具有漏水报警功能的超声波热量表的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有漏水报警功能的超声波热量表，包括：用于测量所述热交换系统的入口温度和出口温度的温度测量模块；用于测量所述热交换系统的水流量的流量测量模块；用于测量所述热交换系统是否漏水并在检测到热交换系统发生漏水时进行漏水报警的漏水报警模块；显示模块；与所述温度测量模块、流量测量模块、漏水报警模块和显示模块相连接的主控模块；本发明具有良好的运行稳定性和计量准确性，同时，当现场管道井内供热管路发生漏水情况时，能够在第一时间获知，便于及时去处理和解决漏水的发生。
【专利说明】
具有漏水报警功能的超声波热量表
技术领域
[0001] 本发明涉及一种超声波热量表，具体涉及一种具有漏水报警功能的超声波热量 表。
【背景技术】
[0002] 目前的供热基础设施存在着水质差、杂质多、水中还含有大量的铁锈，管道系统停 运时空置，易造成氧化，锈蚀等问题，热量表的工作条件比较恶劣。超声波热量表是应用范 围相对较广的能够测量热交换系统的热量值的仪表。在实际应用中发现，经过实验室检验 合格的超声波热量表应用于现场环境后，发生故障的概率较高，主要原因是现有技术中的 超声波热量表在运行稳定性和计量准确性方面还存在一些问题。另外，现有技术中，当现场 管道井内供热管路发生漏水情况时，无法在第一时间获知，进而不能及时去处理和解决漏 水的发生。
【发明内容】
[0003] 本发明针对以上问题的提出，而研制一种具有漏水报警功能的超声波热量表。
[0004] 本发明的技术手段如下：
[0005] -种具有漏水报警功能的超声波热量表，所述超声波热量表应用于热交换系统 中，其特征在于所述超声波热量表包括：
[0006] 用于测量所述热交换系统的入口温度和出口温度的温度测量模块；
[0007] 用于测量所述热交换系统的水流量的流量测量模块；
[0008] 用于测量所述热交换系统是否漏水并在检测到热交换系统发生漏水时进行漏水 报警的漏水报警模块；
[0009] 显示模块；
[0010]与所述温度测量模块、流量测量模块、漏水报警模块和显示模块相连接的主控模 块;所述主控模块用于根据热交换系统的入口温度和出口温度，结合热交换系统的水流量 进行热量计算得出所述热交换系统向用户提供的热量值信息，并控制所述显示模块对计算 出的热量值信息进行显示，以及在所述漏水报警模块进行漏水报警时控制所述显示模块同 时显示漏水报警信号；
[0011 ]进一步地，所述超声波热量表还包括与所述主控模块相连接的M-Bus总线通信模 块;通过所述M-Bus总线通信模块实现所述超声波热量表与远程监控计算机之间的通讯；
[0012]进一步地，所述超声波热量表还包括与所述主控模块相连接的射频卡读写模块； 所述射频卡读写模块读取射频卡中存储的用户已购买的热量值信息并传输给所述主控模 块;所述主控模块根据用户已购买的热量值信息和所述热交换系统向用户提供的热量值信 息确定用户可用的热量余额值，并在用户可用的热量余额值低于一定值时，控制所述显示 模块显示热量余额不足信息，以及在用户可用的热量余额值为零时，控制所述热交换系统 停止向用户供热；
[0013] 进一步地，所述超声波热量表还包括与所述主控模块相连接的按键模块；当所述 主控模块检测到按键模块的按键操作时，其唤醒所述显示模块并控制显示模块对所述热交 换系统向用户提供的热量值信息进行显示，当主控模块在一定时间内未检测到按键模块的 按键操作，其控制所述显示模块进入休眠状态；
[0014] 进一步地，所述超声波热量表还包括与所述主控模块相连接的红外通信模块;供 热管理人员通过手持红外抄表器和红外通信模块对所述超声波热量表进行抄表；
[0015] 进一步地，所述温度测量模块和流量测量模块包括：
[0016] 设置在所述热交换系统供水管道上的第一温度传感器；
[0017] 设置在所述热交换系统回水管道上的第二温度传感器；
