專利名稱：一種進行熱計量的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種進行熱計量的方法和裝置屬于熱計量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前在供暖系統(tǒng)中使用的傳統(tǒng)熱量表使用測量溫差和流量的方法來進行熱計量。這種方法需要在供水管線或回水管線中串接一塊熱水流量計，通過測量流過散熱器中的熱水流量，再加上同一時刻測量到的進出口溫差，由微處理器進行計算，算出散熱器所消耗的熱量值。在現(xiàn)有的熱量表中，一般使用的熱水流量計是葉輪式的，通過水的流動產(chǎn)生的動能沖擊葉輪，根據(jù)所記錄的葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)可得到熱水的體積流量，再由處理器換算成質(zhì)量流量，參與熱計量。由于熱力管線中的水是循環(huán)使用的，水中含有大量的鐵銹、泥沙，水質(zhì)變得很差。這些水中雜質(zhì)會影響熱水流量計中的葉輪的轉(zhuǎn)動。尤其當供暖季結(jié)束后，經(jīng)過一個夏天的閑置，在新的供暖季開始時，會發(fā)生葉輪銹死，不能轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象。另外，在管線中串接這種流量計，會造成不同程度的壓力損失，尤其在葉輪轉(zhuǎn)動不良的情況下，這種壓力損失不僅造成熱量計量失準，而且往往會影響供暖效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為熱流量計量提供一種新的方法和裝置，無需測量流量也可以測量散熱器所消耗的熱量值。
一種進行熱計量的方法，其特征在于該方法包含如下步驟步驟1為了同時測量散熱器的入口水的溫度、出口水的溫度和室溫，將散熱器安裝于室內(nèi)，測量入水、出水口溫度的傳感器分別接到待測散熱器的入水、出水口管線中，并用安裝在熱量計量裝置內(nèi)的室溫測量電路，通過熱量計量裝置外殼上的通風孔感測室溫；步驟2為了計算流過散熱器的熱水質(zhì)量流量，將步驟1中測得的散熱裝置的入口水的溫度、出口水的溫度和室溫，代入散熱器的出入口水的溫差與流過散熱器的熱水質(zhì)量流量的函數(shù)關(guān)系式ΔT=bcQm+b(Tin-Troom)(1-e-a(1cQm+1b))]]>其中Tin為入口水溫度，Tout為出水口溫度，ΔT為出入口水溫差，即入水口水溫減去出水口的水溫Tin-Tout，Troom為室溫，Qm為所要求解的流過散熱器的熱水質(zhì)量流量，a，b，c為常數(shù)；步驟3為了最終得到散熱器的散熱量Q，將步驟1測得的散熱器的入口水的溫度、出口水的溫度和步驟2計算出的熱水質(zhì)量流量Qm代入熱水質(zhì)量流量和散熱量的函數(shù)關(guān)系式Q=∫τ0τ1KCQm(Tin-Tout)dτ]]>其中K為綜合修正系數(shù)，C為熱水的質(zhì)量比熱容，值為4178J/kg℃，Qm為流經(jīng)散熱器的熱水質(zhì)量流量，計量單位為kg/h，Tin為入口水溫度，計量單位為℃，Tout為出口水溫度，計量單位為℃，τ為時間，計量單位為秒，τ0和τ1分別為完成每一次熱量計量過程的起始時間和結(jié)束時間，計量單位均為秒，Q為求解的最終的散熱器的散熱量，計量單位為J；其中，所述熱計量的方法中常數(shù)a，b，c的確定方法包含如下步驟步驟1散熱器安裝于室內(nèi)，將現(xiàn)有的、可以直接測量流經(jīng)散熱器的熱水體積流量的熱量表的測量入水、出水口溫度的傳感器分別接到散熱器的入水、出水口管線中并和室溫測量裝置一起，同時測量3組以上選定的具體型號的散熱器的入口水的溫度、出口水的溫度、室溫、流經(jīng)散熱器的熱水體積流量和散熱器的散熱量；步驟2為了計算熱水質(zhì)量流量，將步驟1中測得的流經(jīng)散熱器的熱水體積流量代入熱水質(zhì)量流量和熱水體積流量的函數(shù)關(guān)系式Qm＝ρQv其中，Qm為質(zhì)流量，計量單位為kg/h，ρ為水的密度，計量單位為kg/m3，Qv為體積流