CN102354416B - 预付费温控超声波热量表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预付费温控超声波热量表，包括表体、测量管件、阀门调节机构、流量测量机构和温度测量机构，在表体的活动显示部中装有控制器和主显示屏，在表体的固定安装部中装有IC卡信息采集器和电源模块，控制器与IC卡信息采集器、主显示屏和电源模块等电连接；阀门调节机构包括调节球阀和动力传动机构，动力传动机构在控制器的指令下对调节球阀进行控制。本发明在控制器的统一控制下，将温度和流量的采集、调节球阀的开度与开关控制、预付费用的扣除、以及温度的调节和控制等各项功能有机地集成在一起，实现了用户耗用热量的计量计费信息采集、供暖温度信息采集、室内温度信息采集以及预付费用等的集中管理和智能控制。

Description

预付费温控超声波热量表

技术领域

本发明涉及一种热量计量仪表，具体地说是一种预付费温控超声波热量表。

背景技术

目前市场上采用的热量表主要由流量计、温度传感器和计算器构成，热量的计算包括温度和流量两部分。温度的计算主要是通过温度传感器根据进水温度与出水温度的差异进行计算，而流量的计算普遍采用的是机械式的叶轮计量机构。叶轮计量机构的工作原理是叶轮在水流的作用下转动，流量计按照N=K_VQ计算水流量，其中N为叶轮的转数，Q为水流量，K_V为叶轮计量机构的传动比。然而叶轮计量机构的传动比与制造的精度有关，并且会随水流的流速、水温的变化而变化，特别是在分界流量以下的小流量区，其变化更为显著，因此严重影响了热量表的流量计量精度。并且机械式的热量表由于管道中的流体含杂质较多，因此容易引起管道堵塞现象，给使用者带来损失。

近年来热量表中流量的采集逐渐采用超声波技术替代了现有的机械式的流量计，超声波热量表对水流速度的测量要求较高，并且对电信号的处理也极其精确，然而目前的超声波热量表大多为一个独立的采集部件，不能实现集中管理，更不能体现热量表的智能化控制。

发明内容

本发明的目的就是克服现有热量表存在的不足，提供一种计量精度高、性能可靠并且能够实现集中管理、体现智能化控制的预付费温控超声波热量表。

本发明是这样实现的：一种预付费温控超声波热量表，包括表体、测量管件、阀门调节机构、流量测量机构和温度测量机构，所述流量测量机构和温度测量机构与所述表体通过数据线相接，在所述流量测量机构中设置有超声波换能器，在所述温度测量机构中设置有用于检测用户采暖系统进、出水温度的第一温度传感器和第二温度传感器，所述表体包括底盘，固定于所述底盘上的固定安装部，以及铰接在所述固定安装部上并有0—100°转幅的活动显示部；所述表体通过连接板安装在所述测量管件上；

在所述活动显示部中装有控制器和主显示屏，在所述固定安装部中装有IC卡信息采集器和电源模块，所述控制器分别与所述IC卡信息采集器、所述主显示屏、所述电源模块、所述超声波换能器、所述第一温度传感器和所述第二温度传感器电连接； 

所述超声波换能器分别设置在所述测量管件的进水端口和出水端口内，在所述测量管件中装有导流架，在所述导流架的两端分别装有与所述超声波换能器配合工作的反射体；

所述阀门调节机构包括调节球阀和动力传动机构，所述调节球阀设置在所述测量管件上，所述动力传动机构安装在所述底盘上，并与所述调节球阀相连接；所述动力传动机构与所述控制器电连接，用于在所述控制器的指令下对所述调节球阀进行控制。

本发明还可这样实现：在上述超声波热量表中还包括有温控器，与所述控制器电连接，用于对室内采暖温度进行设定和控制。

所述温控器包括有电连接的控制电路、单片机和第三温度传感器，还包括有设置在所述温控器的壳体上的温度调节按钮、节能控制按钮和温度显示屏；所述温度调节按钮和所述节能控制按钮电连接在所述单片机的输入端，所述温度显示屏电连接在所述单片机的输出端，所述单片机通过通讯接口与所述控制器进行数据通讯。

本发明超声波热量表中的所述控制器包括有：

微处理器，用于数据处理；

报警模块，与所述微处理器相接，用于检测预付费用的余额和所述电源模块的电池电压，并在预付费余额或电池电压到达下限时，发出报警信号；

防冻裂控制模块，与所述微处理器相接，用于根据采暖系统的出水温度在所述微处理器的控制下对所述调节球阀进行开度控制；以及

自洁控制模块，与所述微处理器相接，用于在所述微处理器的控制下对所述调节球阀进行开关控制。

在本发明超声波热量表中的所述控制器的I/O端口，设置有RS485接口和/或M-bus接口。

本发明的表体采用分体式结构，主显示屏能够在0—100°范围内转动，方便了查看和收放。测量管件上的温度传感器安装孔，方便了温度传感器的安装，简化了结构，降低了成本。测量管件上设置的线卡，可以将各种线缆整齐地卡装在一起，保证本发明在使用过程中的整洁有序。设置在控制器中的报警模块，不仅可以实时检测电源模块的电量，对欠压状态及时报警，还能够对预付费用进行实时检测，提醒用户及时续费，保证持续用暖。防冻裂控制模块根据第二温度传感器测得的出水温度，在微处理器的控制下，对调节球阀的开度进行控制，以避免在水温过低时发生管路冻裂现象。自洁控制模块可在微处理器的控制下对调节球阀进行开关控制，以定期对调节球阀进行过水清洗，从而防止堵塞现象的发生。微处理器采用MSP430单片机，可满足微功耗设计，降低热量表的能耗。控制器的通讯方式采用RS485、M-BUS方式或者两者组合的方式，可实现远传抄表，增加了工作选择性，提高了本发明热量表的通用性。

