CN101629858B - 一种超声波热计量系统 - Google Patents

Abstract

本发明属热量计量装置领域，尤其涉及一种超声波热计量系统，包括抄表终端、GSM/GPRS网络及检测控制中心；热计量表的进水通道(2)采用Ω型结构；在与进水通道(2)顶部管道相平位置配有换能器装配仓(4、4`)；在与进水通道(2)及出水通道(3)相通位置配有温度传感器装配仓(5、5`)；换能器及温度传感器的输出端口与热计量表的数据接口相接；热计量表的数据传输端口接抄表终端GSM/GPRS网调制解调器的输入端口；抄表终端GSM/GPRS网调制解调器的输出端口经GSM/GPRS网络接入检测控制端GSM/GPRS网调制解调器；检测控制端GSM/GPRS网调制解调器的端口与抄表信息传输终端的端口相接。

Description

一种超声波热计量系统

技术领域

本发明属热量计量装置领域，尤其涉及一种超声波热计量系统。

背景技术

热能表主要用于计量用户系统能量消耗，可以计量热能消耗，也可以计量冷能量消耗。目前，市场上出现的热能表存在如下特点：

1、现有的热能表(包括超声波热能表)都是由金属材质制作的流量测量腔或在计量腔内加装非金属的计量管。由于目前国内暖气系统的介质的实际工旷是杂质多、气泡多、金属离子多，致使金属腔体易结垢，加装非金属管后在腔体产生紊流、气泡使热能表内的声波发射(接收)系统收到的声波失真，计算的体积(质量)流量失真(体积流量的计算公式是将测量管路的截面积作为常数，如果积垢改变截面积后果可想而知)。现有超声波热能表的声波发射(接收)方式采用Z型，利用管壁反射或者在管路中加装反射装置来计算声波的速度差。只要管壁或者反射材料结垢同样将会影响计量的准确性。由于腔内加装反射装置使实际流量腔空间狭小其设计本身大大增加了流体通过热能表的压力损耗。

2、现有的超声波热能表的流量计量腔采用直管段不便于准确安装超声波发射及接收装置的位置，测量管道产生紊流使其是否真正能测量管道内实际流量---中心流速值得怀疑，测量不准。

3、现有个别超声波热能表的流量计量腔采用∏型在∏型一字端分别安装超声波发射(接收)装置-换能器，解决了流速测量失真的问题。但因其管路是∏型流体流过∏型∏端是直角，流体将产生紊流，致使流量测量准确度无法保证。

4、现有热能表(包括超声波热能表)的温度测量是单独进行的，安装在表体之外，难免会被人为损坏，增加用户的成本。

5、现有热能表(包括超声波热能表)在计算原理上均未考虑计量器具本身的工作状态，因此其计量结果是阶段性的，且置信度无法保证在高的水平。

6、现有热能表(包括超声波热能表)在结构设计上均未考虑用户的热平衡，在系统中每一单元的热平衡调节，不仅使系统热总体平衡，还可以使同等面积(使用环境条件近似)的用户能耗相似，总体节能，更可以实现远程开栓等深层次管理。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种计量精度高，流体腔内不结垢，功耗低，使用维修方便，具有防盗功能，抗干扰能力强，可进行远程检测控制的超声波热计量系统。

为达到上述目的，本发明是这样实现的：

一种超声波热计量系统，它包括配有热计量表的抄表终端、GSM/GPRS网络及检测控制中心；所述热计量表包括含有显示部分的壳体、配装于壳体内的进水通道及出水通道；所述进水通道采用Ω型结构；在所述壳体内与进水通道顶部管道相平位置配有换能器装配仓；在所述壳体内与进水通道及出水通道相通位置配有温度传感器装配仓；所述换能器装配仓中换能器及温度传感器装配仓中温度传感器的输出端口与抄表终端中热计量表的数据接口相接；所述检测控制中心包括单片机、热计量器、检测控制端GSM/GPRS网调制解调器及抄表信息传输终端；所述抄表信息传输终端的传输端口接单片机及热计量器的端口；所述单片机的端口与热计量器的端口相接；所述抄表终端包括热计量表及抄表终端GSM/GPRS网调制解调器；所述热计量表的数据传输端口接抄表终端GSM/GPRS网调制解调器的输入端口；所述抄表终端GSM/GPRS网调制解调器的输出端口经GSM/GPRS网络接入检测控制端GSM/GPRS网调制解调器；所述检测控制端GSM/GPRS网调制解调器的端口与抄表信息传输终端的端口相接。

