時差法超聲波式熱、冷量表及其計量方法
2024-02-13 06:14:15
專利名稱：時差法超聲波式熱、冷量表及其計量方法
技術領域：
本發明涉及測量熱量的儀表領域，尤其是按照熱量計費的方法，具體地說是一種時差法超聲波式熱、冷量表及其計量方法。其完全符合國家城鎮建設行業標準《CJ 128-2007》。
背景技術：
目前，供熱、冷計量收費改革在全國開展後，在廣大北方地區及中部地區的供熱， 同時，南方地區的供冷計量用熱量表的年需求量可達上百萬套近千億元的市場容量。傳統的機械熱量表具有使用壽命短測量精度低的缺點。
發明內容
本發明的目的是針對傳統的機械熱量表具有使用壽命短測量精度低的的問題，提出一種時差法超聲波式熱、冷量表及其計量方法。採用超聲波熱量表有效的解決了因機械轉動件的磨損而導致計量精度不精確的缺點。超聲波熱量表在使用過程中沒有任何的轉動部件和磨損部件，因此確保了其使用壽命和精度。本發明的技術方案是一種時差法超聲波式熱、冷量表，它包括由順、逆流超聲波換能器、兩立柱和流量管構成的基表、進水口溫度傳感器、出水口溫度傳感器、溫度、時間測量模塊、MCU處理器和 LCD顯示器，所述的進水口溫度傳感器用於檢測供熱、冷系統入戶處的水溫，出水口溫度傳感器用於檢測供熱、冷系統供熱、冷後出口的水溫；進水口、出水口溫度傳感器的信號輸出端分別與溫度、時間測量模塊的對應溫度信號輸入端相連，溫度、時間測量模塊的時間控制信號輸出端與順、逆流超聲波換能器的對應控制信號輸入端相連，溫度、時間測量模塊與 MCU處理器的對應溫度信號端相連，順、逆流超聲波換能器均安裝在流量管上，沿流量管內的流體方向依次設置，兩立柱均安裝在流量管內，分別置於順、逆流超聲波換能器的下方， 順、逆流超聲波換能器的信號輸出端分別與MCU處理器的對應時間信號輸入端相連，MCU處理器的的信號輸出端與LCD顯示器的信號輸入端相連。本發明的量表還包括數據存儲器和電壓檢測器，數據存儲器的存儲信號端與MCU 處理器的存儲信號端雙向連接；電壓檢測器用於檢測供電電池的電壓，電壓檢測器的信號輸出端與MCU處理器的對應電壓信號採集端相連。本發明的順、逆流超聲波換能器均為圓柱體形狀，處於流量管的管道內液體的上方或側面。本發明的兩立柱的上部均為反射面，呈45°斜面，兩立柱的反射面相對設置。本發明的立柱的反射面採用不鏽鋼材料製成，切割成45°坡面後經過拋光製成。一種時差法超聲波式熱、冷量表的計量方法，它包括以下步驟(a)、首先，通過進水口溫度傳感器和出水口溫度傳感器，分別檢測供熱、冷系統入戶處的水溫和供熱、冷系統供熱、冷後出水口的水溫，並將測量結果傳送給溫度、時間測量模塊，通過溫度、時間測量模塊發送至MCU處理器；(b)、MCU處理器通過控制溫度、時間測量模塊開啟順、逆流超聲波換能器(2、3)， 順、逆流超聲波換能器分別檢測流量管內的沿流體方向的順流時間和逆流時間Tia，並將測量結果傳送給MCU處理器，MCU處理器採用以下方程計算出流經流量管的水流速qv
C2ATQv=-
4 v 2Lcom 9C為超聲波在水中傳播的速度；Δ T = Iffi流-T順流；(c)、MCU處理器計算出的供熱、冷系統釋放的熱、冷量Q = / P CivAhd τ其中，Q 供熱、冷系統釋放的熱量；ρ 流經流量管的水的密度kg/m3 ；qv 流經流量管的水的流速m3/h，即步驟(b)得到的水流速；τ :時間，即供熱、冷量計算的積分時間；Ah 焓值差，由進水口溫度對應的焓值-出水口溫度對應的焓值。本發明的有益效果本發明採用超聲波熱量表有效的解決了因機械轉動件的磨損而導致計量精度不精確的缺點。超聲波熱量表在使用過程中沒有任何的轉動部件和磨損部件，因此確保了其使用壽命和精度。本發明的超聲波小口徑基表換能器採用「U」型反射法，採用「U」型反射法的優點在於Α.兩隻換能器始終保持在液體上方或側面，不會有汙垢沉澱在換能器上而導致測量精度的不精確。B.相對於直對射安裝方法，「U」型反射具有受壓力均勻的優點，而直對射安裝則會有一隻換能器始終受到水的衝擊力而減少使用壽命。超聲波基表結構採用不鏽鋼殼體，整隻基表內不含有塑料結構。