[0018] 设置在所述热交换系统供水管道或回水管道上的超声波流量传感器；
[0019] 以及连接所述第一温度传感器、第二温度传感器和超声波流量传感器的时间数字 转换器；
[0020] 进一步地，所述时间数字转换器采用TDC-GP21芯片;所述主控模块包括M430F437 芯片；
[0021] 进一步地，所述漏水报警模块包括：
[0022] 漏水感应线；
[0023] 连接所述漏水感应线的漏水判断及报警模块;所述漏水判断及报警模块根据所述 漏水感应线输出的漏水感应信号判断是否漏水并当漏水时进行漏水报警；
[0024] 进一步地，所述超声波流量传感器根据测得的热交换系统中的水流速度得出水流 量，所述超声波流量传感器包括上游换能器和下游换能器，所述热交换系统中的水流速度 v = 其中，Δ T表示超声波信号的顺逆流传播时间差、Θ表示上游换能器和下游换 能器在供水管道或回水管道上的安装角度、c表示超声波在水中的传播速度、D1表示安装上 游换能器和下游换能器的管道内径，
[0025]在热交换系统的入口温度处于[0°C，50°C)区间时，通过拟合公式c = _0.0386t2+ 4.68U+1403.6得出超声波在水中的传播速度c，其中t表示所述热交换系统的入口温度； [0026]在热交换系统的入口温度处于[50°C，100°C]区间时，通过拟合公式c = -0.0198t2 +2.9661t+1444.1得出超声波在水中的传播速度c，其中t表示所述热交换系统的入口温度。
[0027] 由于采用了上述技术方案，本发明提供的具有漏水报警功能的超声波热量表，具 有良好的运行稳定性和计量准确性，同时，当现场管道井内供热管路发生漏水情况时，能够 在第一时间获知，便于及时去处理和解决漏水的发生。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明所述超声波热量表的结构框图；
[0029] 图2是本发明所述温度测量模块和流量测量模块的电路原理图；
[0030] 图3是本发明所述漏水判断及报警模块的电路原理图；
[0031] 图4是本发明所述显示模块的电路原理图；
[0032]图5是本发明所述主控模块的电路原理图；
[0033]图6是本发明所述M-Bus总线通信模块的电路原理图；
[0034]图7是本发明所述射频卡读写模块的电路原理图；
[0035]图8是本发明所述按键模块的电路原理图；
[0036]图9是本发明所述红外通信模块的电路原理图；
[0037]图10是本发明所述JTAG通讯接口模块的电路原理图；
[0038] 图11是本发明所述存储模块的电路原理图；
[0039] 图12是本发明所述电源模块的电路原理图。
【具体实施方式】
[0040] 如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示的一种具有漏水报警功能的超 声波热量表，所述超声波热量表应用于热交换系统中，其特征在于所述超声波热量表包括： 用于测量所述热交换系统的入口温度和出口温度的温度测量模块；用于测量所述热交换系 统的水流量的流量测量模块;用于测量所述热交换系统是否漏水并在检测到热交换系统发 生漏水时进行漏水报警的漏水报警模块;显示模块;与所述温度测量模块、流量测量模块、 漏水报警模块和显示模块相连接的主控模块;所述主控模块用于根据热交换系统的入口温 度和出口温度，结合热交换系统的水流量进行热量计算得出所述热交换系统向用户提供的 热量值信息，并控制所述显示模块对计算出的热量值信息进行显示，以及在所述漏水报警 模块进行漏水报警时控制所述显示模块同时显示漏水报警信号;进一步地，所述超声波热 量表还包括与所述主控模块相连接的M-Bus总线通信模块;通过所述M-Bus总线通信模块实 现所述超声波热量表与远程监控计算机之间的通讯;进一步地，所述超声波热量表还包括 与所述主控模块相连接的射频卡读写模块;所述射频卡读写模块读取射频卡中存储的用户 