作为一种优选方案，本发明所述检测控制中心还设有检测控制装置及计费和查询装置；所述检测控制装置及计费和查询装置并接于单片机及热计量器的传输端口。

本发明所述抄表终端还配有抄表器；所述热计量表的数据端口经抄表器与抄表终端GSM/GPRS网调制解调器的输入端口相接。

本发明所述换能器装配仓的中轴线与进水通道顶部管道的中轴线重叠。

本发明所述进水通道每个弯道的曲率半径R均相等且满足：R≥4d，d为进水通道顶部管道的直径。

本发明在所述进水通道及出水通道上可配有电磁阀；所述电磁阀的数据端口与抄表终端中热计量表的数据接口相接。

本发明显示部分与壳体的主体部分活动配接。

本发明所述壳体可采用非金属材料制成。

本发明所述进水通道的端口直径大于进水通道顶部管道的直径。

另外，本发明在所述壳体内可配有电池仓。

本发明计量精度高，流体腔内不结垢，功耗低，使用维修方便，具有防盗功能，抗干扰能力强，可进行远程检测控制，与现有技术相比具有如下特点：

1、计量腔使用非金属Ω型，将温度传感器、控制、计算等功能一体式设计，使用RS485总线，将计量数据、指令执行情况的上传给现场(远程)控制装置。

2、在计量装置的进回水管道铸入非金属电动球阀实现热平衡(流量)控制功能。

3、使用高速、大容量RAM的大规模集成CPU及外围电路、内嵌GPRS通信模块、有线电视接口模块等制造的现场(远程)控制装置，可以对计量装置的计量数据进行置信度分析、存储、报警；执行用户的管理指令，开栓、调节热平衡(流量调解)，存储数据(按用户要求分季、月，温度等)

4、利用GMS/GPRS网络的普及性、有线电视双向互动性，英特网的廉价性和公司现有网络服务器硬盘相结合，使用公司专门开发的客户端软件，用户只要登陆公司服务器，输入IP，打开软件操作界面，输入密码，进入用户专用的信息界面，根据权限不同，进行不同层次的操作(开栓、热平衡调节等)。

基本用户(居民用户)可以在现场直读使用情况，亦可以在有线电视上了解使用信息，也可以到公司网站的用户界面，输入用户信息(ID，且是唯一的)，查询、与公司互动。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围将不仅局限于下列内容的表述。

图1为本发明热计量表的整体结构示意图；

图2为本发明热计量表图1部分沿A-A向剖视图；

图3为本发明热计量表图1部分沿B-B向剖视图；

图4为本发明热计量表图1部分沿C-C向剖视图；

图5为本发明传输部分原理框图；

图6为本发明抄表器各元器件连接框图；

图7为本发明电源部分电路原理框图。

具体实施方式

如图1～5所示，超声波热计量系统，包括配有热计量表的抄表终端、GSM/GPRS网络及检测控制中心；所述热计量表包括含有显示部分9的壳体1、配装于壳体1内的进水通道2及出水通道3；所述进水通道2采用Ω型结构；在所述壳体1内与进水通道2顶部管道相平位置配有换能器装配仓4、4`；在所述壳体1内与进水通道2及出水通道3相通位置配有温度传感器装配仓5、5`；所述换能器装配仓4、4`中换能器及温度传感器装配仓5、5`中温度传感器的输出端口与抄表终端中热计量表的数据接口相接；所述检测控制中心包括单片机、热计量器、检测控制端GSM/GPRS网调制解调器及抄表信息传输终端；所述抄表信息传输终端的传输端口接单片机及热计量器的端口；所述单片机的端口与热计量器的端口相接；所述抄表终端包括热计量表及抄表终端GSM/GPRS网调制解调器；所述热计量表的数据传输端口接抄表终端GSM/GPRS网调制解调器的输入端口；所述抄表终端GSM/GPRS网调制解调器的输出端口经GSM/GPRS网络接入检测控制端GSM/GPRS网调制解调器；所述检测控制端GSM/GPRS网调制解调器的端口与抄表信息传输终端的端口相接；所述检测控制中心还设有检测控制装置及计费和查询装置；所述检测控制装置及计费和查询装置并接于单片机及热计量器的传输端口；所述抄表终端还配有抄表器；所述热计量表的数据端口经抄表器与抄表终端GSM/GPRS网调制解调器的输入端口相接；所述换能器装配仓4、4`的中轴线与进水通道2顶部管道的中轴线重叠；所述进水通道2每个弯道的曲率半径R均相等且满足：R≥4d，d为进水通道2顶部管道的直径；在所述进水通道2及出水通道3上配有电磁阀6；所述电磁阀6的数据端口与抄表终端中热计量表的数据接口相接；显示部分9与壳体1的主体部分7活动配接；所述壳体1采用非金属材料制成；所述进水通道2的端口直径大于进水通道2顶部管道的直径；在所述壳体1内配有电池仓8。图7为本发明电源部分电路原理框图。

