CN1793791A - 温差流量计及热表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流量计，用温差测量的措施测量流体的体积流量(体积/时间)。本发明还涉及一种热表，用于测量热用户消耗的热流量(温差×体积/时间)，如测量暖气的热流量等。本发明的基本思路是：如果与通道接触的流体(如暖气管里的热水)持续流动，通道的温度将变至流体的温度；但若在通道外设置导热途径，使之降温(或升温)，流体流过通道后温度要变化；如果体积流量越大，流体的出口温度越接近进口温度；所以，通过测量流体流过通道时进出口的温差可以计算流体的体积流量。

Description

温差流量计及热表

本发明涉及一种流量计，用温差测量的措施测量流体的体积流量(体积/时间)。

本发明还涉及一种热表，用于测量热用户消耗的热流量(温差*体积/时间)，如测量暖气的热流量等。

现在使用的流量计五花八门，有压差流量计、超声流量计、涡轮流量计、涡街流量计、匀速管流量计、科氏力质量流量计、多普勒流量计、电磁流量计、节流流量计、热线测速流量计、容积流量计、流体振动流量计等，各有各的用途，各有各的优缺点。

现在使用的热表(比如使用在暖气表上的)是这样的：首先测量热水的体积流量(大多使用水表的涡轮流量计原理)，再测量进出口处的温度差，计算体积流量和温差的乘积，得到热流量。

本发明的目的是要提供新的流量计方案和热流量测量方案，可以降低成本，而且比较稳定。

本发明的基本思路是：如果与通道接触的流体(如暖气管里的热水)持续流动，通道的温度将变至流体的温度；但若在通道外设置导热途径，使之降温(或升温)，流体流过通道后流体的温度要发生变化；如果体积流量越大，流体的出口温度越接近进口温度；所以，通过测量流体流过通道时进出口的温差可以计算流体的体积流量。

本发明的温差流量计的基本原理为：通道1内为待测流体5，通道1外为另一种流体6，在通道1的进出口处设置温差测量单元3，在流体5和6之间设置温差测量单元4，如图1所示(对照俯视图，水平前后应该还有一些端口，可以方便地安装在管道中，图中未画出)。

设通道1进出口处的温差为T；设流体5和6之间的温差为S。

设通道1的热量传导率为p，表示在流体5和6之间的温差为S时，流体5和6之间传递的热容量，p由通道1的几何尺寸、材料特性、流体5和6的特性决定，可以通过实验确定。而且p是S的函数，应该为p(S)。

如果使p为S的线性函数，就非常理想，那么，流量L可简单的表示为：

L＝k*S/T

因为，在L不变的情况下，T与S成正比，而L与T成反比，所以S/T才是L作用的效果。

为使测量精确，还可以设置一个搅拌器，在测量时使流体6的温度均匀而稳定，使测量点的温度具有代表性。

很明显，如果S＝0，必然T＝0，测量无意义，所以S的绝对值应该大一点，也就是“流体5和6的温差要明显”。为了达到该效果，必要时还可以设置一个加热装置或冷却装置，使流体5和6的温差明显。

为使温差T大一点，便于精确测量计算，应使通道1的导热性尽量好，这样流体在流过通道时温度将变化得多一些。使通道导热性好的措施可以是：通道为多孔交织的截面，如图4所示。还可以是更多孔的、方孔的等。还可以是鳍状导热结构，如图5所示。

本温差流量计的在流量越小时温差T越大，所以测量精度越高。但在流量太小以至于趋于0时，T＝0，而在通常情况下流量与T成反比，所以在计算时要注意避免。

如果热电偶精度不够，可以使用3个独立的温度测量元件代替2组热电偶，电路设计和计算时稍有变化，如图2所示。

本发明的热表的基本原理为：两个通道1和2紧密接触(实际上是并为一体的)，分别串接在用户供热管的进出口处(即进水处和回水处)，成为供热管的一小部分，在高温通道(也可以是低温通道)的进出口处设置温差测量单元3，在用户供热管进出口处设置温差测量单元4，如图3所示(对照俯视图，水平前后应该还有一些端口，可以方便地安装在供热系统中，图中未画出)。

对照俯视图，左边为热水，热水往后进入通道1；右边为回水，凉水往前进入通道2。

设通道1进出口处的温差为T，由温差测量单元3测量；通道1出口和通道2进口处的温差为S，由温差测量单元4测量。

设通道1和2由于紧密接触使热水和回水之间的热量传导率为q，表示在用户供热管进出口处温差为S时，上水和下水之间传递的热容量，q由通道1和2的几何尺寸和材料特性决定，可以通过实验确定。而且q是S的函数，应该为q(S)。

