CN103712715A - 热能测量装置和热能测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热能测量装置和热能测量方法。其中，热能测量装置包括测量模块、中央处理器、电源隔离模块和通信模块；电源隔离模块用于隔离外部电源提供的电能，转换为直流电并提供到测量模块和中央处理器；测量模块用于测量向供热空间内提供的瞬时热能；中央处理器用于接收测量模块测量的瞬时热能并计算一定时长内的累计热能；通信模块用于将瞬时热能和累计热能发送至远程上位机。采用本发明的热能测量装置和热能测量方法，其电源供电稳定，测量精度高。

Description

热能测量装置和热能测量方法

技术领域

本发明涉及一种热能测量技术，特别是一种热能测量装置和测量方法。

背景技术

目前，用于热能测量的仪表主要有机械式热能表和超声波式热能表。机械式热能表的缺点是使用寿命短，管段出现堵塞时计量不准确。而超声波热能表由于其测量方式无接触部件，低压降和低能量消耗而且测量高精度，得到了广泛的应用。

现行的超声波热能表都是采用电池供电。但电池受温度，湿度影响，导致寿命大打折扣。当电压不足时，主芯片及测量模块的电源质量不能保证，导致测量精度严重受损。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的一个主要目的在于提供一种热能测量装置和热能测量方法，其电源供电稳定，测量精度高。

根据本发明的一方面，热能测量装置包括测量模块、中央处理器、电源隔离模块和通信模块；

所述电源隔离模块用于将外部电源提供的电能转换为直流电提供到测量模块和中央处理器；

所述测量模块用于测量向供热空间内提供的瞬时热能；

所述中央处理器用于接收所述测量模块测量的瞬时热能并计算一定时长内的累计热能；

所述通信模块用于将所述瞬时热能和累计热能发送至远程上位机。

根据本发明的第二方面，一种热能测量方法，包括：

电源隔离模块隔离外部电源提供的电能，并转换为直流电提供到测量模块和中央处理器；

测量模块测量向供热空间内提供的瞬时热能；

中央处理器接收测量模块测量的瞬时热能并计算一定时长内的累计热能；

通信模块将瞬时热能和累计热能发送至远程上位机。

采用本发明的热能测量装置和热能测量方法，其电源供电稳定，测量精度高。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1为本发明的热能测量装置的一种实施方式的结构图；

图2为图1的热能测量装置中的测量模块的一种实施方式的结构图；

图3为本发明的热能测量方法的一种实施方式的流程图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

参见图1所示，为本发明的热能测量装置的一种实施方式的结构图。

在本实施方式中，热能测量装置包括测量模块10、中央处理器20、电源隔离模块30和通信模块40。

电源隔离模块30用于隔离外部电源提供的电能转换为直流电，并将直流电提供到测量模块10和中央处理器20。

测量模块10用于测量供热空间的瞬时热能。例如，热能测量装置对住宅楼中的某一户进行热能测量，其中的测量模块10可用于测量供给到该户的瞬时热能。

中央处理器20用于接收测量模块10测量的瞬时热能并计算一定时长内的累计热能。中央处理器20例如可以采用16位的处理器MSP430F4152。

通信模块40用于将瞬时热流量和累计热流量发送至远程上位机。

通信模块40例如可以是485通信接口芯片TI3082。

在一种实施方式中，通信模块40与远程上位机和中央处理器20之间可以采用串口通信。

由于采用电源隔离模块30来向中央处理器20和测量模块10提供直流电，使得电源供给相较现有的电池供电而言，更加稳定，从而能够更好的确保热能测量的精度。

在一种实施方式中，电源隔离模块30用于从外部的485总线的电力线获取电能，并将电能转换为直流电后提供到测量模块10和中央处理器20。例如，外部的485总线的电力线向电源隔离模块30提供12V的直流电。电源隔离模块30将该12V的直流电转换为5V的直流电，并提供到测量模块10和中央处理器20。

由于485总线的电力线通过市电供电，当市电电压不稳时，势必导致485总线的电力线上的电压不稳定。采用电源隔离模块30来向中央处理器20和测量模块10提供直流电，避免了485总线上的电力线电压不稳时影响中央处理器20和测量模块10的工作状态的问题。

通信模块40可通过外部的485总线的数据线将瞬时热能和累计热能发送至远程上位机。

参见图2所示，为本发明的热能测量装置的测量模块10的一种实施方式的结构图。

在本实施方式中，测量模块10包括流量测量单元11、温度测量单元12和处理模块13。

其中，流量测量单元11用于测量向供热空间内提供的瞬时流量。温度测量单元12用于分别测量供热空间的热能出口和热能入口处的温度。处理模块13用于根据瞬时流量、热能出口处的温度和热能入口处的温度计算瞬时热能。