如图6，本发明的抄表器包括热计量表适配器、数据地址控制总线、CPU和接口电路，热计量表通过热计量表适配器和数据地址控制总线接入接口电路输入端及CPU，热计量表可采用有脉冲输出的电子式热计量表，热计量表适配器包括脉冲计数器和电控开关，电控开关接收抄表器指令，开关用户输配管路。接口电路可完成抄表终端GSM/GPRS网调制解调器与CPU之间的数据转换和缓存；接口电路的输出端接入抄表终端GSM/GPRS网调制解调器，抄表器内设置有FLASH存储器，热计量表通过热计量表适配器和数据地址控制总线接入FLASH存储器，FLASH存储器采用掉电数据非遗失存储器，其可在掉电情况下对热计量表的数据进行存储，保证数据不遗失。

本发明在使用时，由检测控制中心向抄表信息传输终端发出抄表消息，抄表信息传输终端按抄表的通讯协议向检测控制端GSM/GPRS/网调制解调器发出抄表指令，抄表终端在接到抄表指令后，首先由用户热计量表向热计量表适配器输出信号，热计量表适配器对该信号进行处理，CPU将来自适配器的脉冲信号进行处理后变为抄表信息，通过GSM/GPRS网传至检测控制中心中的检测控制端GSM/GPRS网调制解调器，该调制解调器通过抄表信息传输终端将该抄表信息传输至检测控制装置及计费和查询装置进行处理，完成整个抄表工作。

本发明从抄表终端采集的数据信号进入单片机进行运算与处理，准确检出置信度高的热计量信号，再进入单片机热量运算和功能处理。单片机上编有时间、日期程序，由大容量串行贮存器将每日的累积流量予以贮存，并记录该日期，累积全部日热量就成为总流量。最后由液晶显示屏显示日期、总热量和瞬时流量。或者可通过日热量搜索键的操作，显示某日期的日流量、故障排除等等，以上功能均可由用户在公司提供的网上服务器进行远程操作。

现行的(超声波)热能表的能量计算的公式为：

$Q={\∫}_0^t{q}_m\·\mathrm{\Δh}\·\mathrm{dt}..............................\left(1\right)$

式中：Q——释放的热量[kJ]

c——流经热能表中载热液体的质量流量[kg/s]

Δh——热交换回路中入口温度与出口温度对应的载热液体的比焓值差[kJ/kg]，水的焓值和密度表见相关资料。

t——时间[s]

$Q={\∫}_0^{V}k\·\mathrm{\Δ\θ}\·\mathrm{dV}..............................\left(2\right)$

式中：Q——释放的热量[J或kWh]

V——载热液体流过的体积[m3]

Δθ——热交换回路中载热液体入口处和出口处的温差[℃]

k——热系数，它是载热液体在相应温度、温差和压力下的函数[J/m3℃或kWh/m3℃]，水的热系数k值见相关资料。

上述公式(1)、(2)可任选使用，使用热系数表时，允许线性内插。式(2)中的体积计量位置在热交换回路的出口处，如果实际的体积计量位置在热交换回路的入口处，应进行密度修正。

qm的计算方法有很多种本权利主张的是介质为水时候，利用声波在水中的传递速度恒定，且不受温度影响的特性，通过声波采集计算出流量，超声波式热能表是通过测量超声波在热水中传播的时间差(声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间)。利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速从而推导出流量。由于其测量腔体内部没有任何可动部件，所以对介质的成份或杂质含量没有严格的要求，不易堵塞。