已购买的热量值信息并传输给所述主控模块;所述主控模块根据用户已购买的热量值信息 和所述热交换系统向用户提供的热量值信息确定用户可用的热量余额值，并在用户可用的 热量余额值低于一定值时，控制所述显示模块显示热量余额不足信息，以及在用户可用的 热量余额值为零时，控制所述热交换系统停止向用户供热;进一步地，所述超声波热量表还 包括与所述主控模块相连接的按键模块；当所述主控模块检测到按键模块的按键操作时， 其唤醒所述显示模块并控制显示模块对所述热交换系统向用户提供的热量值信息进行显 示，当主控模块在一定时间内未检测到按键模块的按键操作，其控制所述显示模块进入休 眠状态;进一步地，所述超声波热量表还包括与所述主控模块相连接的红外通信模块;供热 管理人员通过手持红外抄表器和红外通信模块对所述超声波热量表进行抄表;进一步地， 所述温度测量模块和流量测量模块包括:设置在所述热交换系统供水管道上的第一温度传 感器;设置在所述热交换系统回水管道上的第二温度传感器;设置在所述热交换系统供水 管道或回水管道上的超声波流量传感器；以及连接所述第一温度传感器、第二温度传感器 和超声波流量传感器的时间数字转换器;进一步地，所述时间数字转换器采用TDC-GP21芯 片;所述主控模块包括M430F437芯片;进一步地，所述漏水报警模块包括:漏水感应线;连接 所述漏水感应线的漏水判断及报警模块;所述漏水判断及报警模块根据所述漏水感应线输 出的漏水感应信号判断是否漏水并当漏水时进行漏水报警;进一步地，所述超声波流量传 感器根据测得的热交换系统中的水流速度得出水流量，所述超声波流量传感器包括上游换 Λ "Τ' j ri p ~ 能器和下游换能器，所述热交换系统中的水流速度v = ，其中，A T表示超声波信 号的顺逆流传播时间差、Θ表示上游换能器和下游换能器在供水管道或回水管道上的安装 角度、C表示超声波在水中的传播速度、D1表示安装上游换能器和下游换能器的管道内径， 在热交换系统的入口温度处于[0°C，50°C)区间时，通过拟合公式c = -0.0386t2+4.681t+ 1403.6得出超声波在水中的传播速度c，其中t表示所述热交换系统的入口温度;在热交换 系统的入口温度处于[50°C，100°C]区间时，通过拟合公式c = -0.0198t2+2.9661t+1444.1 得出超声波在水中的传播速度c，其中t表示所述热交换系统的入口温度。
[0041] 本发明所述主控模块根据热交换系统的入口温度和出口温度，结合热交换系统的 水流量进行热量计算得出所述热交换系统向用户提供的热量值信息，主控模块具体的热量 计算过程可以采用现有技术中常用的热量计量方法k系数法或者热焓值法，优先选用热焓 值法作为热量计算方法;本发明还包括与所述主控模块相连接的JTAG通讯接口模块和存储 模块，以及为超声波热量表供电的电源模块，图10是本发明所述JTAG通讯接口模块的电路 原理图，通过JTAG通讯接口模块便于主控模块的调试；图11是本发明所述存储模块的电路 原理图，通过存储模块的配置便于存储计算出的热量值等参数信息；图12是本发明所述电 源模块的电路原理图。
[0042] 图2示出了本发明所述温度测量模块和流量测量模块的电路原理图，图2中的接线 端子PTl连接第一温度传感器，接线端子PT2连接第二温度传感器，所述超声波流量传感器 包括上游换能器和下游换能器，接线端子CNl连接下游换能器，接线端子CN2连接上游换能 器，所述第一温度传感器和第二温度传感器可以选用PT1000铂热电阻，所述超声波流量传 感器可以优选安装在供水管道上；图3示出了本发明所述漏水报警模块的电路原理图，图3 中的接线端子TT连接漏水感应线，部件LSl为有源蜂鸣器，比较器Ul所在电路对所述漏水感 应线输出的漏水感应信号判断是否漏水，并当漏水时有源蜂鸣器发声进行漏水报警；图4示 出了本发明所述显示模块的电路原理图，所述显示模块采用LCD液晶显示屏；图5示出了本 发明所述主控模块的电路原理图，具体包括M430F437芯片及其外围电路，M430F437芯片各 