用低弹性模量的铝合金双孔悬臂梁结构弹性元件的设计方案来解决灵敏度与刚度这对矛盾。采用上述双孔悬臂梁结构后，由于把应变片3贴在双孔悬臂梁2的应力集中处，即使在整个量程范围内作用在双孔悬臂梁2上的力都很小，梁的挠度也始终为一个微量数值，但在双孔悬臂梁2粘贴应变片3处产生的应变却比较大，能够满足后续处理电路的要求。

由于双孔悬臂梁2具有挠度小、应变大的特点，相应的动文丘里管类靶1的位移也极小，可认为该流量计没有可动部件，因而其可靠性也较高。同时，由于可将动文丘里管类靶1视为固定部件，因此可按照固定式节流元件前后压差与被测流量间的关系对其进行分析。也就是说，按照已知的固定式节流元件的知识，被测流量中，干流的流量越大，动文丘里管类靶1前后的压差也越大；而动文丘里管类靶1前后的压差越大，在该压差驱动下，流经动文丘里管类靶1外部腔室的支流流量也越大。显然，就流量与压差相互的变化趋势来说，干流和支流是正相关的。当两个变化趋势完全一致（也就是对于整个测量范围内任意两个不同大小的流量，其干流与支流的流量之比都相同）时，通过对流量计的量程调整（不是在中部通孔中流过最大干流与最大支流之和时将流量计输出调为满度，而是在中部通孔中流过最大干流时将流量计输出调为满度），可实现理论上的无分流测量误差的流量测量；即使两个变化趋势只是大致差不多（也就是对于整个测量范围内各个不同大小的流量，其干流与支流的流量之比都大致相同），通过量程调整后，被测流量的分流测量误差也比支流流量要小很多。

由于四个应变片3构成的测量电桥处于表壳4与表壳盖5构成壳体内的压力环境中，为了不破坏壳体的密封性，测量电桥输出端与电源端线缆须经密封式电缆连接器6引出至表壳盖5外面的热量表分表电子电路32。由于被测热水具有使电路短路的特性，还要对应变片3及其连接线缆做绝缘保护层的相关处理。由于对动文丘里管类靶1本身机械强度的要求较低，同时也为了减少流量计安装不水平造成的双孔悬臂梁2应变误差，动文丘里管类靶1采用较轻的非金属材质制成。采用非金属材质也可以使动文丘里管类靶1中部通孔更不易结垢，造价也更低。

前面说过，由于动文丘里管类靶1的结构特点，类靶式流量计中很容易克服靶式流量计的两个主要缺点，即克服其容易受介质温度变化影响产生温漂,抗过载能力较差这两个缺点。温漂的解决方案将在实施例四中介绍，这里先介绍如何抗过载。设计时适当选择动文丘里管类靶1环形的后端面与表壳4出口孔道环形的前端面间的距离，使得正常测量条件下双孔悬臂梁2最大挠度小于该距离，两个环形的端面相互不会接触。但在出现不正常的大脉冲流量时，则动文丘里管类靶1超标的向后位移量使其环形的后端面与固定不动的表壳4出口孔道环形的前端面接触，将过大的推力传递到表壳4上，防止其损坏双孔悬臂梁2。

该实施例的工作过程：当热水流过某块分表内的动文丘里管类靶1时，热水将对动文丘里管类靶1产生一个正比于平均流速平方的推力，并使动文丘里管类靶1产生一个不大的沿管道轴向的位移，这个位移使得力传感器弹性元件双孔悬臂梁2产生与推力对应的应变，这个应变使力传感器输出相对应的电信号，这个电信号经转换电路处理后输出一个与流量对应的电流信号至总表。与此同时，两个配对的Pt1000铂电阻产生与供水温度、回水温度对应的电阻信号，变送器内的电桥根据这两个电阻信号输出对应于供水与回水间温差的电压信号，温差电压信号经放大与V/I转换后也送至总表。总表接收到分表的流量信号与温差信号后，再结合自己检测到的供水温度信号及供水压力信号，根据焓差法或系数法就可计算出该用户所消耗的瞬时热量，并可累积计算出其在某一段时间内的用热量。

