专利名称：热能表的制作方法
热能表属于热工仪表类。
我国目前住宅楼集中供暖收费政策是各地方政府按住宅的平方米规定收费基价，采暖用户根据所居住的房屋建筑面积或使用面积交费的原则。因此造成交费相同但室内温度却相差很大的问题。例如楼房的顶层用户和底层用户在面积一样，交费相同的情况下，室内温度却相差很大。此种情况年复一年，造成政府收费特别困难。住户也享受不到正常的采暖供应。这些矛盾形成的根本原因是由于工程技术上无法准确并直观地计量用户所使用的热能，即没有适用的热能表。
目的在于准确并直观地计量集中采暖用户取暖时所用的热能和准确计量通过散热器丢失的热水暨合理计划地使用热能。
热能表分为单控和群控两个类型。单控热能表由一组给水传感控制装置和一组回水传感装置暨一个中央数据逻辑处理控制装置构成。群控热能表则由多组给水传感控制装置和多组回水传感装置暨一个中央数据逻辑处理控制装置构成。热能表技术术语解释散热量的累积量(Q累)是指散热器在采暖期内的散热量的总量。
散热量的瞬间量(Q瞬)是指散热器在采暖期的瞬间(T)内的散热量。
散热器丢失水量的积量(G累)是指在采暖期内通过散热器丢失水量的总量。单控热能表的技术方案1、单控热能表的功能(1)计量采暖系统中单组散热器的散热量。
(2)计量采暖系统中通过单组散热器丢失的采暖热水水量。
(3)调节散热器的散热量和在电源中断及采暖用户拒不交费的情况下停止供热。2、单控热能表的内部结构单控热能表由一组给水传感控制装置和一组回水传感装置暨一个中央数据逻辑处理控制装置构成。其中给水传感控制装置由一个给水温度传感器和一个给水流量传感器暨一个电磁调节阀构成，而回水传感装置由一个回水温度传感器和一个回水流量传感器构成。中央数据逻辑处理控制装置由逻辑集成电路及数字显示器和电源构成。3、单控热能表各器件功能及所采用的原器件(1)给水温度传感器功能测定散热器的给水温度，并将所测的数值输送给中央数据逻辑处理控制装置。
原器件采用热电阻或其它温度传感器件。
(2)回水温度传感器功能测定散热器的回水温度，并将所测的数值输送给中央数据逻辑处理控制装置。
原器件采用热电阻或其它温度传感器件。
(3)给水流量传感器功能测定散热器的给水流量。并将所测的数值输送给中央数据逻辑处理控制装置。
原器件采用LW型液体涡轮流量变送器或其它液体流量传感器。
(4)回水流量传感器功能测定散热器的回水流量，并将所测的数值输送给中央数据逻辑处理控制装置。
原器件采用LW型液体涡流量变送器或其它液体流量传感器。
(5)电磁调节阀功能首先是在热能表电源(包括直流电源)中断或其它情况下，切断散热器的给水管，停止向散热器供给热水。保证热能表能够准确计量散热器的散热量。其次在采暖用户拒不交费时，由供热部门关闭此阀，切断给水，停止供热，迫使用户交费。在其次采暖用户可根据室内温度调节此阀控制给水水量，从而达到调节室内空气温度的目的。
(6)中央数据逻辑处理控制装置功能A、根据各传感器传来的数据，经过逻辑计算出散热器的散热量的累积量和瞬间量。
B、根据给水流量传感器和回水流量传感器输送的数据计算出通过散热器丢失的热水水量。
C、控制电磁调节阀的开启及关闭，并调节通过电磁调节阀的给水流量。
中央数据逻辑处理控制装置采用逻辑集成电路制成。
(7)数字显示器功能是将中央数据逻辑处理控制装置送来的散热器的散热量和丢失水量的累积量或瞬间量直接显示或被动显示。
原器件采用液晶显示器。
(8)电源功能供给各用电器件电能。