例如，通过在管道中注入热介质（例如水）来对供热空间进行热量供给。热介质通过入口处的供热管道进入供热空间内，再通过出口处的供热管道离开供热空间，通过散热，为供热空间提供热能。

瞬时热能=修正系数×（瞬时流量/1000）×（入水口单位体积热熔值-回水口单位体积热熔值）/36000，

其中，修正系数由标准器进行标定。例如，可以用质量法进行修正系数的标定。将热量表加装到标准器，设置标准器的水温，标准流量，开始走水，当定时时间到时标准器自动停止，将热量表计量的总流量输入标准器的计算软件，用所读流量与标准器的标准流量计算出误差值，将此值用校表软件通过热表的通信接口写入热量表。

入水口单位体积热熔值与出水口单位体积热熔值可以分别依据测量得到的热能入口的温度和热能出口的温度查表获得。

中央处理器20可以根据“累计热能=∑瞬时热能/3600”来计算累计热能。

作为一种实施方式，流量测量单元11可以包括超声波测量子单元111。

超声波测量子单元111例如可以安装在供热空间的热能入口处的热能管道上，用于向热能管道内的顺流方向和逆流方向的预定距离分别发射超声波。根据顺流方向的超声波的到达预定距离的飞行时间与逆流方向的超声波到达相同的预定距离的飞行时间之差，通过以下公式来计算瞬时流量：

Q=Δt×3.14×R2×H/3600

其中，Q为瞬时流量，R为超声波测量子单元111的测量管的半径；H为超声波飞行的预定距离；Δt为逆流方向的超声波到达预定距离的飞行时间与顺流方向的超声波的到达预定距离的飞行时间之差。

在一种实施方式中，超声波测量子单元111例如可以采用TDC-GP21芯片。

在一种实施方式中，温度测量单元12可以包括第一铂电阻121和第二铂电阻122。

第一铂电阻121安装在供热空间的热能入口处，第二铂电阻122安装在供热空间的热能出口处，用于分别测量入口处和出口处的温度值。

在一种实施方式中，第一铂电阻121和第二铂电阻122可以采用PT1000电阻。

优选地，热能测量装置还可以包括显示模块50。显示模块50与中央处理器20相连，用于显示瞬时流量、热能入口处温度、热能出口处温度、瞬时热能或累计热能等。

参见图3所示，为本发明的热能测量方法的一种实施方式的流程图。

在本实施方式中，热能测量方法包括：

S10:电源隔离模块30隔离外部电源提供的电能，并转换为直流电提供到测量模块10和中央处理器20；

S20:测量模块10测量向供热空间提供的瞬时热能；

S30:中央处理器20接收测量模块测量的瞬时热能并计算一定时长内的累计热能；

S40:通信模块40将瞬时热能和累计热能发送至远程上位机。

在一种实施方式中，步骤S10可以具体包括：

电源隔离模块30从外部的485总线的电力线获取电能，并将电能转换为直流电后提供到测量模块10和中央处理器20。

步骤S40可以具体包括：

通信模块40通过外部的485总线的数据线将瞬时热能和累计热能发送至远程上位机。

在一种实施方式中，步骤S20可以具体包括：

S21:流量测量单元11测量向供热空间提供的瞬时流量；

S22:温度测量单元12分别测量供热空间的热能出口和热能入口处的温度；

S23:处理模块13根据瞬时流量、热能出口处的温度和热能入口处的温度计算瞬时热能。

在一种实施方式中，步骤S21可以具体包括：

S211:安装在供热空间的热能入口处的热能管道上的超声波测量子单元111向热能管道的顺流方向和逆流方向的预定距离分别发射超声波；

S212:根据顺流方向的超声波的到达预定距离的飞行时间与逆流方向的超声波到达预定距离的飞行之间之差计算瞬时流量。

在一种实施方式中，S22可以具体包括：

S221:安装在供热空间的热能入口处的第一铂电阻121测量入口处的温度；

S222:安装在供热空间的热能出口处的第二铂电阻122测量出口处的温度。

作为一种优选方案，热能测量方法还可以包括：

S50:显示模块50显示瞬时流量、热能入口处温度、热能出口处温度、瞬时热能或累计热能。

采用本发明的热能测量装置和热能测量方法，其电源供电稳定，测量精度高。

上面对本发明的一些实施方式进行了详细的描述。如本领域的普通技术人员所能理解的，本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件，可以在任何计算设备（包括处理器、存储介质等）或者计算设备的网络中，以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员在了解本发明的内容的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的，因此不需在此具体说明。