实施例二

前面说过，因为各实施例中的热量表，除了其所用流量计内部的结构不同外，其余部分的结构原理完全相同，因此，在图2中画了作为示例的实施例一结构原理图后，就没有必要再画另外六个实施例的结构原理图了。从本实施例往后，各实施例对应的图4、5、6、7、8、9将只把对应的六个不同结构的流量计单独画出。在图4的本实施例中的热量表流量计中，可以看出其与图3的实施例一中的热量表流量计在结构上有很多相同之处，只是两者的力传感器有所不同。在本实施例的热量表流量计中，力传感器的弹性元件采用了薄圆筒壁的挠性管弹性体9，动文丘里管类靶1固定连接在测量杆8下端，测量杆8上端与挠性管弹性体9较厚的圆筒顶盖固定连接。当被测热水流过动文丘里管类靶1时，热水的流动在动文丘里管类靶1上产生了一个与热水流量相对应的推力，此推力通过测量杆8传递到挠性管弹性体9上，在挠性管弹性体9薄壁圆筒上产生弯矩作用，紧贴于挠性管弹性体9外表面上的四个应变片3组成的测量电桥失去平衡，产生对应于推力大小的不平衡电压输出，力传感器后续电路通过对该电压输出做进一步处理即可知被测流量大小。

上述挠性管弹性体结构形式是目前新型靶式流量计常用的结构形式，不同的是这里在测量杆8下面固定的是动文丘里管类靶1，而新型靶式流量计下面固定的是圆盘靶。由于动文丘里管类靶1采用非金属材质制造，因此其并不比金属材质的圆盘靶重多少。从图4可以看出，由于动文丘里管类靶的结构特点，和实施例一中的情况相同，新型靶式流量计抗过载能力较差的问题可以得到很好的解决，这里不再赘述。同样，新型靶式流量计容易受介质温度变化影响产生温漂的解决方案可参见实施例四。在两者的性能方面，由于文丘里管的形状特点，当被测热水流过动文丘里管类靶1的中部通孔时，热水流动产生的涡流区域很小，因此动文丘里管类靶1比圆盘靶的阻力损失小很多、防堵塞能力也更强。又由于被测热水主要流过动文丘里管类靶1中部通孔，而不像靶式流量计那样，被测热水需要流过圆盘靶与测量管之间的环形缝隙，因此类靶式流量计可测量更小管径的流量。

至于热量表设计的其余部分，由于与实施例一相同，不再重复。

实施例三

从图5的本实施例的热量表流量计中可以看出，其与图3的热量表流量计在结构上有很多相同之处，只是两者的传感器有所不同。在本实施例的热量表流量计中，采用了差动电容结构的电容式位移传感器，其核心元件是两组对称安装的电容，即两片固定不动的电容静电极11和两片随杯形测量杆14上部的弹性管13摆动的电容动电极10组成的两组变参数电容。两组变参数电容采用差动电容结构，可以提高流量计的灵敏度和量程比。从图5可以看出，文丘里管类靶1固定安装在杯形测量杆14上，杯形测量杆14密封连接在弹性管13上，弹性管13密封连接在基座17上，基座17密封连接在表壳盖5上。两组变参数电容的差动电容值输入至电容读取芯片12，电容读取芯片12和两片电容静电极11均固定安装在绝缘支承棒15上，电容读取芯片12的信号、电源导线由出线孔16引出。两组变参数电容的两片电容动电极10能随着杯形测量杆14的微小偏移而发生位移,而两片电容静电极11的位置固定不动。当被测热水流过动文丘里管类靶1中部通孔，进而使杯形测量杆14受力,电容动电极10随着弹性管13弯转而产生微小偏移时,两组电容的电容极间距都发生了变化：一组电容极间距减小,电容值增大；另一组电容极间距增加,电容值减小。原本对称安装、电容值相同的两组电容产生了一个电容差值，从而间接实现了动文丘里管类靶1所受力和电容差值之间的转换。电容式位移传感器后续电路只要对这个电容差值做进一步处理，就可得到与被测热水流量对应的输出信号值。电容式位移传感器上述测量原理可简述如下。