采用9伏直流电源和220伏交流电。4、各原器件的工作原理(1)温度传感器采用热电阻温度测定器。其工作原理是利用金属导体的电阻随温度的变化而变化的特性来测量温度的。它的受热部分(感温原件)是绕在绝缘骨架上的细金属丝绕组，当被测介质有温度梯度时，则所测得是感温原件所在范围内介质的平均温度。
(2)流量传感器的工作原理流量传感器采用LW型液体涡轮流量变送器。其工作原理是当被测介质流经变送器时，推动带有螺旋型叶片(用导磁材料制成)的叶轮旋转。叶片周期性改变信号检测器中的磁阻值，使通过感应线圈的磁通量发生周期性的变化，从而在感应线圈中感应出电脉冲信号。在一定流量范围内，脉冲参数与容积流量成正比。经放大器放大后输出送至显示仪实现流量测量。3、中央数据逻辑处理控制装置的工作原理A、散热器的散热量的累积量和瞬间量的计算因为在热传递过程中液体，不发生物态变化而仅有温度变化时(如液体的温度升高或降低)则吸收或放出热量与物体的温度成正比，即Q＝cm△t式中的m为物体的质量，c是组成这个物体的物质的比热容。△t为温度变量。所以在水采暖系统中，散热器的散热量可用下列公式计算，这是由于系统中热水仅有温度的变化而没有物态的变化，Q＝cm△t＝cm(t1-t2)式中的Q为散热器的散热量(千焦)C为水的比热容(千焦/千克·摄氏度)△t＝t1-t2为给水温度与回水温度之差。
m为水的质量(千克)在较冷的季节里，由于室内的空气温度高于室外的气温，根据传热学的原理，经过建筑物的围护结构，就有热量的传递，即建筑物的热损失，而为了维护建筑物的热稳定性，必须使采暖系统中的供热量应该恰好弥补建筑物的热损失。但建筑物的围护结构传热是个极复杂的不稳定的传热过程，热流在随时改变，例如它和室外空气温度的变化有关，它和阳光照射时间的长短及照射强度有关，它和风速的大小及风向也有关系。此外，由于窗和门等都不够严密，经过窗缝和门缝都随时会有冷空气侵入，因此，会影响到建筑物室内的空气温度，当然，也就会影响采暖系统中散热器的散热量。而散热量的变化势必使散热器的给水温度与回水温度差(t1-t2)随时变化。由于水的温度变化和变化时间长短有很大关系。在室内温度相同的条件下，温度变化的时间长，温度变化则大。反之则变化很小，当变化时间足够短时，温度变化就可以忽略不计。所以只要将水的温度变化时间(T)取定很小，即前一次测定给水温度(t1)和回水温度(t2)(每次测定给水温度与回水温度值同时进行的)与后一次测定它们的值间隔时间(T)取得足够短。那么在间隔时间(T)内，给水温度值(t1)和回水温度值(t2)就可被认为是不变的，因此△t＝t1-t2在时间(T)内也就可被视为是一个稳定不变的值。
因而散热器在瞬间(T)内散热量(Q瞬)可用下列公式计算Q瞬cm△t＝cP1T△t·r＝cp1·r·T(t1-t2)P1为散热器给水在T时间内的流量(m3/时)T为每次测量水温的间隔时间(时)r为水的比重(吨/m3)△t＝t1-t2为给水温度与回水温度之差。
散热器的散热量的累积量(Q累)可用下列公式计算
=cTr[p1′(t1′-t2′)+p2′′(t1′′-t2′′)+···+p1n-1(t1n-1-t2n-1)+p1n(t1n-t2n)]]]>C为水比热容(千焦/千克·摄氏度)T为每次测量水温的间隔时间(是一个常数)(时)r为水的比重(吨/m3)P1n为在第n段时间内的给水流量(m3/时)t1n-t2n为在第n段时间内给水温度(t1n)与回水温度(t2n)之差(摄氏度)因此当C、T、r一定时，散热器的散热量只和水流量及水的温度有关，与其它无关。