量，計量單位為m3/h；步驟3為了最終確定常數(shù)a，b，c，將步驟1中測量的所述散熱器的出口水的溫度，入口水的溫度，室溫和步驟2中計算的熱水質(zhì)量流量代入散熱器的出入口水的溫差與流過散熱器的熱水質(zhì)量流量的函數(shù)關(guān)系式ΔT=bcQm+b(Tin-Troom)(1-e-a(1cQm+1b))]]>其中Tin為入口水溫度，Tout為出水口溫度，ΔT為出入口水溫差，即入水口水溫減去出水口的水溫Tin-Tout，Troom為室溫，Qm為流過散熱器的熱水質(zhì)量流量，經(jīng)過非線性最小二乘擬合處理，最終得到常數(shù)a、b、c的值。
所述的一種進行熱計量的方法，其特征在于所述的測量入水、出水口溫度的傳感器，其測量范圍包括0℃～100℃，測量誤差小于±0.3℃。
所述的一種進行熱計量的方法，其特征在于所述熱量計量裝置置于室內(nèi)，固定在距離散熱器至少1米的位置，高度距離地面50cm～200cm。
使用一種進行熱計量的方法進行熱計量的裝置，包含單片機1，液晶顯示器2，鍵盤3，通訊電路4，電源5，入水口測溫電路6，出水口測溫電路7；入水口測溫電路6和出水口測溫電路7的模擬輸出端分別與單片機1的兩個模擬輸入端連接，發(fā)送溫度電信號；單片機1通過模擬輸入端接收溫度電信號，通過鍵盤接口接收設(shè)定顯示內(nèi)容的命令，通過液晶顯示接口發(fā)送顯示內(nèi)容，通過串行接口完成測量數(shù)據(jù)的傳送和接收設(shè)定指令；液晶顯示器2通過地址、數(shù)據(jù)接口與單片機1的液晶顯示接口連接，接收要顯示的內(nèi)容；鍵盤3通過數(shù)據(jù)接口與單片機1的鍵盤接口連接，發(fā)送設(shè)定顯示內(nèi)容的命令；通訊電路4通過數(shù)據(jù)接口與單片機1的串行接口連接，發(fā)送測量數(shù)據(jù)到外部和接收設(shè)定指令；電源5與裝置中各個器件的電源連接、供電；本發(fā)明的特征在于還包括室溫測量電路8，它的輸出端與單片機1的任何一個未連接的模擬輸入端連接，發(fā)送室溫電信號。
所述的一種進行熱計量的裝置，其特征在于所述單片機1含有至少3個模擬輸入端，每個輸入端的模擬量用至少10位數(shù)字量表示。
本裝置的工作原理為將ΔT=bcQm+b(Tin-Troom)(1-e-a(1cQm+1b))]]>中的參數(shù)a、b、c存入單片機的存儲器中。工作時裝置測量入水、出水口溫度以及當時的室溫，解算此式，求取質(zhì)量流量。然后，通過下式Q=∫τ0τ1KCQm(Tin-Tout)dτ]]>其中K為綜合修正系數(shù)，C為熱水的質(zhì)量比熱容，4178J/kg℃，Qm為流經(jīng)熱量表的熱水質(zhì)量流量(kg/h)，Tin為入口水溫度(℃)，Tout為出口水溫度(℃)，τ為時間(s)，τ0和τ1分別為完成每一次熱量計量過程的起始時間和結(jié)束時間(s)，Q為求解的最終的散熱器的散熱量(J)。
本發(fā)明所提出的方法和裝置，通過測量散熱器出入口水的溫度和室溫來間接地算出管線中熱水的質(zhì)量流量，避免了在管線中串接葉輪流量計所帶來的弊病，同時也降低了熱計量裝置的成本和安裝維護費用。


圖1現(xiàn)有熱流量計量裝置系統(tǒng)框圖，其中1、單片機，2、液晶顯示器，3、鍵盤，4、通訊電路，5、電源，6、入水口測溫電路，7、出水口測溫電路，9、現(xiàn)有熱水流量計；圖2熱流量計量裝置系統(tǒng)框圖，其中8、室溫測量電路；圖3對于不同常數(shù)a、b、c，散熱器的出入口水的溫差與流過散熱器的熱水質(zhì)量流量的函數(shù)關(guān)系曲線；圖4入水口水溫為70℃、室溫為24.1℃、散熱器為SYTLZ-A-2-1.2銅鋁復(fù)合散熱器時，試驗測得的溫差與流量。
具體實施例方式
