熱量表由流量計(jì)、配對(duì)溫度傳感器、積分儀三部分組成，在這三部分中配對(duì)溫度傳感器及 積分儀的技術(shù)相對(duì)比較成熟、穩(wěn)定性較高，因此目前熱量表的技術(shù)重點(diǎn)主要集中在流量計(jì)上，熱量表精度等級(jí)的分類(lèi)、熱量表類(lèi)型的區(qū)分都是以流量計(jì)為基礎(chǔ)的。下面主要介紹各種結(jié)構(gòu)的流量計(jì)在熱量表中的應(yīng)用。（聲明：本文中所涉及的產(chǎn)品圖片及結(jié)構(gòu)均采用我公司自有的產(chǎn)品，與其它公司的產(chǎn)品無(wú)關(guān)。）
一 . 機(jī)械式熱量表
機(jī)械式熱量表的基本原理是水流推動(dòng)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)與流量成正比，積分儀通過(guò)采集葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)計(jì)算流量，由于葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)存在機(jī)械磨損，因此葉輪軸及軸套材質(zhì)的選擇決定了熱量表的使用壽命，葉輪軸的材質(zhì)主要有三種形式：1.純不銹鋼，主要應(yīng)用于水表中，價(jià)格便宜，耐磨性很差；2.硬質(zhì)合金，主要應(yīng)用于單流或多流熱量表中，耐磨性很好；3.不銹鋼+硬質(zhì)合金頭，主要應(yīng)用于多流熱量表中，頂部耐磨性很好；
圖片：
頂部鑲嵌硬質(zhì)合金的不銹鋼軸
1．單流束熱量表
圖片：
結(jié)構(gòu)：
特點(diǎn)：
單流束流量計(jì)的熱量表，從流量計(jì)的進(jìn)、出水端口能看到里邊的葉輪。靠測(cè)定流量計(jì)中葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)來(lái)計(jì)算進(jìn)戶(hù)水量。流量計(jì)的水流是從單一方向直接沖擊葉輪的，形成葉輪單向受力，因此要保證計(jì)量精度及耐久性必須要采用整只的硬質(zhì)合金軸及寶石軸套，機(jī)芯成本要高于多流束熱量表。因通過(guò)同樣體積的水葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)遠(yuǎn)少于多流束表，故機(jī)械磨損量等同于多流束表。制作技術(shù)難度大于多流束熱量表。
優(yōu)點(diǎn)：
- 維護(hù)方便：由于表體進(jìn)、出水端口能看到葉輪，故堵塞后可由物業(yè)管理人員在現(xiàn)場(chǎng)拆表后，通過(guò)水沖擊葉輪、螺絲刀推動(dòng)葉輪等方式排出雜質(zhì)。
- 采購(gòu)成本低：原材料成本等同于多流束熱量表，低于超聲波熱量表。
缺點(diǎn)：
1）綜合使用成本高：葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械磨損，造成熱表計(jì)量不準(zhǔn)確，從而造成用戶(hù)周期性換表或維修，熱表使用時(shí)要經(jīng)常排污，后期使用、維護(hù)成本高；
2）計(jì)量可靠性差：穿過(guò)熱量表前端過(guò)濾器的細(xì)小雜質(zhì)，會(huì)造成葉輪堵塞，致使熱量表不計(jì)量，且現(xiàn)在的供熱水質(zhì)無(wú)法避免此現(xiàn)象的發(fā)生；
3）計(jì)量糾紛多：由于機(jī)械式熱量表使用時(shí)，在不同的階段，存在葉輪隨水量大小斷續(xù)堵塞、一部分完全堵塞、一部分可能不堵塞，從而增大相同戶(hù)型之間熱量差值，致使用戶(hù)難以理解而產(chǎn)生不滿情緒，，增加計(jì)量收費(fèi)工作難度。
2．多流束熱量表
圖片：
結(jié)構(gòu)：
特點(diǎn)：