B、通过散热器丢失的水量的计算当采暖系统正常运行时，由于没有泄漏点，散热器的给水流量(P1)与回水流量(P2)差应是零，即P1-P2＝0，就是说没有水的损失。只有当有人为因素或外力作用的影响，P1-P2才可能出现一个差值。差值的大小就是采暖热水损失的水流量。因此这个差值和出现差值的时间相乘就是通过散热器损失的热水量。
散热器丢失水量就可按下列公式计算G＝(P1-P2)TG为散热器丢失的水量(m3)P1-P2为散热器的给水流量与回水流量的差(m3/时)T为出现P1-P2≠0的时间(时)散热器丢失水量的累积量(G累)按下列公式计算
G累为散热器丢失水量的累积量P1n-P2n为第n次出现P1-P2≠0时的给水流量与回水流量差。
Tn为第n次出现P1-P2≠0的时间。4、电磁调节阀的工作原理A、电磁调节阀的结构
电磁调节阀由阀体和电磁转动部分构成(见图二)。阀体部分由一个进口和两个出口。其中这两出口当中一个接散热器，一个接分流管。他们分别叫散热器口和分流口。流经两出口的液体流量分别由两个连成一体的圆台形的调节片控制。控制散热器口的调节片叫散热器水量调节片，控制分流口的调节片叫分流水量调节片，并且两调节片和电磁转动部分的铁心连成一体。电磁转动部分由一个蹄形磁铁、一个外绕多匝线圈内有螺纹的圆柱形铁心，一根螺旋弹簧和一根有外螺纹的轴构成。螺纹轴一端固定在阀的壳体上，弹簧两端分别固定在螺纹轴和铁心上。铁心放置在蹄形磁铁当中，并通过内螺纹和螺纹轴相内接。B、电磁调节阀的工作原理在蹄形磁铁的两极内，放入圆柱形铁心，蹄形磁铁和铁心间形成一个均匀辐向分布的磁场(B)，当绕在铁心上线圈被通上电时，线圈就受到磁力矩作用而转动。但缠绕在铁心上的通电线圈不管转到什么位置它的平面都跟磁力线平行，且B的大小不变，线圈两边所受的磁场力终跟线框垂直，所以通电线圈所受的磁力矩在各位置时均为M＝nISB，n为线圈匝数，I为线圈中通电电流，S为线圈面积，B为磁场强度，当n、B、S一定时，线圈所受力矩与通入电流强度成正比。
当热能表开始工作时，线圈中通入电流(I)为最大，线圈受到磁力矩作用而开始转动，并通过铁心收紧顶端的弹簧，这样线圈在通电时除受到磁力矩作用，还受到弹簧反抗力矩的作用。转动的铁心沿螺纹轴向上旋转带动两调节片向上运动，打开散热器口，截住分流口(图上即为此位置)。当电源(包括直流电源)断电而热能表不能工作时，由于磁力矩消失，铁心只受到弹簧的反抗力矩的作用，而反向向下运动，从而截住散热器口，打开分流口，停止向散热器供热，从而保证了热能表的计量准确性。又由于磁力矩只和线圈中通电电流(I)成正比，所以只要通过中央数据逻辑处理控制装置调小线圈中通电电流(I)，就能使磁力矩减小，而改变调节片的位置，也就改变了通过分流口和散热器的水流量，从而调整了散热器的散热量。群控热能表的技术方案群控热能表在功能上和单控热能表相同，但它不仅仅计量一组散热器而是同时计量多组散热器的散热量。
群控热能表由多组给水传感控制装置和多组回水传感装置暨一个中央数据逻辑处理控制装置构成。
在群控热能表中的每组给水传感装置及每组回水传感装置在构成和功能上分别同单控热能表的给水传感装置及回水传感装置的构成和功能相同。
群控热能表的中央数据逻辑处理控制装置也是由逻辑集成电路制成。并且功能和单控热能表的中央数据逻辑处理控制装置相同，但群控热能表对散热器的散热量的累积量和瞬间量则按下列公式计算散热器在瞬间(T)内的散热量(Q瞬)的计算公式为
