浅谈热量表用流量传感器
摘要：本文介绍了热量表用流量传感器的主要特点，分析了热量表用流量传感器与普通热水表用流量传感器的区别，并结合研发过程中遇到的问题谈了一点体会
关键词：热量表用流量传感器、热水表用流量传感器、热量表、供暖水质
概述
2005年12月，建设部等八部委发布了《关于进一步推进城镇供热体制改革的意见》，指出：“稳步推行按用热量计量收费制度，促进供、用热双方节能。新建住宅和公共建筑必须安装楼前热计量表和散热器恒温控制阀，新建住宅同时还要具备分户热计量条件；”，这表明了我国城镇供热体制改革的进一步深化，按用热量计量收费势在必行。
随着国家集中供热计量收费制度的推行，热量表被确认为一种必要的集中供热计量的法定仪表。
国家政策的导向给热量表市场提供了巨大的商机。能否抓住商机，提供运行可靠、计量准确的热量表是摆在每个热量表生产企业面前的重要课题。
热量表由流量传感器、配对温度传感器和计算器构成。根据流量传感器的不同，热量表可分为机械式和非机械式两大类，机械式又可分为旋翼式、螺翼式、涡轮式等，非机械式可分为超声波式、电磁式、涡街式等几类。其中使用最普遍的是机械式旋翼和螺翼流量传感器。在热量表的这三部分中，流量传感器的研发制造难度最大，问题也最多，是大多数热量表生产企业不愿涉足的领域。
热水表与热量表流量传感器的区别
由于目前水表的技术已相当成熟，所以我国大多数热量表生产企业为了降低研发成本和产品成本，采用了直接把热水表用作热量表流量传感器的方式，只在流量信号的采集、屏蔽和计算器设计方面融入本公司的技术。
上述方式固然降低了成本，省去了流量传感器的研发工作，且在管路水质较好、压力、温度都比较稳定的情况下运行短时间内不会出现什么问题。但是热水表的工况远不如热量表的工况严酷（热水表为断续工作，热量表在采暖季节为连续工作；热水水质要明显优于供暖水质），因此普通热水表的性能远不能满足热量表的要求。热量表在采暖季的工作时间远远大于普通热水表一年的工作时间。我国供热管网绝大部分还是老系统，即使新建住宅的供热管网，也有相当数量的系统虽然采用双管并联供热，但没有使用分段供热。这样低楼层的热量表承受的压力更高。而热水表流量传感器在耐压、耐高温、防堵塞方面能力较差，所以用于热量表时，存在造成流量传感器超压渗漏，爆裂、卡阻的隐患，有可能给用户造成重大损失。
因此，对热量表流量传感器来说，在耐压、耐磨损等方面理应要提出更加严格的要求。
七洋热量表流量传感器的技术路线
鉴于上述原因，我公司研发部门在制定技术路线时没有沿用大多数热量表生产企业走的老路，而是制定了研发有自主知识版权的热量表和热量表专用流量传感器的方针，并且提出了主攻热量表专用流量传感器的战略目标。我公司自主研发了旋翼式热量表用流量传感器系列产品，并获得了多项专利。
七洋流量传感器具有以下特点：
1.适应供暖水质：
我国供暖系统水质差是普遍存在的问题，短时期内改善水质的目标很难实现。因此只能采取措施提高热量表的适应性。表前加装滤网和磁性过滤器，可以有效地滤除供暖管网中的大部分大颗粒杂质及铁磁物质。同时，为了减小细小杂质对计量精度的影响，我们改进了叶轮及叶轮壳的结构，使得泥状杂质很难沉积在叶轮壳内，使其对流量精度的影响降低到最小。
在水质问题没有得到根本解决的情况下，为保证计量精度，我公司将表芯设计成了可独立计量的整体结构，在保证流量传感器准确度的前提下，方便表芯的定期清洗和在线更换，可以大大减少供热管理部门的维护成本。
计量准确：
表芯采用双流束结构，相对于单流束表来说，叶轮受力均匀，转动平稳，可以保证流量传感器在整个流量测量范围内精度符合要求，不需要分段补偿。
2.耐高温、高压、耐磨损：
由于表壳和表盖均为铜材料，将流量传感器的最大耐压性能大幅度提高，在 4MPa的压力下不渗漏，不爆裂，可更好的抗击水锤等现象造成的管路压力突变对热量表造成的破坏。
表芯采用特殊材料制成，能够保证长时间在流量传感器的上限工作温度及流量下正常工作。大大提高了流量传感器的运行可靠性。
3.信号采集方便：
