CN102221424A - 热量表信号采集装置、热量表及供热量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于供热供暖技术领域，涉及一种热量表信号采集装置，包括一个导热单元，导热单元设置有两个端面，一个端面与载热流体相互接触，称之为热量采集面，导热单元的另一个端面设置有散热器，称其为散热面；整个导热单元的外表面，除了这两个端面之外，均设置有保温层或绝热层；导热单元包括用于测量两个端面之间热流量相关信号的传感器；采集装置还包括用于测量流过热量采集面后的载热流体的温度变化量的两个温度传感器。本发明同时提供两种采用此种信号采集装置的热量表，并提供了一种热量计量方法。本发明的热量表和信号采集装置，测量准确度高，计量量程大，低流速准确度高，并且具有结构简单，成本低廉的优点。

Description

热量表信号采集装置、热量表及供热量计算方法

技术领域

本发明属于供热供暖技术领域，涉及一种热量表。

背景技术

现有热量表主要由流量计和温度传感器组成，热量表依据流量计测量方式的不同可以分为电磁及超声波式、机械式和压差式。其中机械式有耗电少、抗干扰性好、安装维护方便和价格低廉的优点，因此现在应用的比较多，如法国和德国，机械式流量计的比例高达90％，但是机械式的表在水中杂质较多时精度会受到较大的影响。超声波式的特点是量程大、计量精度较高、压损较少，但是易受管壁锈蚀程度、水中泡沫或杂质含量、管道震动的影响，价格较机械式贵很多。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种结构简单、能够更为准确地采集与供热量计量相关信号的热量表信号采集装置，并提供两种采用此种信号采集装置的热量表。为此本发明如下的技术方案：

一种热量表信号采集装置，包括一个导热单元，所述的导热单元设置有两个端面，一个端面与载热流体相互接触，称之为热量采集面，导热单元的另一个端面设置有散热器，称其为散热面；整个导热单元的外表面，除了这两个端面之外，均设置有保温层或绝热层；所述的导热单元包括用于测量两个端面之间热流量相关信号的传感器；所述的信号采集装置还包括用于测量流过热量采集面后的载热流体的温度变化量的两个温度传感器，该两个温度传感器分别设置在载热流体流过热量采集面的上游和下游。

本发明的热量表信号采集装置的一种实施方式为：导热单元包括两个温度传感器，分别设置在导热单元的两个所述的端面上或附近，用于测量导热单元两端的温度差，所述的温度差用于计量两个端面之间的热流量。

本发明的热量表信号采集装置的第二种实施方式为：所述的导热单元包第一导热体、第二导热体和制冷半导体，所述的制冷半导体设置在两个导热体之间，第一导热体的一个端面为热量采集面，第二导热体的一个端面为散热面，利用制冷半导体的温差发电效应计量两个端面之间的热流量。

本发明的热量表信号采集装置，还可以在载热流体流经的管道内设置一段外面设置有保温或绝热层的副管，所述的导热单元的热量采集面设置在副管内。

本发明提供的采用上述的信号采集装置实现的热量表，一种是热量表本身带有计算单元，两个温度传感器采集的温度信号和与两个端面之间的热流量相关的测量信号被送入计算单元，计算单元根据与两个端面之间的热流量相关的测量信号计算热流量，并结合流过热量采集面后的载热流体的温度变化量，计算供热量。

本发明的热量表，还可以采用下列的方式：两个温度传感器采集的温度信号和与两个端面之间的热流量相关的测量信号利用无线通信接口被传送到外部。

本发明同时提供一种利用上述的热量表信号采集装置实现的供热量计算方法，包括下列的步骤：

(1)根据与两个端面之间的热流量相关的测量信号计算导热单元的热流量Q；

(2)根据公式V*U*Δt₂＝Q计算载热流体的流量U，其中，V为修正系数，Δt₂为由两个温度传感器采集的流过热量采集面后的载热流体的温度变化量；

(3)根据载热流体的流量U和载热流体的温度，计算供热量。

本发明的热量表和信号采集装置，基于供热管道内载热流体的温度和热能高于环境温度的原理，利用导热体、散热器以及温度传感器采集载热流体的热量和流量信息，与机械式热量表、压差式热量表以及超声波式热量表相比，受水垢和杂质影响小，不受管壁振动影响，几乎不存在压损，测量准确度高，计量量程大，低流速准确度高，并且具有结构简单，成本低廉的优点。