多流束流量計(jì)熱表，靠測(cè)定流量計(jì)中葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)來(lái)計(jì)算進(jìn)戶(hù)水量。工作時(shí)水是被分成多股從四周均衡地推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，因此葉輪軸的磨損主要集中在葉輪軸的頂部，可以使用鑲嵌合金頭的不銹鋼軸及塑料軸套，可以相對(duì)降低成本。
優(yōu)點(diǎn)：
1）采購(gòu)成本低：原材料成本等同于單流束熱量表，低于超聲波熱量表。
缺點(diǎn)：
1）綜合使用成本高：葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械磨損，造成熱表計(jì)量不準(zhǔn)確，從而造成用戶(hù)周期性換表或維修，熱表使用時(shí)要經(jīng)常排污，后期使用、維護(hù)成本高；
2）計(jì)量可靠性差：穿過(guò)熱量表前端過(guò)濾器的細(xì)小雜質(zhì)，會(huì)造成葉輪堵塞，致使熱量表不計(jì)量，且現(xiàn)在的供熱水質(zhì)無(wú)法避免此現(xiàn)象的發(fā)生；
3）計(jì)量糾紛多：由于機(jī)械式熱量表使用時(shí)，在不同的階段，存在葉輪隨水量大小斷續(xù)堵塞、一部分完全堵塞、一部分可能不堵塞，從而增大相同戶(hù)型之間熱量差值，致使用戶(hù)難以理解而產(chǎn)生不滿情緒，，增加計(jì)量收費(fèi)工作難度。
4）維護(hù)不方便：具備上述單束流表的缺點(diǎn)之外，多束流在實(shí)際使用中相對(duì)于單流表堵塞的比例較高。并且由于表體進(jìn)出水端看不到葉輪，堵塞后必須拆解表體才能排污（此工作多數(shù)情況下需要返廠維修），造成很大使用麻煩。
在實(shí)際使用及實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)表明只要選用合適的軸和軸套，單流表可以有與多流表相同的使用壽命。
- 螺翼式熱量表
圖片：
特點(diǎn)：適用于大口徑熱量表，計(jì)量性能優(yōu)于防堵式熱量表，防堵性能較差。這種結(jié)構(gòu)普遍應(yīng)用于目前的大口徑熱量表中。
- 防堵式熱量表
圖片：
特點(diǎn)：適用于大口徑熱量表，在機(jī)械式熱量表中防堵性能最好，但計(jì)量性能較差，啟動(dòng)流量高，流量范圍小，一般只能達(dá)到1：25
機(jī)械式熱量表的共性：
1）采購(gòu)成本低；2）綜合使用成本高；3）計(jì)量可靠性差；4）計(jì)量糾紛多；5）維護(hù)不方便
二 . 超聲波式熱量表
超聲波熱量表（Ultrasonic Heat meter）是在超聲波流量計(jì)的基礎(chǔ)上加上溫度測(cè)量，由流體的流量和供、回水溫差來(lái)計(jì)算出向用戶(hù)提供的熱量。其中流量測(cè)量部分是應(yīng)用一對(duì)超聲波換能器相向交替（或同時(shí)）收發(fā)超聲波，通過(guò)觀測(cè)超聲波在介質(zhì)中的順流和逆流傳播時(shí)間差來(lái)間接測(cè)量流體的流速，再通過(guò)流速來(lái)計(jì)算流量的一種間接測(cè)量方法，如圖1 所示。
圖1：超聲波時(shí)差法原理示意圖
在圖1 中我們看到有兩個(gè)換能器，順流換能器和逆流換能器，兩只換能器分別安裝在流體管線的兩側(cè)并相距一定距離，管線的內(nèi)直徑為D，超聲波行走的路徑長(zhǎng)度為L(zhǎng),超聲波順流時(shí)間為T(mén) 上游,逆流時(shí)間為T(mén) 下游,超聲波的傳播方向與流體的流動(dòng)方向加角為θ，流體的流動(dòng)速度為V。由于流體流動(dòng)的原因，是超聲波順流傳播L 長(zhǎng)度的距離所用的時(shí)間比逆流傳播所用的時(shí)間短，其時(shí)間差可用下式表示：
*其中C 為聲音在水中傳播的速度。