在本发明的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (10)

1.一种热能测量装置，其特征在于，包括：测量模块、中央处理器、电源隔离模块和通信模块；

所述电源隔离模块用于隔离外部电源提供的电能，转换为直流电并提供到测量模块和中央处理器；

所述测量模块用于测量向供热空间内提供的瞬时热能；

所述中央处理器用于接收所述测量模块测量的瞬时热能并计算一定时长内的累计热能；

所述通信模块用于将所述瞬时热能和累计热能发送至远程上位机。

2.根据权利要求1所述的热能测量装置，其特征在于：

所述电源隔离模块用于从外部的485总线的电力线获取电能，并将所述电能转换为直流电后提供到所述测量模块和所述中央处理器；

所述通信模块用于通过外部的485总线的数据线将所述瞬时热能和累计热能发送至远程上位机。

3.根据权利要求1所述的热能测量装置，其特征在于，所述测量模块包括流量测量单元、温度测量单元和处理模块；

其中：

所述流量测量单元用于测量向供热空间内提供的瞬时流量；

所述温度测量单元用于分别测量供热空间的热能出口和热能入口处的温度；

所述处理模块用于根据所述瞬时流量、热能出口处的温度和热能入口处的温度计算瞬时热能。

4.根据权利要求3所述的热能测量装置，其特征在于：

所述流量测量单元包括超声波测量子单元；

所述超声波测量子单元安装在供热空间的热能入口处的热能管道上，用于向热能管道内的顺流方向和逆流方向的预定距离分别发射超声波；

所述超声波测量子单元还用于根据顺流方向的超声波的到达所述预定距离的飞行时间与逆流方向的超声波到达所述预定距离的飞行之间之差，来计算瞬时流量。

5.根据权利要求3或4所述的热能测量装置，其特征在于：

所述温度测量单元包括第一铂电阻和第二铂电阻；

所述第一铂电阻安装在供热空间的热能入口处，所述第二铂电阻安装在供热空间的热能出口处，分别用于测量所述入口处和所述出口处的温度值。

6.根据权利要求3或4所述的热能测量装置，其特征在于：

还包括显示模块；

所述显示模块与所述中央处理器相连，用于显示瞬时流量、热能入口处温度、热能出口处温度、瞬时热能和/或累计热能。

7.一种热能测量方法，其特征在于，包括：

电源隔离模块隔离外部电源提供的电能，并转换为直流电提供到测量模块和中央处理器；

测量模块测量向供热空间内提供的瞬时热能；

中央处理器接收测量模块测量的瞬时热能并计算一定时长内的累计热能；

通信模块将瞬时热能和累计热能发送至远程上位机。

8.根据权利要求7所述的热能测量方法，其特征在于，

所述“电源隔离模块将外部电源提供的电能转换为直流电提供到测量模块和中央处理器”具体包括：

电源隔离模块从外部的485总线的电力线获取电能，并将所述电能转换为直流电后提供到测量模块和中央处理器；

所述“通信模块将瞬时热能和累计热能发送至远程上位机”具体包括：

通信模块通过外部的485总线的数据线将所述瞬时热能和累计热能发送至远程上位机。

9.根据权利要求7所述的热能测量方法，其特征在于，所述“测量模块测量瞬时热能”具体包括：

流量测量单元测量向供热空间内提供的瞬时流量；

温度测量单元分别测量供热空间的热能出口和热能入口处的温度；

处理模块根据所述瞬时流量、热能出口处的温度和热能入口处的温度计算瞬时热能。

10.根据权利要求9所述的热能测量方法，其特征在于，

所述“流量测量单元测量瞬时流量”具体包括：安装在供热空间的热能入口处的热能管道上的超声波测量子单元向热能管道的顺流方向和逆流方向的预定距离分别发射超声波；根据顺流方向的超声波的到达所述预定距离的飞行时间与逆流方向的超声波到达所述预定距离的飞行之间之差计算瞬时流量；

和/或，所述“温度测量单元分别测量供热空间的热能出口和热能入口处的温度”具体包括：安装在供热空间的热能入口处的第一铂电阻测量入口处的温度；安装在供热空间的热能出口处的第二铂电阻测量出口处的温度；

和/或，所述的热能测量方法还包括：显示模块显示瞬时流量、热能入口处温度、热能出口处温度、瞬时热能和/或累计热能。

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