附图说明

图1为本发明实施例1的热量表信号采集装置结构示意图。

图2为本发明实施例2的热量表信号采集装置结构示意图。

图3为本发明实施例3的热量表信号采集装置结构示意图。

图中：1散热端温度传感器，热量采集端温度传感器，3上游温度传感器，4下游温度传感器，5导热体，6散热器，7保温材料，8入口管道接头，9出口管道接头，10上游管道，11下游管道，12制冷半导体，13复管，14载热流体，15热量表主管道入口接头，16热量表主管道出口接头，17导热单元的热量采集面18导热单元的散热面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

本实施例如图1所示，采用导热材料制作出一个导热体5，一面与管道内载热流体接触，这里称之为热量采集面17，另外一面制成散热器6(也可以连接到一个散热器上)，这里称之为散热面18，在从管道到散热器的导热路径中制作一个相对狭长的区域，然后再狭长区域的两端分别设置散热端温度传感器1和热量采集端温度传感器2，导热体的外表面，除了热量采集面17和散热面18之外，都采用了保温措施，例如，覆盖上保温材料或绝热材料，也可以设置真空隔离层。

本实施例中，导热体5主要分为几个部分，与载热流体相互接触的部分实际上是一个管道形状，其内管壁面即热量采集面17，导热体5的中部是一个相对狭长的区域？，导热体5的散热面上设置了散热器6。本实施例的导热体的环形管道部分的两端分别设置有接头，通过接头可以固定安装在供热管道上。导热体5的与载热流体相互接触的部分也可以不制作成环形管道，可以是多种形状，例如，也可以直接嵌在供热管道内部，只要能够保证与载热流体有一定的接触面即可。

根据热传导公式为K＝Q*h/(Δt₁*S)，式中，Q为热流量，K是导热系数，如果导热材料已知，导热系数就是已知的，h为厚度，即是散热端温度传感器1和管道端温度传感器2的间距，S为导热体5狭长区域的截面积。由散热端温度传感器1和管道端温度传感器2测得的温差就是公式中的Δt₁，可以计算出Q，从而可以实时测出导热量。

由于除了热量采集面17和散热面18之外的整个导热体外表面都采取了绝热措施，所以根据能量守恒定律，热流量Q就等于载热流体单位时间内流过热量采集面17所损失的热量，通过导热体散失热量会引起载热流体在导热体的热量采集面17上游处3和下游处4的温度变化，在这两处设置温度传感器既可测得又一个温度变化量值Δt₂。设载热流体流量为U，并给定系数V，则可以推出V*U*Δt₂＝Q，其中系数V和载热流体的比热容(已知)成正比，与载热流体的密度(已知)成正比，可通过实际实验测量计算并修正确定，此时就计算出了流量U，一旦确定了管道内载热流体的流量，结合设置在上游处3或下游处4的温度传感器测出的数值(如果散热器6设置在用热单位空间内，则取上游处3处的温度传感器数据计算，否则，取下游处4的温度传感器数据计算)，可以计算出用热单位的输入热量。如果是多个用热单位串联，还应该在该用热单位的供热管道出口设置温度传感器测量载热流体温度，结合前面测得的载热液体流量U可以测量出用热单位的输出热量，则可以计算差值得出该单位实际用热量。

热量表本身除了包括图1的信号采集装置之外，还包括主要由信号调理电路和微处理器极其外围器件组成的计算单元(图中未画出)。由各个传感器采集的信号经过信号调理电路的信号处理之后，被送入微处理器，由微处理器根据测量信号计算供热量。此外，热量表上也可以不设置微处理器，而是设置一个无线通信接口，经过信号调理电路处理后的模拟信号被转换成数字信号后经过无线通信接口发送出去，由上位机根据接收的数字信号计算供热量。