那么順流時(shí)間和逆流時(shí)間的時(shí)間差為：
為了簡(jiǎn)化計(jì)算，我們可以假設(shè)流體的速度相對(duì)于聲波在流體中傳播的速度是非常微小的，那么我們可以將上式簡(jiǎn)化為：
從而我們得到流體的速度與傳播時(shí)間差的一個(gè)線性公式為:
需要特別強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是V 是流體沿著管道中心線的線速度，考慮到液體流速沿管道直徑的不均勻分布情況，我們還需要加一個(gè)流速（分布）修正系數(shù)K。那么瞬時(shí)流量的公式為：
求得瞬時(shí)流量后，那么在超聲熱量表中，熱量的積分計(jì)算采用歐洲流行的K 系數(shù)法:設(shè)測(cè)得進(jìn)水管的水溫為T(mén)1，出水管水溫為T(mén)2，則進(jìn)出水的溫度差為△T，利用流量傳感器對(duì)供水管道的瞬時(shí)熱水流量 Q 進(jìn)行計(jì)量，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的累計(jì)，便得到用戶(hù)消耗的熱量值，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
式中，E 為熱交換系統(tǒng)輸出熱量，單位J;t 為流量累積時(shí)間，單位h; K 為熱焙修正系數(shù)，單位J/ m3;Q 為瞬時(shí)熱水流量， 單位m3/h; △T 為進(jìn)出水的溫度差，單位℃。這樣我們就可以通過(guò)超聲波傳播的時(shí)間差先求出瞬時(shí)流量，進(jìn)而獲得消耗的熱量了 。
1．直射式超聲波熱量表
圖片：
大口徑結(jié)構(gòu)：
小口徑結(jié)構(gòu)
特點(diǎn)：靠超聲波順?biāo)湍嫠畟鞑サ臅r(shí)間差來(lái)測(cè)水量。適用于大口徑熱量表。
缺點(diǎn)：
- 壓損較大：直射式超聲波熱量表在小口徑超聲波熱量表的應(yīng)用中，相對(duì)于反射式超聲波熱量表壓損較大；
- 易滯留雜質(zhì)：小口徑直射式超聲波熱量表機(jī)構(gòu)的特殊性，極易造成雜質(zhì)在流量計(jì)中存留，致使壓損增大和影響表計(jì)的正常計(jì)量；
3）使用壽命低：由于結(jié)構(gòu)的原因有一只換能器正對(duì)著水流方向，特殊情況下可能會(huì)因水錘現(xiàn)象造成換能器壽命縮減；
4）采購(gòu)成本高：原材料成本高于機(jī)械式熱量表；
優(yōu)點(diǎn)：
1）綜合使用成本低：無(wú)機(jī)械葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，不產(chǎn)生機(jī)械磨損，后期使用、維護(hù)成本低，使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于機(jī)械式熱量表；
2）計(jì)量可靠性好：穿過(guò)熱量表前端過(guò)濾器的細(xì)小雜質(zhì)，對(duì)超聲波熱量表精確計(jì)量不會(huì)造成影響；
3）計(jì)量糾紛少：超聲波熱量表使用時(shí)，不堵塞，不磨損，計(jì)量精確，利于供熱計(jì)量工作的順利進(jìn)行；
4）維護(hù)方便：超聲波熱量表基本屬于免維護(hù)產(chǎn)品。
2．反射式超聲波熱量表
圖片：
原理結(jié)構(gòu)：
特點(diǎn)：靠超聲波順?biāo)湍嫠畟鞑サ臅r(shí)間差來(lái)測(cè)水量。適合用于小口徑熱量表。是目前小口徑熱量表的主流結(jié)構(gòu)，壓損較低。
缺點(diǎn)：
- 采購(gòu)成本高：原材料成本高于機(jī)械式熱量表；
優(yōu)點(diǎn)：
