CN113557417A - 包括温度传感器检测算法的公用设施仪表 - Google Patents

Abstract

一种用于测量通过经由供应流和回流供应的流体输送到消耗点的热能的公用设施仪表，该公用设施仪表包括：流量计单元，用于测量该流体的供应流流率或回流流率；一对温度感测探针，用于测量该供应流和该回流的温度，每个温度感测探针包括电阻温度装置；以及计算器装置，被配置用于执行测量算法，以用于基于分别从该流量计单元接收的流率和从这些温度感测探针接收的温度来确定在一段时间内输送到该消耗点的热能的量；其中，该计算器装置被配置为检测包括在这些温度感测探针中的电阻温度装置的类型并根据该电阻温度装置的类型来适配该测量算法。

Description

包括温度传感器检测算法的公用设施仪表

技术领域

本发明涉及一种用于测量热能(如加热或冷却)的公用设施仪表，其被配置为自主检测连接到仪表的温度感测探针的类型。

背景技术

公用设施仪表用于测量公用设施(如加热、冷却或水)的流体流量和消耗。公用设施仪表(如用于加热或冷却的热能表)测量流量并计算一段时间内的消耗量。在测量输送到消耗点的热能或冷能时，必须同时测量流量和温度以确定消耗量。可以使用诸如机械流量计和超声流量计等各种技术来测量流量。还可以使用诸如热电偶、热敏电阻或电阻温度装置(RTD)等各种技术来测量温度。

由于利用电阻温度装置的温度感测探针的精度和长期稳定性，通常使用这种温度感测探针。当使用包括电阻温度装置的探针时，通过测量RTD电阻的变化来检测温度变化。RTD的电阻以已知方式随温度变化，并且通过连续监测电阻，可以检测到温度变化。电阻温度装置的常用材料是铂，但也可以使用其他金属。

电阻温度装置按其制造材料和0℃时RTD的参考电阻(以欧姆(Ω)为单位)进行分类。常用的材料是铂(Pt)装置，其在0℃时的参考电阻为100或500欧姆。此类装置分别表示为Pt-100和Pt-500。

传统上，在制造期间将公用设施仪表配置为使用包括特定类型RTD(如Pt-100或Pt-500)的感测探针。由于测量算法因传感器类型而异，因此在制造期间已完成配置。当公用设施仪表已被配置为使用特定类型RTD的探针时，在安装期间只有使用该类型RTD的探针才能连接到公用设施仪表。

然而，这会产生差异，并且在制造期间产生差异应当尽可能推迟到价值链的下游。另一方面，在安装期间配置公用设施仪表可能会增加安装错误的风险，从而导致错误的消耗测量值。

因此，能够使用包括不同类型电阻温度装置的温度感测探针的公用设施仪表将是有利的。

发明目的

本发明的目的是提供现有技术的替代方案。特别地，本发明的一个目的是提供一种允许连接包括不同类型电阻温度装置的温度感测探针的公用设施仪表。

发明内容

在本发明的第一方面中，上述目的和几个其他目的旨在通过提供一种用于测量通过经由供应流和回流供应的流体输送到消耗点的热能的公用设施仪表来实现，该公用设施仪表包括：流量计单元，用于测量该流体的供应流流率或回流流率；一对温度感测探针，用于测量该供应流和该回流的温度，每个温度感测探针包括电阻温度装置；以及计算器装置，被配置用于执行测量算法，以用于基于分别从该流量计单元接收的流率和从这些温度感测探针接收的温度来确定在一段时间内输送到该消耗点的热能的量；其中，该计算器装置被配置为检测包括在这些温度感测探针中的电阻温度装置的类型并根据该电阻温度装置的类型来适配该测量算法。包括在温度感测探针中的电阻温度装置的类型是使用传感器检测算法检测的，该算法包括以下步骤：

-尝试使用适于诸如包括Pt-100型电阻温度装置的温度感测探针的第一类型的温度感测探针的测量算法来测量温度，

-尝试使用适于诸如包括Pt-500型电阻温度装置的温度感测探针的第二类型的温度感测探针的测量算法来测量温度，以及

-确定哪些温度测量值有效。

基于在传感器检测算法期间进行的温度测量的有效性(即，正确性)的知识，公用设施仪表的计算器装置选择与温度感测探针相匹配的测量算法。然后，所选的测量算法随后由公用设施仪表在日常操作中使用。

传感器检测算法的优点是可以将不同类型的温度感测探针连接到公用设施仪表或计算器装置，并且计算器装置可以独立于连接到计算器装置的温度感测探针中使用的电阻温度装置的类型来检测有效温差。