引脚分别连接温度测量模块、流量测量模块、漏水报警模块、显示模块、按键模块、红外通信 模块、射频卡读写模块和M-Bus总线通信模块；图6示出了本发明所述M-Bus总线通信模块的 电路原理图，图6中的接线端子MBUS连接M-Bus总线，所述M-Bus总线通信模块具体包括仪表 总线收发器U28,采用TSS721A芯片，通过M-Bus总线通信模块能够实现超声波热量表与远程 监控计算机之间的集中通讯，以及热量表信息的远程抄读；图7示出了本发明所述射频卡读 写模块的电路原理图，其中的射频卡读写模块通过读写卡芯片U30利用射频天线读取射频 卡的存储信息，同时读写卡芯片U30与主控模块(M430F437芯片U24)相连接，能够将读取的 用户已购买的热量值信息并传输给所述主控模块，所述主控模块根据用户已购买的热量值 信息和所述热交换系统向用户提供的热量值信息确定用户可用的热量余额值，并在用户可 用的热量余额值低于一定值时，控制所述显示模块显示热量余额不足信息，以及在用户可 用的热量余额值为零时，控制所述热交换系统停止向用户供热;这里的一定值可由供热管 理部门进行事先预设，用户可用的热量余额值为零时，主控模块可以通过控制设置在供水 管道的电动阀门关闭，进而控制所述热交换系统停止向用户供热，通过射频卡读写模块的 配置方便实现一户一卡制度，可实现先付费后供热，能够避免用户的费用拖欠问题，解决供 热管理部门收费难的问题，方便了热力公司对各用户热量表的信息管理和收费；图8示出了 本发明所述按键模块的电路原理图，通过按键模块唤醒显示模块进行参数显示，以及可以 完成各参数值的显示切换，当有按键操作时显示模块显示，当主控模块在一定时间内未检 测到按键模块的按键操作，显示模块不被点亮，自动进入休眠状态，以节省功耗，这里的一 定时间可以事先根据经验进行预设，比如5至IOmin;图9示出了本发明所述红外通信模块的 电路原理图，图9中的U26为红外接收管，通过红外通信模块的配置便于实现热量表信息的 近处抄读。
[0043]在热交换系统的入口温度处于[0°C，50°C)区间时，本发明通过拟合公式C = -0.0386#+4.681七+1403.6得出超声波在水中的传播速度(：;在热交换系统的入口温度处于 [50°(：，100°(：]区间时，通过拟合公式〇 = -0.0198#+2.966以+1444.1得出超声波在水中的 传播速度c;具体地，通过拟合公式C = -O .03861:2+4.68]^+1403.6计算得出的0至50<€之间 的超声波传播速度拟合值与真实值之间的最大相对误差为〇.〇92%，通过拟合公式(：=-0.0198t 2+2.9661t+1444.1计算得出的50至100°C之间的超声波传播速度拟合值与真实值 之间的最大相对误差为0.029%，比整体拟合的精度有了很大提高，即可在热交换系统中的 水流速度计算之前对超声波在水中的传播速度进行校正。
[0044]本发明主控模块包括M430F437芯片，结合TDC-GP21芯片完成热交换系统的入口温 度和出口温度、以及水流量的测量，根据测量结果计算得出热交换系统向用户提供的热量 值信息;本发明还可以通过按键模块控制显示模块显示热量值相关信息，以及通过M-Bus总 线通信模块和红外通信模块实现热量表信息的远程和近处抄读;本发明提供的具有漏水报 警功能的超声波热量表，具有良好的运行稳定性和计量准确性，同时，当现场管道井内供热 管路发生漏水情况时，能够在第一时间获知，便于及时去处理和解决漏水的发生。