Q瞬＝Q瞬+Q2瞬+…+Qn瞬Qn瞬为第n组散热器在瞬间(T)内的散热量n为一台群控热能表控制计量的散热器组数散热器的散热量的累积量(Q累)按下列公式计算Q累＝Q1累+Q2累+…Qn累Qn累为第n组散热器的散热量的累积量n为一强群控热能表控制计量的散热器组数。
群控热能表对通过散热器损失水量的计算按下列公式G累＝G1累+G2累+…Gn累Gn累为第n组散热器损失的热水累积量n为一强群控热能表控制计量的散热器组数。
热能表的发明与背景技术相比所具有的有益效果热能表的发明有效地解决了按平米收费存在的许多弊端。
第一、热能表能够快速、直观和准确地计量用户消耗的热能，因此有效地解决了用户取暖所用热能计量问题，从而为合理地收取供热费打下了基础。
第二、可有效地防止采暖用户盗用采暖热水。
第三、通过热能表可调节散热器的散热量，可更加合理地利用能源，从而达到了节约能源的目的。
附图的图面说明
图1热能表方框图的图面说明1、中央数据逻辑处理控制装置2、给水流量传感器3、给水温度传感器4、电磁调节阀5、数字显示器6、回水温度传感器7、回水流量传感器8、电源图2电磁调节阀的剖面面说明1、阀外壳体2、散热器水量调节片3、分流水量调节片4、螺旋弹簧5、螺纹轴6、有内螺纹的铁心7、蹄形磁铁
8、多匝线圈图3、1-1剖面面说明1、外壳体5、螺纹轴6、有内螺纹的铁心7、蹄形磁铁8、多匝线圈图4热能表在采暖系统中的安装面说明1、取暖立管2、给水管3、回水管4、散热器5、给水传感控制装置6、中央数据逻辑处理控制装置7、回水传感装置8、分流管9、导线(外有保护管)实现发明的最好方式如热能表在采暖系统中的安装图所示。热能表的给水传感控制装置和中央数据逻辑处理控制装置安装在散热器的给水管上，回水传感装置安装在散热器的回水管上，给水传感控制装置的电磁调节阀的分流口通过钢管和散热器的回水管相连接，中央数据逻辑处理控制装置和回水传感装置通过导线相连接，导线外套保护管。
权利要求
1.热能表是一个全新的技术发明，它不仅具有其它几种热工仪表的功能，如温度仪表、流量仪表的功能，而且还能完成热能自动，快速和准确的计量工作。因而它不是几种热工仪表的组合，而是一次技术上质的飞跃。因此请求贵局对热能表的设计和制造技术给予保护。热能表其特征是不仅能完成热能快速，自动和准确的计量工作，而且还能完成对散热器损失热水水量的计量工作。同时还能实现对散热器的散热量的调整。热能表由三部分构成，它们分别是给水传感控制装置，回水传感装置和中央数据逻辑处理控制装置。其中给水传感控制装置又由给水温度传感器，给水流量传感器和电磁调节阀构成。回水传感装置由回水温度传感器，回水流量传感器构成，中央数据逻辑处理控制装置是热能表的核心部件，他由逻辑集成电路制成，并利用各传感器输送来的散热器的给水和回水的温度及流量数值，根据在热传递过程中液体，不发生物态变化而仅有温度变化时(如液体的温度升高或降低)则吸收或放出热量与物体的温度成正比的特性，即Q＝cm△t，计算出散热器的散热量。并且中央数据逻辑处理控制装置也可以计算出通过散热器损失的水量。这是由于采暖系统在正常运行时，没有泄漏点的情况下，散热器的给水流量(P1)和回水流量(P2)应是一样的。只有存在泄漏点时，给水流量和回水流量才有差值，即P1-P2≠0，此差值就是散热器损失的热水流量。所以散热器损失的水量应按下列公式计算G＝T(P1-P2)T为给水流量(P1)和回水流量(P2)出现差值的时间。