通常，公用设施仪表的计算器装置在工厂中会设置为默认测量算法，并且该算法对应于温度感测探针的RTD。有利地，当在工厂中进行质量检查或在安装公用设施仪表时或在维修技术人员安装新探针时，可以启动传感器检测算法。当启动时，公用设施仪表的传感器检测算法最初假设连接了特定温度探针，并且通常假定默认设置或最后的设置。该探针的电阻范围(即，随温度而变的电阻)是仪表已知的。然后将测得的电阻值与该已知范围内的数据值进行比较，并且如果测得的电阻值在该范围之外，则放弃初始假设并进行新的假设。这次假设连接了另一种类型的温度感测探针，并使用另一种测量算法。执行新的测量，并且如果测得的电阻值在该类型的传感器的欧姆范围内，则可以确定温度探针的类型。这种传感器检测算法的技术效果是，公用设施仪表的计算器装置仅自动执行一次或很少的测量，即可在短时间内实现对连接的温度感测探针的有效验证。该算法很简单，并且不需要时间或数据存储器来建立探针的完整特征就能完成验证。

有利地，在进行传感器检测测量之后，只有在传感器检测算法期间执行的测量提供了完全可靠的数据时，才将公用设施仪表的配置永久改变为另一种测量算法。有些时候，即使现实中的传感器与测量算法相匹配，传感探针中的浮动电压也会导致错误的测量。因此，在自动决定改变测量算法之前，多次重复检测算法。

如果在传感器检测算法期间使用第一信号注入类型在温度感测探针上进行的测量所导致的传感器确定与使用所述第一信号注入类型时相同温度感测探针的另一确定不同，则不会将配置改为另一种测量算法。这意味着如果出现矛盾的测量结果，则将保持原始或实际配置文件。

这两个温度感测探针的RTD的电阻范围不重叠是特别有利的。在设计公用设施仪表和选择温度感测探针的类型时，应注意这两个感测探针不会在相同温度下给出信号输出，例如这可以通过覆盖100至180欧姆范围的第一探针和覆盖500至880欧姆的第二探针来实现。这种非重叠使得温度感测探针的检测更容易。

术语“温度感测探针的类型”、“电阻温度装置的类型”、“感测探针的类型”和“传感器探针的类型”可互换使用以表示使用不同类型电阻温度装置的不同类型的温度感测探针。

本发明的这个方面和其他方面将参考所描述的实施例从下文的描述中变得清楚。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述根据本发明的公用设施仪表。这些图示出了实施本发明的一种方式，并且不应被解释为局限于落入所附权利要求的范围内的其他可能的实施例。

图1示出了用于测量热能的公用设施仪表的示意图，

图2a示出了用于使用电阻温度装置来测量温度的电路的电路图，

图2b示出了用于使用电阻温度装置来测量温度的另一电路的电路图，以及

图3示出了展示传感器检测算法的图。

具体实施方式

图1示出了用于测量通过经由供应流20和回流21供应的流体输送到消耗点的热能的公用设施仪表1的示意图。公用设施仪表包括从流量计单元13接收流量信息和从一对温度感测探针11、12接收温度信息的计算器装置10。

在所示实施例中，流量计单元安装在回流中以测量流体的回流流率。在另一实施例中，流量计单元可以安装在供应流中以测量供应流流率。安装温度感测探针以分别测量供应流和回流的温度。

在所示实施例中，计算器装置10、流量单元13和温度感测探针被展示为通过电缆连接的单独单元。然而，如本领域中已知的，这些装置中的两个或更多个可以集成到一个公共装置中。

流量计单元可以包括超声流量计，其使用通过时间流量测量值来确定回流的流率。已知的通过时间流量计的工作原理是基于超声波信号在之间的流动流体中向上游和下游传输到换能器。基于相反传播信号之间的通过时间差，确定流率。然而，流量计单元还可以包括使用用于测量流体流量的其他已知技术的流量计，如机械流量计或磁感应流量计。

温度感测探针是一对匹配的Pt-500或Pt-100型探针。然而，温度感测探针还可以包括其他规格的电阻温度装置，其使用不同于铂的金属电阻器并具有不同的参考电阻。例如，电阻温度装置在0℃时可以具有50至1000欧姆的参考电阻。

计算器装置包括温度测量电路101，温度感测探针的导线连接到该温度测量电路，如图2a和图2b所示。此外，计算器装置被配置用于执行测量算法，以用于基于分别从流量计单元接收的流率和从温度感测探针接收的温度来确定在一段时间内输送到消耗点的热能的量。测量算法取决于所使用的温度感测探针的类型，并且被配置为测量0.00℃至195.00℃范围内的入口和出口温度。

