一．户用射流热量表产品简介
户用射流热量表产品主要由射流流量传感器、温度传感器和电子 积算器等部件所组成，见图1。其中射流流量传感器是决定射流热量 表测量准确度和工作可靠性的关键部件。
图 1 射流热量表主要部件组成框图
当前，我国大多数供热管网由于供热水质不良以及管道生锈、结垢等问题，使得许多普通叶轮式热量表以及部分超声波热量表不能很 好地胜任供热计量任务，严重妨碍了在全国范围内开展的供热计量到户工作的顺利进行。射流热量表的研制成功较好地解决了此类应用难题，为我国户用供热计量工作的全面推进提供了适合国情的新型热量 计量新产品。
宁波水表股份有限公司与浙江大学多年合作研究，已成功研发出 国内首创、拥有完全自主知识产权的新型户用射流热量表和射流电子水表新产品。射流热量表产品也已通过省级新产品技术鉴定和浙江省计量测试技术研究院所作的新产品型式评价，领取了制造计量产品生产许可证；射流电子水表也已批量出口国外。
专家对户用射流热量表作出的技术鉴定意见是：该产品采用了新型射流流量检测技术、流量与温度信号处理技术、流量传感器一次注塑成型和无运动部件设计等新技术，具有不结垢、不堵塞、自清洁、 低功耗、准确度高、工作稳定可靠等特点，非常适合我国供热水质差的管网环境中使用；自主研发的电磁式射流三电极差动检测技术为国 内首创，产品综合技术达到了国内领先水平；产品经浙江省计量测试技术研究院检测，各项指标符合CJ128-2007标准的要求，计量准确度达到国家2级水平。
以射流振荡原理设计的射流流量传感器是一种测量准确度高、量程范围宽、小流量特性好、测量稳定可靠、性价比高的新一代热量表 用流量传感器，它既可用于高准确度热量表，也可用于电子水表。由于它采用无运动机械部件设计方案，因此具有不结垢、不堵塞、自清洁等优良特性，非常适合在管网水质不好条件下使用。
户用射流热量表（射流流量传感器）的研制成功，标志着我国户 用“固体化”流量传感器的设计、制造水平跃上了新台阶，为我国热 能计量技术、以及水计量技术的进步做出了新贡献，也为供热和供水行业提供了一种新颖的、有发展前景的计量器具新品种。
二．户用射流流量传感器的特性
1.射流流量传感器的结构与原理
当封闭管道中的水流进入射流流量传感器，即射流计量腔时，由于射流的附壁效应（又称“Coanda effect”）和控制射流反馈原理，使水流体在计量腔中发生振荡，其原理见图2。射流振荡频率在一定的流量测量范围内与射流喷嘴的流速或流经管道的体积流量成正比，且不受被测流体物性参数变化的影响。通过在射流计量腔的主通道或反馈通道上设置电磁传感检测元件或压电传感检测元件等速度型与压 力型敏感器件，可以方便地将射流振荡频率和振幅信号检出并作后续 处理。射流热量表不但可显示热量、温度、瞬时流量、累积流量等测量值，还可将有关数据通过 M-BUS、RS－485 总线以及无线传输方式远传给控制终端。射流计量腔的结构及检测原理见图3，其中图 3（a）为电磁速度式检测方法，图 3（b）是压电压力式检测方法。
图 2 射流流量传感器工作原理图
图 3 射流流量传感器结构及电磁、压电信号检测方法示意图
通过计算机对计量腔中射流流场数值模拟（仿真）得到的结果表明，在侧壁与分流劈之间位置附近的流体其速度变化最大，而在反馈通道上流体的压力变化最大。因此可以在这两个部位分别放置对速度敏感或对压力敏感的传感元件，检测射流流体振荡时的幅值相对最大值和相应的频率值。
2.射流流量传感器的信号检测
1）电磁流量检测原理
现以恒磁励磁电磁检测方法为例对射流振荡信号的检测原理进行描述。当导电液体介质（如供热用水、饮用水等）流过非导磁体测 量管或计量腔切割由恒定磁场产生的磁力线时，根据电磁感应定律，导电液体介质就会产生感应电动势，通过放置在与磁力线和测量管相互垂直的一对电极即可将感应电动势输出。由于感应电动势E与恒定磁场B的强度、介质的平均流速v成正比，因此可从感应电动势的强弱来测定被测介质的流速，见下式
（1）
式中 E—感应电动势（V）；k—比例系数；B—磁感应强度（T）；D—测量管内径（m）；v—导电液体介质平均流速（m/s）。