超声波热计量系统：由两(叁)大硬件(装置)一个应用软件组成。

1、热计量装置(通称一体式超声波热能表)，将用户测量进水、回水温度、介质流速的换能器、管路、积算仪、集合在一起的热能表。超声波热量计算是利用超声波流量传感器和温度传感器测量供水流量及供、回水温度差从而测量及显示水流经热交换系统所释放或吸收的热能的仪表。

2、流速控制装置：在进回水管路中，分别嵌入流速控制器，根据用户环境变化、管理部门指令控制流速

3、将热计量装置、流速控制装置一体化(本权利书强调，非金属化)达到实现更多功能的目的。

4、非金属一体式热计量装置：系统同被测介质接触的器件无金属，采用不容易被恶劣水质腐蚀的非金属配件组成。(PVC、PPO、PC等)

5本发明在原有的能量计算公式上增加

-置信度概念，只有置信度≥95％的数据采可以储存、上传，否则报警。

6、现场(远程)控制装置：由GPRS远传模块、计量数据存储分析模块、RS485数据采集模块、中央处理器及USB数据输出接口(远红外数据输出接口模块)组成

7、用户管理软件：用户通过发明人提供的WEB服务器上的管理软件对，现场(远程)控制装置发出管理指令，操作热计量装置、流量控制装置，形成完整热计量系统。

Claims (10)

1.一种超声波热计量系统，其特征在于：包括配有热计量表的抄表终端、GSM/GPRS网络及检测控制中心；所述热计量表包括含有显示部分(9)的壳体(1)、配装于壳体(1)内的进水通道(2)及出水通道(3)；所述进水通道(2)采用Ω型结构；在所述壳体(1)内与进水通道(2)顶部管道相平位置配有换能器装配仓(4、4`)；在所述壳体(1)内与进水通道(2)及出水通道(3)相通位置配有温度传感器装配仓(5、5`)；所述换能器装配仓(4、4`)中换能器及温度传感器装配仓(5、5`)中温度传感器的输出端口与抄表终端中热计量表的数据接口相接；所述检测控制中心包括单片机、热计量器、检测控制端GSM/GPRS网调制解调器及抄表信息传输终端；所述抄表信息传输终端的传输端口接单片机及热计量器的端口；所述单片机的端口与热计量器的端口相接；所述抄表终端包括热计量表及抄表终端GSM/GPRS网调制解调器；所述热计量表的数据传输端口接抄表终端GSM/GPRS网调制解调器的输入端口；所述抄表终端GSM/GPRS网调制解调器的输出端口经GSM/GPRS网络接入检测控制端GSM/GPRS网调制解调器；所述检测控制端GSM/GPRS网调制解调器的端口与抄表信息传输终端的端口相接。

2.根据权利要求1所述的超声波热计量系统，其特征在于：所述检测控制中心还设有检测控制装置及计费和查询装置；所述检测控制装置及计费和查询装置并接于单片机及热计量器的传输端口。

3.根据权利要求1或2所述的超声波热计量系统，其特征在于：所述抄表终端还配有抄表器；所述热计量表的数据端口经抄表器与抄表终端GSM/GPRS网调制解调器的输入端口相接。

4.根据权利要求3所述的超声波热计量系统，其特征在于：所述换能器装配仓(4、4`)的中轴线与进水通道(2)顶部管道的中轴线重叠。

5.根据权利要求4所述的超声波热计量系统，其特征在于：所述进水通道(2)每个弯道的曲率半径R均相等且满足：R≥4d，d为进水通道(2)顶部管道的直径。

6.根据权利要求5所述的超声波热计量系统，其特征在于：在所述进水通道(2)及出水通道(3)上配有电磁阀(6)；所述电磁阀(6)的数据端口与抄表终端中热计量表的数据接口相接。

7.根据权利要求6所述的超声波热计量系统，其特征在于：显示部分(9)与壳体(1)的主体部分(7)活动配接。

8.根据权利要求7所述的超声波热计量系统，其特征在于：所述壳体(1)采用非金属材料制成。

9.根据权利要求8所述的超声波热计量系统，其特征在于：所述进水通道(2)的端口直径大于进水通道(2)顶部管道的直径。

10.根据权利要求9所述的超声波热计量系统，其特征在于：在所述壳体(1)内配有电池仓(8)。

Images