在每次温度测量期间，计算器装置根据图2a和图2b中所示的示意性电气图进行信号注入并通过这两个温度感测探针中的每一个发送测量电流。在一个实施例中，当Pt-500感测探针连接到计算器装置时，测量电流约为0.5mA，并且当Pt-100探针连接时，测量电流约为2.5mA。测量电流仅在温度测量的短暂持续时间期间通过温度传感器发送，从而降低了蓄积在传感器元件中的有效功率及其对温度传感器自热的影响。

参见图2a，连接到计算器装置的温度感测探针为4线感测探针。两根电源线111连接到恒流发生器101并用于为电阻温度装置113(RTD)供电，并且两根感测线112用于测量RTD两端的电压降。放大器114放大RTD 113两端的电压差。

在图2b所示的另一实施例中，仅两根导线111连接到RTD 113。在该实施例中，相同的导线因此用于提供供电电流并测量RTD两端的电压降。

恒流发生器的上述使用仅应被视为示例性实施例。诸如包括电压源、分压器或惠斯通电桥的电路等其他测量电路也可以用于测量RTD电阻的变化。在一些实施例中，如技术人员所设想的，也可以使用3线温度感测探针。

计算器装置进一步被配置为使用传感器检测算法来检测与计算器装置连接的温度感测探针的类型(即，感测探针中包括什么类型的电阻温度装置)。基于检测到的温度感测探针的类型，测量算法被适配成使用正确的测量电流，并将RTD的电阻变化与温度变化正确关联。

参考图3，描述了实施用于检测温度感测探针类型的两步过程的传感器检测算法。在第一步中，在假设第一类型的温度感测探针连接到计算器装置的情况下，传感器检测算法第一次尝试测量温度。在一个实施例中，首先使用Pt-500型的感测探针，然而其他类型的感测探针也可用于第一次测量尝试。在第一次尝试之后，在假设第二类型的感测探针(如Pt-100感测探针)连接到计算器装置的情况下，传感器检测算法尝试测量温度。

在这两个测量序列之后，对测量结果进行分析，并且传感器检测算法确定结果是否有效。可以以技术人员已知的多种方式确定测量结果的有效性。在一个实施例中，将测得的电压降输入到模数转换器(ADC)以确定电压是否指示温度感测探针是所假设的类型。

在一个实施例中，传感器检测算法被配置为确定是Pt-100还是Pt-500温度感测探针连接到计算器装置。然而，传感器检测算法也可以被配置为确定是否其他类型的感测探针连接到计算器装置，例如是否连接了Pt-500和Pt-1000温度感测探针，或者Pt-100和Pt-1000，或者Pt-100、Pt-500和Pt-1000。Pt-100、Pt-500和Pt-1000仅应视为示例，并且也可以使用包括具有其他参考电阻的电阻温度装置的温度感测探针。

如果测得的电压指示RTD的电阻在100-180欧姆的区间内，则传感器检测算法可以认为Pt-100感测探针的测量结果有效。类似地，如果测量值指示RTD的电阻在500-880欧姆的区间内，则认为Pt-500感测探针的测量结果有效。本领域技术人员容易认识到，也可以应用更宽或更窄的范围。

如果第一类型的温度感测探针或第二类型的温度感测探针(示例性实施例中的Pt-100或Pt-500)的测量值均被认为有效并且另一类型的测量值被认为无效，则该算法初步确定产生有效结果的温度感测探针连接到计算器装置。

传感器检测算法的第一步可以重复多次，如2-4次，并且算法可以设置整数i来指示执行的迭代次数。

在第一步之后，传感器检测算法进行到第二步。在第二步中，算法确定是否所有初步确定都表明相同的传感器探针类型连接到计算器装置。如果是这种情况，计算器装置确定连接了相应的传感器探针类型，并相应地配置计算器。如果并非所有的初步判断都表明相同的传感器探针类型连接到计算器装置，则可以保持计算器装置的当前配置，或者不基于传感器检测算法进行配置。

表1详细示出了在传感器检测算法期间执行的逻辑序列和测量步骤。示出了三种不同的场景A、B和C。在所有场景下，连接到计算器装置的这两个温度感测探针传感器1和传感器2的类型最初对于公用设施仪表的计算器装置是未知的。默认情况下，计算器装置被配置为测量Pt-100探针，检测算法将在接下来的步骤中确定这是否正确或是否应切换到另一种测量算法。在第一个测量步骤中，它注入电流C-Pt-100，这在连接Pt-100的情况下将产生Pt-100的工作范围内的结果。在表中，在场景A下对传感器1进行了第一次测量，并且如此检测到的欧姆值在Pt-100的工作范围内。设置标志True(真)。测量下一个传感器2并设置标志True。控制装置现在将测量算法更改为Pt-500算法，并在第二次测量中将信号注入类型C-Pt-500注入传感器1。检测到的值落在Pt-500范围之外，并设置标志False(假)。传感器2的结果相同。这两个传感器的第一个测量序列现已完成，但在具有第三次和第四次测量的第二个测量序列中进行迭代。Pt-100的温度测量值被认为是有效的，并且Pt-100被确定为连接到计算器装置的实际温度探针。保持原始测量算法，即，不交换。