实施例2

本实施例如图2所示，采用导热材料制作出两个导热体，第一导热体5的一个端面与管道内载热流体接触，这里称之为热量采集面17，另外一个相对的端面与制冷半导体12的热端相连接，第二导热体的一个端面与制冷半导体12的冷端相连，另一个相对的端面制作成散热器6(也可以连接到一个散热器)，由两个导热体和制冷半导体共同组成导热单元。由两个导热体和制冷半导体构成一个导热单元，导热单元的外表面，除了两个热量采集面17和散热面18之外，都采用了保温措施，例如，覆盖上保温材料或绝热材料7，也可以设置真空隔离层。

通过导热体5到制冷半导体12再到第二导热体连接形成导热通路，利用半导体制冷片具有温差发电效应，通过半导体制冷片的热流量与半导体制冷片温差发电效应的发电量在理论上相等既热流量Q等于发电量Q₁乘以发电效率η。Q＝η*Q₁，通过计量半导体两电极的电流量可以得到已知发电量Q₁，发电效率η由制冷半导体器件决定，则可以计算出Q就可以实时测出导热量。

由于除了热量采集面17和散热面18之外的整个导热体外表面都采取了绝热措施，所以根据能量守恒定律，热流量Q就等于载热流体单位时间内流过热量采集面17所损失的热量，通过导热体散失的热量会引起载热流体在导热体的热量采集面17上游处3和下游处4的温度变化，在这两处设置温度传感器既可测得又一个温度变化量值Δt₂。设载热流体流量为U，并给定系数V，则可以推出V*U*Δt₂＝Q，其中系数V和载热流体的比热容(已知)成正比，与载热流体的密度(已知)成正比，可通过实际实验测量计算并修正确定，此时就计算出了流量U，一旦确定了管道内载热流体的流量，结合设置在上游处3或下游处4的温度传感器测出的数值(如果散热器6设置在用热单位空间内，则取上游处3处的温度传感器数据计算，否则，取下游处4的温度传感器数据计算)，可以计算出用热单位的输入热量。如果是多个用热单位串联，还应该在该用热单位的供热管道出口设置温度传感器测量载热流体温度，结合前面测得的载热液体流量U可以测量出用热单位的输出热量，则可以计算差值得出该单位实际用热量。

实施例3

实施例3适用于管道直径较大或载热流体流量较大情况下的供热量测量。本如图3所示，实施例3与实施例1的不同之处在于，当管道直径较大或载热流体流量较大时，采用实施例1的结构测得的上游温度传感器3与下游温度传感器4间的温差会很小，不利于采集和计算，为了更好的计量，大管径管道热量表采用复合管道结构，既在主管道中设立利用保温材料包裹外壁的复管13，流经复管的载热流体由于管径细，流量少，所以上游处3和下游处4的温度变化较大，在这两个位置各设置一个温度传感器，可以测得此处的温差值Δt₂，由于复管和主管道的管径比例等影响流量的参数已知或者可以通过实验标定，从而可以得到流量比。计算出复管内载热流体的流量，将其乘以流量比即可得到主管道内载热流体的流量了，一旦确定了管道内载热流体的流量，再结合在上游处3设置的温度传感器的温度值就可以计算出通过主管道的供热量了(此时下游温度传感器4的温度不能代表主管道的温度所以不可用于计算供热量)。实施例3对实施例1的热量采集方式进行了改进，这种改进可以提高测量精度，并能减少由于计量供热量而产生的热量损失。

Claims (13)

1.一种热量表信号采集装置，包括一个导热单元，所述的导热单元设置有两个端面，一个端面与载热流体相互接触，称之为热量采集面，导热单元的另一个端面设置有散热器，称其为散热面；整个导热单元的外表面，除了这两个端面之外，均设置有保温层或绝热层；所述的导热单元包括用于测量两个端面之间热流量相关信号的传感器；所述的采集装置还包括用于测量流过热量采集面后的载热流体的温度变化量的两个温度传感器，该两个温度传感器分别设置在载热流体流过热量采集面的上游和下游。

2.根据权利要求1所述的热量表信号采集装置，其特征在于，所述的导热单元包括两个温度传感器，分别设置在导热单元的两个所述的端面上或附近，用于测量导热单元两端的温度差，所述的温度差用于计量两个端面之间的热流量。