求取a、b、c系數(shù)時，使用丹麥Kamstrup公司MULTICAL COMPACT型超聲波熱量表作為參考。該表有兩個高精度溫度探頭(精度±1％，分辨率為0.01℃)，分別接到散熱器的入水、出水口管線中。它的超聲波流量傳感器(精度±1％，分辨率為0.001m3/h)接到回水管線中。該表可以通過它的串行口發(fā)出它所測量的入口溫度、出口溫度、溫差、體積流量、熱量等參數(shù)。實驗裝置有一套水溫控制系統(tǒng)及熱水泵和流量控制系統(tǒng)。試驗是使用SYTLZ-A-2-1.2銅鋁復(fù)合散熱器進行實測的，進口溫度選擇50℃到90℃之間，每隔5℃進行一次實驗，流量值選取50kg/h到600kg/h，每隔50kg/h進行一次測量，其中在200kg/h到400kg/h之間，每100kg/h選取三個測點。同時本實驗使用8個溫度傳感器來測量室內(nèi)溫度，各測點位置如下測點1距離墻壁為75cm，距離暖氣為100cm，距離地面110cm測點2距離墻壁為80cm，距離暖氣為75cm，距離地面110cm測點3距離墻壁為80cm，距離暖氣為75cm，距離地面10cm測點4距離墻壁為150cm和160cm，距離地面110cm測點5距離墻壁為150cm和160cm，距離地面10cm測點6在室中心位置，距離地面10cm測點7距離墻壁為160cm(另一側(cè)無墻)，距離地面110cm測點8距離墻壁為160cm(另一側(cè)無墻)，距離地面10cm在測量過程中，每調(diào)節(jié)一次流量，隔15分鐘后，每30秒讀取熱量表的數(shù)據(jù)一次，共讀取5次，并存儲，然后測量各室溫溫度傳感器的值，進行記錄。實驗過程中，進口溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度的±0.1℃。流量控制在設(shè)定流量的±5L/h。室溫的測量精度為±0.1℃。全部實驗數(shù)據(jù)經(jīng)過非線性最小二乘擬合處理，得到a、b、c三個系數(shù)。將求得的a、b、c代入出入口水的溫差與流過散熱器的熱水質(zhì)量流量的函數(shù)關(guān)系式，對應(yīng)不同的入水口溫度和室溫，可以畫出如圖3所示的曲線族。圖4為其中一條，它反映了實測數(shù)據(jù)與公式計算的吻合程度。
散熱器附近所放置的8個用來測量散熱器工作時的溫度場分布情況的溫度傳感器的測量結(jié)果表明，離開散熱器1米以外，溫度場基本呈均勻分布。
本裝置中的單片機1為美國德克薩斯儀器公司的MSP430FE423/5/7。裝置使用電池供電，電源穩(wěn)壓芯片5采用TPS60210。因為需要顯示一些通用液晶顯示器不提供的、與熱計量有關(guān)的專用符號，所以液晶顯示器2為定制的段式液晶顯示器，無通用型號。通訊電路4采用MAX3232。因為熱量表的按鍵的用途與一般通用鍵盤不一致，所以鍵盤3自制，無通用型號。入水口測溫電路6的傳感器和出水口測溫電路7的傳感器采用配對的Pt1000型帶螺紋的鎧裝熱電阻，型號為WZP-203。室溫測量電路8采用美國國家半導(dǎo)體公司的LM334。在使用時將測量入水、出水口溫度的傳感器分別接到待測散熱器的入水、出水口管線中。室溫測量電路8安裝在裝置內(nèi)，通過外殼上的通風孔感測室內(nèi)空氣溫度。裝置固定在離開散熱器1米以外的墻上。
單片機1內(nèi)部集成有三個獨立的1到32倍二進制可調(diào)程控放大器和三個獨立的16位∑-△模數(shù)轉(zhuǎn)換器，一個1.25v的參考恒壓源，三個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入分別連接測量入水口溫度和出水口溫度的兩個測溫電路的輸出端以及用來測量室溫的LM334的輸出端。單片機1片內(nèi)還集成有一個128段的液晶控制驅(qū)動器，可以驅(qū)動定制的段式液晶顯示器。單片機1片內(nèi)的串行通訊接口與MAX3232電平變換器構(gòu)成RS-232串口通訊電路4。鍵盤的數(shù)據(jù)接口與單片機的鍵盤接口相連。單片機1片內(nèi)的16位定時器電路為整個測量系統(tǒng)提供時間基準。