表1

在场景B中，控制装置再次假设连接到它的是Pt-100。但在第一次和第三次测量中，结果落在Pt-100的范围之外。因为从第一次到第四次测量所有结果彼此都不矛盾，所以温度测量值被认为是有效的并且做出Pt-500传感器的最终确定。控制装置将测量算法从Pt-100切换到Pt-500，并保持该设置以供将来操作。在场景C中，第一次和第二次测量的第一个测量序列表明传感器类型是Pt-100。但是第二个测量序列(即迭代)在传感器2的第四次测量中给出了不确定的结果，因为该结果与传感器2的第二次测量中的结果False相矛盾。在这种情况下，传感器检测算法决定不更改测量算法并因此保持Pt-100算法。

本发明可以通过硬件、软件、固件或这些的任何组合来实施。本发明或其一些特征也可以被实施为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的软件。本发明的实施例的各个元件可以以任何合适的方式在物理上、功能上和逻辑上实施，比如在单个单元中、在多个单元中或作为单独的功能单元的一部分。本发明可以在单个单元中实施，或在物理上和功能上分布在不同的单元和处理器之间。

虽然已经结合特定实施例描述了本发明，但其不应被解释为以任何方式局限于所给出的示例。本发明的范围应根据所附的权利要求来解释。在权利要求的背景中，术语“包括(comprising)”或“包括(comprises)”不排除其他可能的元素或步骤。此外，提及比如“一个(a)”或“一种(an)”等不应被解释为排除多个。权利要求中关于各图中所指示的元素使用的附图标记也不应被解释为对本发明的范围进行限制。此外，在不同权利要求中提到的单独的特征可以有利地组合，并且在不同的权利要求中提及这些特征并不排除：特征的组合不是可能的和有利的。

Claims (7)

1.一种用于测量通过经由供应流(20)和回流(21)供应的流体输送到消耗点的热能的公用设施仪表(1)，该公用设施仪表包括：

-流量计单元(13)，用于测量该流体的供应流流率或回流流率；

-一对温度感测探针(11，12)，用于测量该供应流和该回流的温度，每个温度感测探针包括电阻温度装置；以及

-计算器装置(10)，被配置用于执行测量算法，以用于基于分别从该流量计单元接收的流率和从这些温度感测探针接收的温度来确定在一段时间内输送到该消耗点的热能的量；

其特征在于，该计算器装置(10)被配置为检测包括在这些温度感测探针(11，12)中的电阻温度装置(113)的类型并根据该电阻温度装置的类型来适配该测量算法，并且包括在这些温度感测探针中的电阻温度装置(113)的类型是使用传感器检测算法检测的，该传感器检测算法包括以下步骤：

-尝试使用适于诸如包括Pt-100型电阻温度装置的温度感测探针的第一类型的温度感测探针的测量算法来测量温度，

-尝试使用适于诸如包括Pt-500型电阻温度装置的温度感测探针的第二类型的温度感测探针的测量算法来测量温度，以及

-确定哪些温度测量值有效。

2.根据权利要求1所述的公用设施仪表(1)，其中，该电阻温度装置(113)是在0℃下具有50至1000欧姆的参考电阻的铂类型，诸如Pt-100、Pt-500或Pt-1000电阻温度装置。

3.根据权利要求1或2所述的公用设施仪表(1)，其中，该计算器装置(10)被配置为检测在连接到该计算器装置的每个温度感测探针中包括的电阻温度装置是Pt-100型还是Pt-500型。

4.根据权利要求3所述的公用设施仪表(1)，其中，该传感器检测算法进一步包括确定哪些温度测量值无效的步骤。

5.根据权利要求3或4所述的公用设施仪表(1)，其中，该传感器检测算法包括在该公用设施仪表被配置为使用第一类型或第二类型、如Pt-500或Pt-100型的温度感测探针之前，执行尝试使用分别适于该第一类型和该第二类型的温度感测探针的测量算法来测量温度的多次迭代。

6.根据权利要求5所述的公用设施仪表(1)，其中，如果在该传感器检测算法期间使用第一信号注入类型(C-Pt-500)在温度感测探针(11，12)上进行的测量所导致的传感器确定(False)与使用所述第一信号注入类型(C-Pt-500)时相同温度感测探针的另一确定(True)不同，则不会将配置改为另一种测量算法。

7.根据前述权利要求中任一项所述的公用设施仪表(1)，其中，该第一类型和该第二类型的温度感测探针(11，12)中的电阻温度装置(113)的欧姆范围不同且没有重叠。

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