若动文丘里管类靶1受到热水冲击时,受力为,电容动电极10随杯形测量杆14发生微小偏移,而电容原始极间距为,相对于极为微小,则差动电容值与偏移存在以下关系:

式中，──两组电容的电容值；──介电常数；──极板相对面积。

由上式可以得出以下关系：

即体积流量与差动电容值的开方存在线性关系，因此可以通过检测差动电容值来判断体积流量的大小。

至于热量表设计的其余部分，由于与实施例一相同，不再重复。

实施例四

图6是一个测量高温热水热量表流量计的抑制温漂的实施方案，可以看出本实施例的热量表流量计与图3的热量表流量计在结构上几乎完全相同，只是为了达到有效抑制动文丘里管类靶式流量计温度漂移的目的，在适当位置加上了一些隔热部件。为了使隔热部件在图上能够看得更清楚一些，在图6中没有画连接螺栓7。在图6中可以看到，被测热水至双孔悬臂梁2的传热途径主要有三条：一是高温热水经表壳4、表壳盖5对双孔悬臂梁2的导热过程；二是高温热水经动文丘里管类靶对双孔悬臂梁2的导热过程1；三是动文丘里管类靶1外部腔室内的高温热水直接对双孔悬臂梁2的导热过程及对流换热过程。由于动文丘里管类靶1的结构特点及其低流阻低压差特性，使得被测热水干流流量很大，支流流量很小，并可认为表壳4与表壳盖5围成的壳体内腔被动文丘里管类靶1分隔成干流流过的内部腔室和支流流过的外部腔室两部分。为抑制类靶式流量计的温度漂移，就要大幅减少从高温热水传递到双孔悬臂梁2上的传热量。采取的第一项措施是，动文丘里管类靶1采用具有隔热性质的非金属材料制成，表壳4进、出口孔道内加装表壳孔道隔热内衬19，并采取增加支流流阻的措施以尽量减少支流流量，就可使外部腔室热水温度明显低于内部腔室热水温度。为提高该项降温措施效果，表壳4进、出口与外接工艺管道的连接处应加装隔热密封垫圈，该连接处的连接螺栓应套上隔热套管并加装隔热垫片。该连接处连接螺栓的隔热套管及隔热垫片的使用方法可参见图6中螺栓隔热套管22和螺栓隔热垫圈20的图示。为进一步减少外部腔室内的次高温热水对双孔悬臂梁2的传热量，第二项措施是，在连接表壳4与表壳盖5时，使用表壳盖隔热密封垫圈21，此连接处的连接螺栓也应套上隔热套管并加装隔热垫片，以切断次高温热水热量通过导热性好的金属材质的表壳4、表壳盖5至双孔悬臂梁2的传热通道。同时，在表壳盖5内表面及双孔悬臂梁2表面也应涂敷隔热保护层（图中未画出）。由于上述简单措施可大幅减少从高温热水至双孔悬臂梁2的传热量，故本实施方案所用的热量表流量计可有效减小类靶式流量计温度漂移造成的误差。

至于热量表设计的其余部分，由于与实施例一相同，不再重复。

实施例五

图7是一个测量脏污热水的热量表流量计实施方案，可以看出其与图3的热量表流量计在结构上几乎完全相同，只是在表壳4进口孔道的环形后端面与动文丘里管类靶1的环形前端面之间的连通内外两腔室的环形间隙处，以及动文丘里管类靶1的环形后端面与表壳4出口孔道的环形前端面之间的连通内外两腔室的环形间隙处填充了挠性过滤介质18，在每个环形间隙内形成一个圆环状的过滤层，具有弱弹性的过滤层可跟随动文丘里管类靶1的前后位移做相应的轴向伸缩，从而保证被测热水支流只有经过各过滤层才能进出动文丘里管类靶1的外部腔室。挠性过滤介质18可使用海绵状过滤介质或纤维状过滤介质，其挠性指的是该过滤介质在很小的外力作用下，就可以按设计要求改变自己的形状。挠性过滤介质18形成的圆环状过滤层与动文丘里管类靶1的连接可采用尼龙搭扣或其他简单的方式。由于每个圆环状过滤层的通孔口径与表壳4进、出口的口径相同，被测热水的切向流动对过滤层通孔的表面有自清洁作用，所以挠性过滤介质18因堵塞而使动文丘里管类靶1失去位移能力的时间就很长，可长期使用而不必更换。