3.根据权利要求1所述的热量表信号采集装置，其特征在于，所述的导热单元包括第一导热体、第二导热体和制冷半导体，所述的制冷半导体设置在两个导热体之间，第一导热体的一个端面为热量采集面，第二导热体的一个端面为散热面，利用制冷半导体的温差发电效应计量两个端面之间的热流量。

4.根据权利要求1所述的热量表信号采集装置，其特征在于，在载热流体流经的管道内设置一段外面设置有保温或绝热层的副管，所述的导热单元的热量采集面设置在副管内。

5.一种热量表，用于测量有载热流体通过的管道的供热量，所述的热量表包括与管道相连的接头、导热单元和计算单元，所述的导热单元设置有两个端面，一个端面与载热流体相互接触，称之为热量采集面，导热单元的另一个端面设置有散热器，称其为散热面；整个导热单元的外表面，除了这两个端面之外，均设置有保温层或绝热层；所述的导热单元包括用于测量两个端面之间热流量相关信号的传感器；所述的热量表还包括用于测量流过热量采集面后的载热流体的温度变化量的两个温度传感器，该两个温度传感器分别设置在载热流体流过热量采集面的上游和下游；两个温度传感器采集的温度信号和导热单元中与两个端面之间的热流量相关的测量信号被送入计算单元，计算单元根据与两个端面之间的热流量相关的测量信号计算热流量，并结合流过热量采集面后的载热流体的温度变化量，计算供热量。

6.根据权利要求5所述的热量表，其特征在于，所述的导热单元包括两个温度传感器，分别设置在导热单元的两个所述的端面上或附近，用于测量导热单元两端的温度差，所述的温度差用于计量两个端面之间的热流量。

7.根据权利要求5所述的热量表，其特征在于，所述的导热单元包括第一导热体、第二导热体和制冷半导体，所述的制冷半导体设置在两个导热体之间，第一导热体的一个端面为热量采集面，第二导热体的一个端面为散热面，利用制冷半导体的温差发电效应计量两个端面之间的热流量。

8.根据权利要求5所述的热量表，其特征在于，在载热流体流经的管道内设置一段外面设置有保温或绝热层的副管，所述的导热单元的热量采集面设置在副管内。

9.一种热量表，用于测量有载热流体通过的管道的供热量，包括与管道相连的接头、导热单元和无线通信接口，所述的导热单元设置有两个端面，一个端面与载热流体相互接触，称之为热量采集面，导热单元的另一个端面设置有散热器，称其为散热面；整个导热单元的外表面，除了这两个端面之外，均设置有保温层或绝热层；所述的导热单元包括用于测量两个端面之间热流量相关信号的传感器；所述热量表还包括用于测量流过热量采集面后的载热流体的温度变化量的两个温度传感器，该两个温度传感器分别设置在载热流体流过热量采集面的上游和下游；两个温度传感器采集的温度信号和导热单元中与两个端面之间的热流量相关的测量信号利用无线通信接口被传送到外部。

10.根据权利要求9所述的热量表，其特征在于，所述的导热单元包括两个温度传感器，分别设置在导热单元的两个所述的端面上或附近，用于测量导热单元两端的温度差，所述的温度差用于计量两个端面之间的热流量。

11.根据权利要求9所述的热量表，其特征在于，所述的导热单元包第一导热体、第二导热体和制冷半导体，所述的制冷半导体设置在两个导热体之间，第一导热体的一个端面为热量采集面，第二导热体的一个端面为散热面，利用制冷半导体的温差发电效应计量两个端面之间的热流量。

12.根据权利要求9所述的热量表信号采集装置，其特征在于，在载热流体流经的管道内设置一段外面设置有保温或绝热层的副管，所述的导热单元的热量采集面设置在副管内。

13.一种利用权利要求1所述的热量表信号采集装置实现的供热量计算方法，包括下列的步骤：

(1)根据与两个端面之间的热流量相关的测量信号计算导热单元的热流量Q；

(2)根据公式V*U*Δt₂＝Q计算载热流体的流量U，其中，V为修正系数，Δt₂为由两个温度传感器采集的流过热量采集面后的载热流体的温度变化量；

(3)根据载热流体的流量U和载热流体的温度，计算供热量。

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