1）綜合使用成本低：無(wú)機(jī)械葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，不產(chǎn)生機(jī)械磨損，后期使用、維護(hù)成本低，使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于機(jī)械式熱量表；
2）計(jì)量可靠性好：穿過(guò)熱量表前端過(guò)濾器的細(xì)小雜質(zhì)，對(duì)超聲波熱量表精確計(jì)量不會(huì)造成影響；
3）計(jì)量糾紛少：超聲波熱量表使用時(shí)，不堵塞，不磨損，計(jì)量精確，利于供熱計(jì)量工作的順利進(jìn)行；
4）維護(hù)方便：超聲波熱量表基本屬于免維護(hù)產(chǎn)品。
5）壓損較小：反射式超聲波熱量表在小口徑超聲波熱量表的應(yīng)用中，相對(duì)于直射式超聲波熱量表壓損較小；
三：關(guān)于超聲波熱量表結(jié)垢的說(shuō)法評(píng)斷：
積垢的說(shuō)法最大憂慮的是反射鏡的結(jié)垢問(wèn)題。實(shí)際上通過(guò)良好的設(shè)計(jì)，完全可以避免結(jié)垢對(duì)反射鏡的影響。
1.超聲波自身具有清洗功能（高頻振蕩信號(hào),通過(guò)超聲波換能器轉(zhuǎn)成高頻機(jī)械振蕩(超聲波)而傳播到介質(zhì)(水)中,超聲波在水中的輻射,使液體震動(dòng)而產(chǎn)生數(shù)以萬(wàn)計(jì)的微小氣泡,這些氣泡在超聲波縱向傳播形成的負(fù)壓區(qū)產(chǎn)生,生長(zhǎng),而在正壓區(qū)迅速閉合,在這種被稱(chēng)為空化效應(yīng)的過(guò)程中,微小氣泡閉合時(shí)可產(chǎn)生超過(guò)1000個(gè)大氣壓的瞬間高壓.連續(xù)不斷產(chǎn)生的瞬間高壓,就像一連串小爆炸一樣不斷沖擊物件表面,是物體表面及縫隙中的污垢迅速剝落,從而達(dá)到清洗物體的目的。）；
2.通過(guò)特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使水流隨時(shí)清洗換能器表面；
3.通過(guò)加大換能器發(fā)射電路的功率及提高接受電路的靈敏度使超聲波信號(hào)的接受幅值遠(yuǎn)大于實(shí)際需要的幅值（至少保證3倍以上）；
4.計(jì)量科學(xué)院在實(shí)驗(yàn)中用膠布粘在超聲波反射鏡上,實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)測(cè)量精度沒(méi)有影響;我公司在實(shí)際試驗(yàn)中使用已經(jīng)結(jié)垢的反射鏡(普通易結(jié)垢材質(zhì)做成的)對(duì)超聲波的接受幅值并沒(méi)有產(chǎn)生影響。
四、 熱能表計(jì)算熱量值的公式：
- 總耗熱kwh=（進(jìn)水溫度℃—回水溫度℃）×瞬時(shí)流量m3/h×K系數(shù)
從上面公式可看出：熱量值的計(jì)算必須知道三個(gè)數(shù)值：
1、K系數(shù)是指水在不同溫度下所能攜帶熱量能力的函數(shù)值，是一個(gè)有規(guī)律定量，
2、進(jìn)出戶(hù)水的溫差℃（依靠溫度傳感器測(cè)量）；
3、瞬時(shí)流量（依靠流量計(jì)測(cè)量）：可分為機(jī)械式流量計(jì)、超聲波式流量計(jì)
五、目前國(guó)內(nèi)各種熱能表實(shí)際應(yīng)用情況：
目前，由于供暖管網(wǎng)材質(zhì)自生水銹、拆裝帶進(jìn)管網(wǎng)的雜質(zhì)、沙粒、小漂浮物等較多且解決不了，且機(jī)械式熱能表后期使用費(fèi)高、易堵塞、維護(hù)麻煩成本高、需定期維修造成使用成本高、收費(fèi)難等原因，全國(guó)多數(shù)政府機(jī)構(gòu)、團(tuán)體自建房及供熱集團(tuán)如天津、唐山、濰坊、威海、長(zhǎng)春、煙臺(tái)等國(guó)內(nèi)多個(gè)城市，均已放棄使用機(jī)械式熱量表，優(yōu)先選用超聲波熱量表。