流量传感器的流量信号，通过叶轮顶部的磁环与流量传感器外部的零功耗磁敏元件耦合输出；有效地解决了间隔金属材料时对流量信号采样的问题。
下表列出了七洋热量表流量传感器和热水表的不同之处：
产品试制和验证中遇到的问题
1.表芯材料
在产品设计初期，我们针对表芯结构设计和材料选用做了大量试验，这是一个艰苦的过程。开始，在较低流量下，流量传感器误差曲线很好，基本呈平直状态，但是到大流量下，误差曲线出现突变，误差值很大。发现是由于表芯材料变形引起的。表芯材料在高温水浸泡、大流量冲击下发生较大变形，影响了水流冲击叶轮的位置，改变了叶轮与表芯壳体的间隙，从而影响到流量传感器的计量精度。
在寻找表芯材料方面，我们遇到了很大的困难，很长一段时间没能找到合适的材料，研发工作几乎陷入停顿。无奈之下，我们委托塑料材料方面的专家，按照我们的结构要求和使用要求，配制出了专门的材料，使得流量传感器终于通过了公司规定的500h的加速磨损试验。
2.产品验证
陕西、河南、江苏、山东等几个省都有七洋的热量表在运行中。天津某小区也安装了使用我公司流量传感器作为基表的其它公司的户用热量表。我们对几个重点小区密切跟踪，取得了很多第一手资料。
在第一个采暖季，天津安装的表有1只表计量偏慢，有1只表停走，我们立即赶到现场查明原因。观察发现，计量偏慢的一只表进出水口方向装反。拆下这块表，发现表芯中有直径约3mm的水泥砂粒，但未影响叶轮转动。清除砂粒，将表正向安装后，观察计算器瞬时流量显示与其它正常工作的表相同，表明这块表已正常工作；另一只停走的表在确认计算器没有故障后，现场拆开流量传感器观察，发现表芯中有一块直径约10mm的水泥块卡在叶轮处，将叶轮卡死，导致热量表停走。清除了水泥块后，热量表立即恢复了正常工作。这块表的故障就是由这个水泥块引起的。我公司流量传感器的进水口处安装有滤网，这块故障表的滤网完好无损，流量传感器安装方向正确，表芯中仍然卡进了这样大的水泥块，只能是在安装过程中附近的管路没有清理干净造成的。
2004年在河南开封几个居住小区安装了我公司热量表。在第一个采暖季初期，一部分热量表明显跑慢。后经公司售后服务人员到现场调查，发现出现故障的热量表大多位于供暖管网的末端，深入了解得知该小区供暖管网设计不太合理，导致管路末端的水流动很慢，流量很小，而且管路中的泥状杂质很多，安装热量表前没有进行管路清洗。多种原因造成大量的泥状杂质淤积在这段管路里不能随水流冲走。在现场拆开流量传感器观察，表芯和表壳中淤积了很多泥状杂质，由于杂质太多，叶轮转动受阻。当时供暖期已经开始，再进行整个管路的清洗是不现实的，因此我们与热力公司协商，采用分户清洗的办法，清理用户管路和散热器中的杂质，同时进行表芯的在线清洗工作，在短短几天时间内就协助热力公司解决了问题。
现在，两个采暖季已过，这些热量表都在正常工作中，没有再出现故障。
一点体会
通过这些年对热量表的研发，感觉到在热量表的三个主要部分中，流量传感器的研发是最困难的，需要耗费大量的人力、物力，前期投入较多，且需要几个采暖季实际使用的数据统计，耗时较长。同时，流量传感器也是在实际使用中最容易出问题的部件，因此，业内人士一致认为流量传感器问题是热量表的瓶颈问题。
表芯的结构设计和表芯材料的选择是一个很重要的方面。合理的结构设计，能够承受高温水长时间浸泡、大流量冲击不变形的表芯材料，以及选用适用的轴与轴承材料，这些因素缺一不可。这样才能为流量传感器计量准确提供最基本的保障。
我国的供暖水质不好，供暖新管道的前期处理很不到位，虽然要求安装单位在安装热量表前先对管道进行冲洗，但在实际使用中，能做到的单位并不多，使得管路中有部分杂质残留，影响热量表正常运行，因此研发流量传感器需要在适应水质方面下很大的功夫。
目前，国内已有几家热量表生产企业在自主研发热量表用流量传感器，并都积累了相当的经验，随着研发的不断深入，一定会制造出计量准确、运行可靠、能适应多种不理想状况的热量表用流量传感器。
以上是我们在热量表用流量传感器的研发、制造和应用中的一点经验和体会，请同行们多提宝贵意见。