热表与上述温差流量计的原理完全一样，区别仅在于，流体6为回水，5和6的温差正好是热流量的一个乘积项。

在理想情况下，既然体积流量L＝k*S/T

那么热流量R＝L*S＝k*S*S/T

为S的2次函数。

函数的奇点在T＝0处，这时应有R＝0。这种情况在关闭阀门时必然发生，应该这样处理会更好：为某型号的热表计规定一个最大热流量Rmax，超过Rmax时被视为在关闭阀门，强迫R＝0。

为使温差大T一点，便于精确测量，应使通道1和2尽量紧密接触，这样，流体在流过通道时温度将变化得多一些。使通道1和2尽量紧密接触的措施可以是：通道为多孔交织的截面。如图4所示，还可以是更多孔的、方孔的等。还可以是鳍状导热结构，如图5所示。

本热表外部包裹保温材料8，可避免热量的无规则传导，保证测量精度。

如果热电偶精度不够，可以使用3个独立的温度测量元件代替2组热电偶，电路设计和计算时稍有变化，如图2所示。

本发明的温差流量计的有益效果就是使新的流量计在具备要求功能的前提下具有较低的成本，而且可靠耐用。

本发明的热表的有益效果就是使新的热表在具备要求功能的前提下具有较低的成本，而且可靠耐用。在能源越来越紧张的当今意义重大。

图1为本发明的温差流量计的原理图，其中1为通道，波纹部分为流体5和6，3、4为温差测量单元。

图2为本发明的温差流量计的温差测量单元替代型式，9、10、11都为独立的温度测量元件。

图3为本发明的热表的原理图，看起来像一个望远镜，其中1和2为通道，之间的波纹部分为进出流体5、6，3、4为温差测量单元，7为通道体，8为保温层。

图4为本发明的多孔交织截面的主视原理简化图，兼顾温差流量计和热表，其中1和2为通道，之间的波纹部分为流体5、6。

图5为本发明的鳍状导热截面的主视原理，兼顾温差流量计和热表，其中1和2为通道，之间的波纹部分为流体5、6，8为保温层，12为塑料外壳，13为鳍状导热通道壁。

本发明的最佳实施方案为：如图5(鳍状导热通道壁)加图2(使用3个独立的温度测量元件代替2组热电偶)所示的结构，这种结构成本低，比较可靠，精度高，安装过程可以规范化，适应于批量生产和安装。

Claims (10)

1、一种温差流量计，可以测量流体(5)的流量，其特征在于：该流量计包括在待测管道的进口处的通道(1)，(1)为导热材料制成，流体(5)在(1)内流过，通道外有另一种流体(6)，(5)与(6)的温度明显不同，该流量计设置至少2组温差测量单元，如：(3)和(4)，其中(3)反映通道(1)两端流体的温差，(4)反映流体(5)和(6)的温差，(3)和(4)的输出为该流量计的计算依据。

2、根据权利要求1所述的流量计，其特征在于：该流量计还设置一个搅拌器，在测量时使流体(6)的温度均匀。

3、根据权利要求1或2所述的流量计，其特征在于：该流量计还设置一个加温或冷却装置，在测量时使流体(5)和(6)的温差明显。

4、根据权利要求1或2所述的流量计，其特征在于：所述通道(1)为多孔截面的。

5、根据权利要求1或2所述的流量计，其特征在于：所述通道(1)为鳍状导热截面的。

6、根据权利要求1或2所述的流量计，其特征在于：所述2组温差测量单元由3个温度测量元件(9)、(10)和(11)代替。

7、一种热表，可以测量热用户消耗的热流量，其特征在于：该热表包括通道(1)和(2)，(1)和(2)分别设置在用户供热管进出口处，高温流体(5)在通道(1)内流过，低温流体(6)在通道(2)内回流，同时(1)和(2)之间存在热能传递途径，该热表分别设置至少2组温差测量单元，如：(3)和(4)，其中(3)反映通道(1)或(2)两端流体的温差，(4)反映用户供热管进出口处流体的温差，(3)和(4)的输出为该热表的计算依据。

8、根据权利要求7所述的热表，其特征在于：所述通道为多孔截面的。

9、根据权利要求7所述的热表，其特征在于：所述通道为鳍状导热截面的。

10、根据权利要求7所述的热表，其特征在于：所述2组温差测量单元由3个温度测量元件(9)、(10)和(11)代替。

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