系統(tǒng)工作時，在一個工作周期內(nèi)，單片機1按照片內(nèi)的16位定時器提供的定時，對測量入水口溫度和出水口溫度的模擬輸入進行采樣，同時也對測量室溫的模擬輸入進行采樣、變換，單片機1將數(shù)字化后的三個模擬量值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度值。然后將所測溫度值代入散熱器的出入口水的溫差與流過散熱器的熱水質(zhì)量流量的函數(shù)關(guān)系式ΔT=bcQm+b(Tin-Troom)(1-e-a(1cQm+1b))]]>其中Tin為入口水溫度，Tout為出水口溫度，ΔT為出入口水溫差，即入水口水溫減去出水口的水溫Tin-Tout，Troom為室溫，計量單位均為℃，Qm為所要求解的流過散熱器的熱水質(zhì)量流量，計量單位為kg/h，a，b，c為常數(shù)，從而解出流過散熱器的熱水質(zhì)量流量Qm。
然后，將測得的散熱器的入口水的溫度、出口水的溫度和計算出的熱水質(zhì)量流量Qm代入熱水質(zhì)量流量、溫差和散熱量的函數(shù)關(guān)系式Q=∫τ0τ1KCQm(Tin-Tout)dτ]]>其中K為綜合修正系數(shù)，C為熱水的質(zhì)量比熱容，值為4178J/kg℃，Qm為流經(jīng)散熱器的熱水質(zhì)量流量，計量單位為kg/h，Tin為入口水溫度，計量單位為℃，Tout為出口水溫度，計量單位為℃，τ為時間計量單位為秒，τ0和τ1分別為完成每一次熱量計量過程的起始時間和結(jié)束時間，計量單位均為秒，Q為求解的最終的散熱器的散熱量，計量單位為J。求得的散熱量Q被顯示在液晶顯示器上，并通過通訊電路4發(fā)出。
在完成上述工作后，單片機1還要檢測鍵盤3輸入以及進行一些系統(tǒng)的日常檢測和維護工作，當出現(xiàn)異常情況時，在液晶顯示器2上顯示異常錯誤標志，并通過通訊電路4發(fā)送報警信號。在每一個工作周期內(nèi)，系統(tǒng)完成所有工作后均進入睡眠狀態(tài)以節(jié)約電能。
在本實施例中，系統(tǒng)的工作周期的時長為1秒。
顯然，本裝置計算中使用的a、b、c三個系數(shù)是隨散熱器結(jié)構(gòu)形式不同而改變的。對不同的散熱器結(jié)構(gòu)形式需要用實驗重新確定a、b、c三個系數(shù)。但是對目前北方地區(qū)居民住宅內(nèi)最常用的四柱813型鑄鐵散熱器(由于使用翻砂鑄造工藝制造，這類供熱系統(tǒng)中的水質(zhì)最差)，可以定出對應(yīng)的系數(shù)，解決熱計量問題。
權(quán)利要求
1.一種進行熱計量的方法，其特征在于該方法包含如下步驟步驟1為了同時測量散熱器的入口水的溫度、出口水的溫度和室溫，將散熱器安裝于室內(nèi)，測量入水、出水口溫度的傳感器分別接到待測散熱器的入水、出水口管線中，并用安裝在熱量計量裝置內(nèi)的室溫測量電路，通過熱量計量裝置外殼上的通風孔感測室溫；步驟2為了計算流過散熱器的熱水質(zhì)量流量，將步驟1中測得的散熱裝置的入口水的溫度、出口水的溫度和室溫，代入散熱器的出入口水的溫差與流過散熱器的熱水質(zhì)量流量的函數(shù)關(guān)系式ΔT=bcQm+b(Tin-Troom)(1-e-a(1cQm+1b))]]>其中Tin為入口水溫度，Tout為出水口溫度，ΔT為出入口水溫差，即入水口水溫減去出水口的水溫Tin-Tout，Troom為室溫，Qm為所要求解的流過散熱器的熱水質(zhì)量流量，a，b，c為常數(shù)；步驟3為了最終得到散熱器的散熱量Q，將步驟1測得的散熱器的入口水的溫度、出口水的溫度和步驟2計算出的熱水質(zhì)量流量Qm代入熱水質(zhì)量流量和散熱量的函數(shù)關(guān)系式Q=∫τ0τ1KCQm(Tm-Tout)dτ]]>其中K為綜合修正系數(shù)，C為熱水的質(zhì)量比熱容，值為4178J/kg℃，Qm為流經(jīng)散熱器的熱水質(zhì)量流量，計量單位為kg/h，Tin為入口水溫度，計量單位為℃，Tout為出口水溫度，計量單位為℃，τ為時間，計量單位為秒，τ0和τ1分別為完成每一次熱量計量過程的起始時間和結(jié)束時間，計量單位均為秒，Q為求解的最終的散熱器的散熱量，計量單位為J；其中，所述熱計量的方法中常數(shù)a，b，c的確定方法包含如下步驟步驟1散熱器安裝于室內(nèi)，將現(xiàn)有的、可以直接測量流經(jīng)散熱器的熱水體積流量的熱量表的測量入水、出水口溫度的傳感器分別接到散熱器的入水、出水口管線中并和室溫測量裝置一起，同時測量3組以上選定的具體型