[0045]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种具有漏水报警功能的超声波热量表，所述超声波热量表应用于热交换系统中， 其特征在于所述超声波热量表包括： 用于测量所述热交换系统的入口溫度和出口溫度的溫度测量模块； 用于测量所述热交换系统的水流量的流量测量模块； 用于测量所述热交换系统是否漏水并在检测到热交换系统发生漏水时进行漏水报警 的漏水报警模块； 显不板块； 与所述溫度测量模块、流量测量模块、漏水报警模块和显示模块相连接的主控模块;所 述主控模块用于根据热交换系统的入口溫度和出口溫度，结合热交换系统的水流量进行热 量计算得出所述热交换系统向用户提供的热量值信息，并控制所述显示模块对计算出的热 量值信息进行显示，W及在所述漏水报警模块进行漏水报警时控制所述显示模块同时显示 漏水报警信号。2. 根据权利要求1所述的具有漏水报警功能的超声波热量表，其特征在于所述超声波 热量表还包括与所述主控模块相连接的M-Bus总线通信模块;通过所述M-Bus总线通信模块 实现所述超声波热量表与远程监控计算机之间的通讯。3. 根据权利要求1所述的具有漏水报警功能的超声波热量表，其特征在于所述超声波 热量表还包括与所述主控模块相连接的射频卡读写模块;所述射频卡读写模块读取射频卡 中存储的用户已购买的热量值信息并传输给所述主控模块;所述主控模块根据用户已购买 的热量值信息和所述热交换系统向用户提供的热量值信息确定用户可用的热量余额值，并 在用户可用的热量余额值低于一定值时，控制所述显示模块显示热量余额不足信息，W及 在用户可用的热量余额值为零时，控制所述热交换系统停止向用户供热。4. 根据权利要求1所述的具有漏水报警功能的超声波热量表，其特征在于所述超声波 热量表还包括与所述主控模块相连接的按键模块;当所述主控模块检测到按键模块的按键 操作时，其唤醒所述显示模块并控制显示模块对所述热交换系统向用户提供的热量值信息 进行显示，当主控模块在一定时间内未检测到按键模块的按键操作，其控制所述显示模块 进入休眠状态。5. 根据权利要求1所述的具有漏水报警功能的超声波热量表，其特征在于所述超声波 热量表还包括与所述主控模块相连接的红外通信模块;供热管理人员通过手持红外抄表器 和红外通信模块对所述超声波热量表进行抄表。6. 根据权利要求1所述的具有漏水报警功能的超声波热量表，其特征在于所述溫度测 量模块和流量测量模块包括： 设置在所述热交换系统供水管道上的第一溫度传感器； 设置在所述热交换系统回水管道上的第二溫度传感器； 设置在所述热交换系统供水管道或回水管道上的超声波流量传感器； W及连接所述第一溫度传感器、第二溫度传感器和超声波流量传感器的时间数字转换 器。7. 根据权利要求6所述的具有漏水报警功能的超声波热量表，其特征在于所述时间数 字转换器采用TDC-GP21忍片;所述主控模块包括M430F437忍片。8. 根据权利要求1所述的具有漏水报警功能的超声波热量表，其特征在于所述漏水报 警模块包括： 漏水感应线； 连接所述漏水感应线的漏水判断及报警模块;所述漏水判断及报警模块根据所述漏水 感应线输出的漏水感应信号判断是否漏水并当漏水时进行漏水报警。9.根据权利要求6所述的具有漏水报警功能的超声波热量表，所述超声波流量传感器 根据测得的热交换系统中的水流速度得出水流量，所述超声波流量传感器包括上游换能器 和下游换能器，所述热交换系统中的水流速届I其中，AT表示超声波信号的 顺逆流传播时间差、e表示上游换能器和下游换能器在供水管道或回水管道上的安装角度、 C表示超声波在水中的传播速度、Di表示安装上游换能器和下游换能器的管道内径，其特征 在于， 在热交换系统的入口溫度处于[0°C，50°C)区间时，通过拟合公式C = -0.038化2+4.6811 +1403.6得出超声波在水中的传播速度C，其中t表示所述热交换系统的入口溫度； 在热交换系统的入口溫度处于[50°C，10(rC]区间时，通过拟合公式c = -0.0198t2+ 2.9661t+1444.1得出超声波在水中的传播速度C，其中t表示所述热交换系统的入口溫度。
【文档编号】G01K17/10GK105938026SQ201610389495
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】董续臣, 姜树锦
【申请人】大连环岛仪表有限公司