当电源(包括直流电源)中断或其它情况下热能表不能正常工作时，热能表还可以通过对给水传感控制装置中的电磁调节阀的控制，来实现对它自身的自锁，和调节散热器的散热量，保证它能够计量准确。热能表在正常工作时，由于电磁调节阀的特殊结构，在电磁调节阀的线圈中通入电流(I)，线圈受到磁力矩作用而开始转动，并通过铁心收紧顶端的弹簧。这样线圈在通电时除受到磁力矩作用，还受到弹簧的反抗力矩作用。转动的铁心沿螺纹轴向上旋转时，带动两调节片也向上运动，从而打开散热器口，截住分流口。当电源(包括直流电源)断电或其它情况下，由于磁力矩消失，铁心只受到弹簧的反抗力矩的作用，而反向向下运动，从而截住散热器口，打开分流口，停止向散热器供热，完成其自身的自锁。又由于磁力矩只和线圈中通电电流(I)成正比，所以只要增减线圈中的通电电流就能使磁力矩增大或减小，从而改变两调节片的位置，也就使通过散热器口和分流口的水流量得到改变，使散热器的散热量得到调整。
2.电磁调节阀作为热能表的一个不可缺少的部件，它即保留了原电磁调节阀的功能，同时在内部结构和功能上有了新突破。是一种新型的电磁调节阀，因此作为热能表的附属权利，请求贵局对新型电磁调节阀的设计和制造技术给予保护。新型电磁调节阀其特征首先是热能表电源(包括直流电源)中断时，切断散热器的给水，停止向散热器供热。保证热能表计量准确，其次在采暖用户在不交费情况下，由供热部门关闭此阀，停止供热。在其次可通过调节此阀控制给水水量，从而调节室内温度。电磁调节阀由阀体和电磁传动两部分构成。其中阀体部分主要由一个进口和两个出口。这两个出口当中一个接热散热器一个接分流管，并且这两个出口分别由两个圆台形调节片控制。两调节片和电磁转动部分的圆柱形铁心连成一体。电磁转动部分主要由一个蹄形磁铁、一根螺旋弹簧、一根有外螺纹的轴和外绕多匝线圈内有螺纹的铁心构成。铁心和螺纹轴相内接。螺纹轴一端固定在阀的壳体上。弹簧两端分别固定在螺纹轴和铁心上。铁心放置在蹄形磁铁当中。在蹄形磁铁的两极内，放入铁心，蹄形磁铁和铁心间形成一个均匀辐向分布的磁场(B)。当绕在铁心上的线圈被通上电时，线圈就受到磁力矩作用而转动。并且通电线圈所受的磁力矩在各位置均为M＝nISB，n为线匝数，I为线圈的通电电流，S为线圈的面积，B为磁场场强。因此当n、I、S一定时，线圈所受力矩与通入电流强度成正比。当热能表开始工作时，线圈中通入电流(I)为最大，线圈受到磁力矩作用而转动，并通过铁心收紧项端的弹簧。这样线圈在通电时除受到磁力矩作用，还受到弹簧反抗力矩的作用。转动的铁心沿螺纹轴向上旋转，带动两调节片也向上运动，打开散热器口，截住分流口。因而当电源(包括直流电源)断电时，由于磁力矩消失，铁心只受到弹簧的反抗力矩作用，而反向向下运动，从而截住散热器的给水管，打开分流管口，停止向散热器供热。保证了热能表计量准确。又由于磁力矩只和线圈中通电电流(I)成正比，所以我们只要调节线圈中的电流强度，就能调节散热器的水流量，也就调节了室内的空气温度。
全文摘要
热能表是一种热工仪表,它能快速、直观和准确地计量集中供暖系统中散热器的散热量和通过散热器损失的热水水量,并且还能调整散热器的散热量。工作原理是根据在热传递过程中液体,不发生物态变化而仅有温度变化时,放出或吸收热量与物体的温度成正比的关系。它主要应用于楼房的集中供暖系统中。
文档编号G01F22/00GK1188213SQ9710272
公开日1998年7月22日 申请日期1997年3月28日 优先权日1997年3月28日
发明者赵世敏 申请人:赵世敏