至于热量表设计的其余部分，由于与实施例一相同，不再重复。

实施例六

图8也是一个测量脏污热水的实施方案，可以看出本实施例与图7的实施例在结构上并没有什么不同，只是在被测热水脏污程度不太严重时，考虑到被测热水只从动文丘里管类靶1前面的环形间隙流入外部腔室，而在动文丘里管类靶1后面的环形间隙处，热水是从外部腔室流回内部腔室的，因此，只需在动文丘里管类靶1前面的环形间隙处填充挠性过滤介质18。

至于热量表设计的其余部分，由于与实施例一相同，不再重复。

实施例七

图9是在热量表流量计中使用另一种中部通孔动节流元件类靶的实施方案，可以看出本实施例所用的热量表流量计与图3的热量表流量计在结构上几乎完全相同，只是在图9中双孔悬臂梁2下端固定连接的是动孔板类靶23而不是图3中的动文丘里管类靶1。使用动孔板类靶23的优点是，同样流量下作用在动孔板类靶23上的推力比使用动文丘里管类靶1大很多，适合测量被测热水流量下限比较小的场合。

至于热量表设计的其余部分，由于与实施例一相同，不再重复。

由于可实现的实施例种类众多，以上所述的只不过是本发明几个较佳的实施例而已，因而不能将这几个实施例用于限定本发明的保护范围。例如，热量表流量计中可选择的传感器种类明显比七个实施例中那几种传感器要多得多，如还可选择电感式传感器、涡流式传感器等等。另外，传感器一端固定连接动喷嘴类靶或其他类型的中部通孔动节流元件类靶也是明显可行的实施例。因此，本发明的保护范围应以权利要求书中所述范围为准。

Claims (1)

1.一种基于中部通孔动节流元件类靶式流量计的热量表，由流量计、温度传感器和积算仪三部分组成，其特征是：热量表的流量计为中部通孔动节流元件类靶式流量计，由中部通孔动节流元件类靶（1）、表壳（4）、表壳盖（5）和传感器组成，表壳（4）与表壳盖（5）密封连接组成流量计壳体，规定中部通孔动节流元件类靶（1）这种筒状或圆环状部件的被测流体流入侧为前端，这种筒状或圆环状部件的被测流体流出侧为后端，这种筒状或圆环状部件在径向内侧的中部通孔部件表面为内表面，这种筒状或圆环状部件在径向外侧的部件表面为外表面，中部通孔动节流元件类靶（1）位于表壳（4）进口孔道与表壳（4）出口孔道之间，将表壳（4）内腔分隔成互相连通的两个腔室，一个是由表壳（4）进口孔道、中部通孔动节流元件类靶（1）的中部通孔、表壳（4）出口孔道组成的内部腔室，一个是位于表壳（4）内表面、表壳盖（5）内表面与中部通孔动节流元件类靶（1）外表面之间的外部腔室，被测流体从表壳（4）进口孔道流入后，大部分流体流过中部通孔动节流元件类靶（1）的中部通孔，小部分流体从中部通孔动节流元件类靶（1）前端的两腔室连通处流入外部腔室，再从中部通孔动节流元件类靶（1）后端的两腔室连通处流回内部腔室，两部分流体在内部腔室重新汇合后，由表壳（4）出口孔道流出，中部通孔动节流元件类靶（1）与传感器的一端固定连接，传感器的另一端与表壳盖（5）固定连接。