號的散熱器的入口水的溫度、出口水的溫度、室溫、流經(jīng)散熱器的熱水體積流量和散熱器的散熱量；步驟2為了計算熱水質(zhì)量流量，將步驟1中測得的流經(jīng)散熱器的熱水體積流量代入熱水質(zhì)量流量和熱水體積流量的函數(shù)關(guān)系式Qm＝ρQv其中，Qm為質(zhì)量流量，計量單位為kg/h，ρ為水的密度，計量單位為kg/m3，Qv為體積流量，計量單位為m3/h；步驟3為了最終確定常數(shù)a，b，c，將步驟1中測量的所述散熱器的出口水的溫度，入口水的溫度，室溫和步驟2中計算的熱水質(zhì)量流量代入散熱器的出入口水的溫差與流過散熱器的熱水質(zhì)量流量的函數(shù)關(guān)系式ΔT=bcQm+b(Tin-Troom)(1-e-a(1cQm+1b))]]>其中Tin為入口水溫度，Tout為出水口溫度，ΔT為出入口水溫差，即入水口水溫減去出水口的水溫Tin-Tout，Troon為室溫，Qm為流過散熱器的熱水質(zhì)量流量，經(jīng)過非線性最小二乘擬合處理，最終得到常數(shù)a、b、c的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種進行熱計量的方法，其特征在于所述的測量入水、出水口溫度的傳感器，其測量范圍包括0℃～100℃，測量誤差小于±0.3℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種進行熱計量的方法，其特征在于所述熱量計量裝置置于室內(nèi)，固定在距離散熱器至少1米的位置，高度距離地面50cm～200cm。
4.使用一種進行熱計量的方法進行熱計量的裝置，包含單片機(1)，液晶顯示器(2)，鍵盤(3)，通訊電路(4)，電源(5)，入水口測溫電路(6)，出水口測溫電路(7)；入水口測溫電路(6)和出水口測溫電路(7)的模擬輸出端分別與單片機(1)的兩個模擬輸入端連接，發(fā)送溫度電信號；單片機(1)通過模擬輸入端接收溫度電信號，通過鍵盤接口接收設(shè)定顯示內(nèi)容的命令，通過液晶顯示接口發(fā)送顯示內(nèi)容，通過串行接口完成測量數(shù)據(jù)的傳送和接收設(shè)定指令；液晶顯示器(2)通過地址、數(shù)據(jù)接口與單片機(1)的液晶顯示接口連接，接收要顯示的內(nèi)容；鍵盤(3)通過數(shù)據(jù)接口與單片機(1)的鍵盤接口連接，發(fā)送設(shè)定顯示內(nèi)容的命令；通訊電路(4)通過數(shù)據(jù)接口與單片機(1)的串行接口連接，發(fā)送測量數(shù)據(jù)到外部和接收設(shè)定指令；電源(5)與裝置中各個器件的電源連接、供電；本發(fā)明的特征在于還包括室溫測量電路(8)，它的輸出端與單片機(1)的任何一個未連接的模擬輸入端連接，發(fā)送室溫電信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種進行熱計量的裝置，其特征在于所述單片機(1)含有至少3個模擬輸入端，每個輸入端的模擬量用至少10位數(shù)字量表示。
全文摘要
一種進行熱計量的方法和裝置屬于熱計量領(lǐng)域，所述的裝置包含單片機，液晶顯示器，鍵盤，通訊電路，電源，入水口測溫電路，出水口測溫電路，室溫測溫電路；入水口測溫電路，出水口測溫電路，室溫測溫電路的模擬輸出端分別與單片機的三個模擬輸入端連接，發(fā)送溫度電信號；單片機通過模擬輸入端接收溫度電信號，用本發(fā)明中的一種無需使用流量計即可進行熱計量的方法計算散熱器所消耗的熱量；所述單片機的顯示接口與液晶顯示器連接，發(fā)送要顯示的內(nèi)容；單片機的鍵盤接口與鍵盤連接，接收設(shè)定顯示內(nèi)容的命令；單片機的串行接口與通訊電路連接，發(fā)送測量數(shù)據(jù)到外部和接收設(shè)定指令。本發(fā)明避免了在熱量表中使用流量計，簡單實用。
文檔編號G01K17/00GK1789939SQ20051013205
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者方濱, 李盛林, 古培亮 申請人:北京工業(yè)大學(xué)