反射面採用不鏽鋼材料製成，反射面由圓柱體切割成45 度坡面然後經過拋光製成。採用全自動壓床壓入不鏽鋼殼體內，具有密封性能。為了提供精度測量解析度，超聲波直管段內採用「縮徑」的處理技術，在保持壓損合格的前提下採取 「縮徑」的方法有效解決了小流量的穩定性。本發明的時差法超聲波式熱、冷量表的技術指標如下1.整機靜態電流< IOuA ；2.整機動態電流< IOmA ；3.整機平均電流< 30uA ；4.溫度測量精度:0. Ol0C ；5.流量測量精度符合國家熱量表行業標準CJ128-2007的2級精度要求；6.流量測量範圍(0. 03-25. 0)m3/h ；7.溫度範圍 J4-95)°C ；8.溫差範圍(3-90) K ；9.最大工作壓力l.6MPa。
圖1是本發明的結構示意圖。
圖2是本發明的基表的結構示意圖。圖3是本發明的流程圖。圖4是超聲波測量原理示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖1-4和實施例對本發明作進一步的說明。如圖1所示，一種時差法超聲波式熱、冷量表，它包括由順、逆流超聲波換能器2、 3(型號CSB1M)、兩立柱4和流量管1構成的基表、進水口溫度傳感器、出水口溫度傳感器、 溫度、時間測量模塊(溫度，時間測量模塊選用德國的TDC-GP2測量晶片)、MCU處理器(型號MSP430F415)和IXD顯示器，所述的進水口溫度傳感器用於檢測供熱、冷系統入戶處的水溫，出水口溫度傳感器用於檢測供熱、冷系統供熱、冷後出口的水溫；進水口、出水口溫度傳感器的信號輸出端分別與溫度、時間測量模塊的對應溫度信號輸入端相連，溫度、時間測量模塊的時間控制信號輸出端與順、逆流超聲波換能器2、3的對應控制信號輸入端相連， 溫度、時間測量模塊與MCU處理器的對應溫度信號端相連，順、逆流超聲波換能器2、3均安裝在流量管1上，沿流量管1內的流體方向依次設置，兩立柱4均安裝在流量管1內，分別置於順、逆流超聲波換能器2、3的下方，順、逆流超聲波換能器2、3的信號輸出端分別與MCU 處理器的對應時間信號輸入端相連，MCU處理器的的信號輸出端與IXD顯示器的信號輸入端相連
本發明的量表還包括數據存儲器和電壓檢測器，數據存儲器的存儲信號端與MCU 處理器的存儲信號端雙向連接；電壓檢測器用於檢測供電電池的電壓，電壓檢測器的信號輸出端與MCU處理器的對應電壓信號採集端相連。本發明的順、逆流超聲波換能器2、3均為圓柱體形狀，處於流量管1的管道內液體的上方或側面。本發明的兩立柱4的上部均呈45°斜面，相對設置。超聲波小口徑基表換能器採用「U」型反射法，採用「U」型反射法的優點在於A.兩隻換能器始終保持在液體上方或側面，不會有汙垢沉澱在換能器上而導致測量精度的不精確。B.相對於直對射安裝方法，「U」型反射具有受壓力均勻的優點，而直對射安裝則會有一隻換能器始終受到水的衝擊力而減少使用壽命。超聲波基表結構採用不鏽鋼殼體，整隻基表內不含有塑料結構。反射面採用不鏽鋼材料製成，反射面由圓柱體、橢圓柱體或矩形柱體切割成45度坡面然後經過拋光製成。 採用全自動壓床壓入不鏽鋼殼體內，具有密封性能。為了提供精度測量解析度，超聲波直管段內採用「縮徑」的處理技術，在保持壓損合格的前提下採取「縮徑」的方法有效解決了小流量的穩定性。相對與塑料件的反射結構而言本設計具有精度高，不受液體溫度及壓力變化影響的優點。圖2中給出換能器2向換能器3發射超聲波的路徑示意圖用「箭頭」標註。換能器2和3處於管道內液體的上方，在管道內承受的壓力是基本相等的(接收和發射面平行與液體流動面)。即使管道內有汙垢只能沉澱到管道底部而不會沉澱到換能器上。圖2中虛線為管道內壁。下方的兩個柱體(圓柱體、橢圓柱體或矩形柱體)為反射面(45度)。而圖4採用的「Z」形對射(也是指超聲波傳播的路徑)兩隻換能器承受的壓力是不同的，順流方向的換能器承受壓力小於逆流方向換能器所承受的壓力(液體流動對換能器所附加