射流电磁流量检测方法的工作原理见图 4（a）和（b）。
图 4 基于恒磁励磁的射流振荡电磁检测方法原理图
2）射流振荡检测方法
射流振荡检测方法是根据被测流体在射流计量腔中振荡切割磁力线而产生感应电动势这一原理工作的，因此可以用一组电极检测出 有一定幅值Emax的振荡频率f值。由于被测流体的流速v体积流量qv与射流振荡频率f在一定流量范围内成正比，检出流体振荡频率即可获知流体的流速或流量。信号检测方式可以是单端形式，也可是差动形式，差动形式信号输出幅度是单端形式的两倍。
已知射流流体在计量腔中按正弦波规律进行振荡，可用下式分别描述两路单端输出信号，
经差动放大器放大后的信号输出为
（4）
式中 E—射流振荡输出信号（V）；Emax—射流振荡幅值信号（V）；
ω、f—射流振荡时的角频率和频率（rad/s，Hz）。
前级差动信号处理电路见图 5，射流流量传感器输出波形见图 6。
图 5 差动信号处理原理图
图 6 射流流量传感器输出波形图
采用差动传感形式除了可使输出信号幅度增大外，还可将管道中的振动干扰信号以及其它共模干扰信号进行抵消。
三．射流流量传感器的流量测量特性
1．流量测量特性指标
户用射流热量表的射流流量传感器，其流量测量特性主要执行 CJ 128-2007《热量表》标准，同时参考了ISO 4064-1:2005《封闭 管道中水流量的测量饮水冷水水表和热水水表 第1部分：规范》（GB/T 778-2007）中的相关要求。其主要技术指标可表述为：
（1）流量测量范围 R1：由常用流量 Q3 和最小流量 Q1 的比值来确 定，即 R1 = Q3/Q1；
（2）低区流量测量范围 R2：由分界流量 Q2 和最小流量 Q1 的比值 来确定，即 R2 = Q2/Q1；
（3）流量传感器测量准确度 EQ（2 级和 3 级表）：
（5）
流量测量特性需要解决的问题是：在较宽的流量测量范围内，射流流量传感器应有较小的示值误差、较好的测量重复性和较低的始动 流量值。
2．分界流量 Q2 特性
当管道中的流速从湍流向层流过渡时，流体运动及分布状态将会 发生很大变化，此时传统的各类流量传感器及水表的流量测量特性也 会随之变化，见图 7。分界流量 Q2 与 Q1 处特性出现“单峰”特性， 对许多流量传感器而言是较难解决的老问题。射流流量传感器因其测量重复性好、输入－输出特性的线性范围宽、内部自带功能强大的嵌 入式单片计算机，因此可以通过计算机分段特性校正算法使传感器的流量测量特性趋于平直。图8是DN20射流热量表（射流流量传感器）校正后得到的流量测量误差曲线。
图 7 传统流量传感器及水表典型流量测量特性的误差曲线
图 8 DN20 射流热量表（流量传感器）流量测量特性的误差曲线
3．始动流量 QS 特性
始动流量QS在某种程度上决定了射流流量传感器的小流量测量特性。射流流量传感器的始动流量能否有较大幅度的下调，其关键是 看以下两方面技术的掌握程度与水平：
（1）射流计量腔在低雷诺数流体条件下（如 102 量级）是否仍能 正常起振；
（2）信号检测传感器在流体振荡幅值很弱（微伏级电压）、振荡 频率很低（10-1～10-2 Hz 频率量）条件下能否保证有用信号的有效检 测与处理。
4．大流量测量特性
射流流量传感器在较大的流量测量范围内无需校正就能获得良好的线性度，并且稳定可靠。如往更大的流量测量方向延伸时，射流 计量腔造成的管道压力损失值就会按流速二次方的比例快速递增，严重时会导致管道末端供水压力的下降。因此射流热量表设计时在考虑 小流量测量灵敏度的同时，还应确保常用流量下压力损失值必须符合 标准的规定。
四．结语
综上所述，射流热量表及其射流流量传感器具有很大发展潜力。 除了上面提到的各种优良特性外，还具有产品性价比高和成批生产质量好等特点。由于射流流量传感器计量腔的内表面采用了高光洁加工技术和低摩擦系数材料，流体经过射流喷嘴后流速又大大高于普通叶轮式热量表，因此在水质不好条件下工作具有不结垢、不堵塞、自清 洁、长寿命等优良特性。
目前射流热量表和射流流量传感器正在逐步进入户用热量表和小口径水表应用领域，受到了广泛的关注与好评。