6的衝擊力)。所以當流速過高時對逆流方向的換能器的壽命和精度是有影響的。當管道內沉積的汙垢過多時將會覆蓋掉換能器的發射和接收面從而影響精度。—種時差法超聲波式熱、冷量表的計量方法，它包括以下步驟(a)、首先，通過進水口溫度傳感器和出水口溫度傳感器，分別檢測供熱、冷系統入戶處的水溫和供熱、冷系統供熱、冷後出水口的水溫，並將測量結果傳送給溫度、時間測量模塊，通過溫度、時間測量模塊發送至MCU處理器；(b)、MCU處理器通過控制溫度、時間測量模塊開啟順、逆流超聲波換能器(2、3)， 順、逆流超聲波換能器2、3分別檢測流量管1內的沿流體方向的順流時間Twrffi和逆流時間 Tffis,並將測量結果傳送給MCU處理器，MCU處理器採用以下方程計算出流經流量管1的水流速Qv
權利要求
1.一種時差法超聲波式熱、冷量表，其特徵是它包括由順、逆流超聲波換能器0、3)、 兩立柱(4)和流量管(1)構成的基表、進水口溫度傳感器、出水口溫度傳感器、溫度、時間測量模塊、MCU處理器和LCD顯示器，所述的進水口溫度傳感器用於檢測供熱、冷系統入戶處的水溫，出水口溫度傳感器用於檢測供熱、冷系統供熱、冷後出口的水溫；進水口、出水口溫度傳感器的信號輸出端分別與溫度、時間測量模塊的對應溫度信號輸入端相連，溫度、時間測量模塊的時間控制信號輸出端與順、逆流超聲波換能器0、3)的對應控制信號輸入端相連，溫度、時間測量模塊與MCU處理器的對應溫度信號端相連，順、逆流超聲波換能器(2、3) 均安裝在流量管(1)上，沿流量管(1)內的流體方向依次設置，兩立柱(4)均安裝在流量管 (1)內，分別置於順、逆流超聲波換能器0、3)的下方，順、逆流超聲波換能器0、3)的信號輸出端分別與MCU處理器的對應時間信號輸入端相連，MCU處理器的的信號輸出端與IXD顯示器的信號輸入端相連。
2.根據權利要求1所述的時差法超聲波式熱、冷量表，其特徵是該量表還包括數據存儲器和電壓檢測器，數據存儲器的存儲信號端與MCU處理器的存儲信號端雙向連接；電壓檢測器用於檢測供電電池的電壓，電壓檢測器的信號輸出端與MCU處理器的對應電壓信號採集端相連。
3.根據權利要求1所述的時差法超聲波式熱、冷量表，其特徵是所述的順、逆流超聲波換能器(2、；3)均為圓柱體形狀，處於流量管(1)的管道內液體的上方或側面。
4.根據權利要求1所述的時差法超聲波式熱、冷量表，其特徵是所述的兩立柱(4)的上部均為反射面，呈45°斜面，兩立柱的反射面相對設置。
5.根據權利要求4所述的時差法超聲波式熱、冷量表，其特徵是所述的立柱(4)的反射面採用不鏽鋼材料製成，切割成45°坡面後經過拋光製成。
6.一種基於權利要求1所述的時差法超聲波式熱、冷量表的計量方法，其特徵是它包括以下步驟(a)、首先，通過進水口溫度傳感器和出水口溫度傳感器，分別檢測供熱、冷系統入戶處的水溫和供熱、冷系統供熱、冷後出水口的水溫，並將測量結果傳送給溫度、時間測量模塊， 通過溫度、時間測量模塊發送至MCU處理器；(b)、MCU處理器通過控制溫度、時間測量模塊開啟順、逆流超聲波換能器0、3)，順、逆流超聲波換能器(2、；3)分別檢測流量管(1)內的沿流體方向的順流時間Twrffi和逆流時間T ffi，並將測量結果傳送給MCU處理器，MCU處理器採用以下方程計算出流經流量管(1)的水流速qv
全文摘要
一種時差法超聲波式熱、冷量表及其計量方法，它包括由順、逆流超聲波換能器、兩立柱和流量管構成的基表、進水口、出水口溫度傳感器、溫度、時間測量模塊、MCU處理器和LCD顯示器，所述的溫度傳感器分別通過溫度、時間測量模塊與MCU處理器的對應溫度信號端相連，順、逆流超聲波換能器沿流體方向設置，兩立柱置於換能器的下方，換能器的信號輸出分別與MCU處理器的輸入端相連，MCU處理器的的信號輸出端與LCD顯示器的信號輸入端相連。採用超聲波熱量表能有效的解決了因機械轉動件的磨損而導致計量精度不精確的缺點。超聲波熱量表在使用過程中沒有任何的轉動部件和磨損部件，因此確保了其使用壽命和精度。
文檔編號G01K17/10GK102252785SQ20111015700
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月10日 優先權日2011年6月10日
發明者吳興中 申請人:吳興中