本发明超声波热量表中的温控器，能够对室内温度进行设定和显示，并根据所检测的室内温度以无线或有线方式传输给表体中的控制器，对调节球阀进行开度控制或开关控制，以此来调节送入室内采暖系统的热水流量，使本发明的使用更加智能化和人性化。

本发明通过在测量管件内设置与超声波换能器相对应的导流架，可使流经测量管件中的热水处于层流状态，这样更便于超声波换能器的发射与接收，由于测量管件中无运动部件，因此使得本超声波热量表的计量精度高，性能可靠。

本发明超声波热量表在表体中的控制器的统一控制下，将温度和流量的采集、调节球阀的开度与开关控制、预付费用的扣除、以及温度的调节和控制等各项功能有机地集成在一起，实现了用户耗用热量的计量计费信息采集、供暖温度信息采集、室内温度信息采集以及预付费用等的集中管理，实现了供热系统和采暖系统对热量的智能化控制及使用。

附图说明

图1是本发明的装配轴侧图。

图2是本发明的外观结构示意图。

图3是本发明的电气连接图。

图4是温控器的外观结构示意图。

图中各部件及标号分别是：1、表体，2、超声波换能器，4、连接板，5、测量管件，7、温控器，8、IC卡信息采集器，11、底盘，12、控制器，13、电源模块，14、主显示屏， 31、第一温度传感器，32、第二温度传感器，51、导流架，52、反射体，53、超声波换能器安装孔，54、温度传感器安装孔，55、线卡，61、调节球阀，62、动力传动机构，71、壳体，72、控制电路，73、第三温度传感器，74、单片机，75、温度调节按钮，76、节能控制按钮，77、主显示屏，111、固定安装部，112、活动显示部，121、报警模块，122、防冻裂控制模块，123、自洁控制模块，124、微处理器。

具体实施方式

本发明超声波热量表主要由表体、测量管件、阀门调节机构、流量测量机构、温度测量机构和温控器等部分构成。

在流量测量机构中设置有超声波换能器，以用于检测水的流速。在温度测量机构中设置有第一温度传感器和第二温度传感器，用于检测用户的热水管路的进水端口和出水端口的温度。表体是根据流量测量机构和温度测量机构测得的数据，计算出流经用户采暖系统中的热水的热量消耗以及对应的扣费值，并根据预付费用的情况，控制是否供热。阀门调节机构用于根据温控器设定的温度需求，在控制器的控制下，进行开度调节或开关变换。温控器可用于实时观测室内的采暖温度，并可根据用户的实际需要，人工设定室内的采暖温度。

表体中的控制器与流量测量机构和温度测量机构之间通过数据线进行信号传输，表体中的控制器与温控器之间通过数据线或者无线网络形式进行相互通信，表体中的控制器与阀门调节机构之间通过电缆连接。

如图2所示，本发明超声波热量表是通过测量管件5连接在用户采暖系统的热水管路中，表体1通过连接板4（图1）固定连接在测量管件5上。

如图1、图3所示，表体1包括有底盘11、固定安装部111和活动显示部112。固定安装部111固定连接在底盘11上，活动显示部112铰接在固定安装部111的顶面，并有0—100°的转幅。

在活动显示部112中装有控制器12和主显示屏14，在固定安装部111中装有IC卡信息采集器8和安装电池用的电源模块13。如图3所示，控制器12分别与IC卡信息采集器8、主显示屏14、电源模块13、超声波换能器2、第一温度传感器31和第二温度传感器32电连接。电源模块13为控制器12提供工作电源，控制器12通过主显示屏14进行数据显示，IC卡信息采集器8用于采集用户IC卡的预付费信息，并传输给控制器12进行付费金额与热量的换算。

超声波换能器2有两个，分别设置在测量管件5的进水端口和出水端口内。图1中，在测量管件5中装有导流架51，在导流架51的两端分别装有反射体52。反射体52与测量管件5端口处的超声波换能器2相对应。

阀门调节机构包括调节球阀61和动力传动机构62（图3）。调节球阀61安装在测量管件5上，动力传动机构62安装在表体1的底盘11上，动力传动机构62的输入端通过电缆与控制器12连接，输出端通过机械结构与调节球阀61的调节手柄连接，用于根据控制器12的指令，控制调节球阀61的开度大小和开关变化。本实施例中的调节球阀61优选浮动式弹簧球阀。

图3中，控制器12包括微处理器124、报警模块121、防冻裂控制模块122和自洁控制模块123；报警模块121、防冻裂控制模块122和自洁控制模块123分别与微处理器124电连接。

报警模块121的作用，一是检测电源模块13的电量，当检测到电压较低时，将信号传递给微处理器124，在微处理器124的指令下发出报警信号，同时在主显示屏14上显示“欠压”字样；二是在预付费用不足时，发出报警信号。

防冻裂控制模块122是根据第二温度传感器32测得的热水管路的出水温度，在微处理器124的控制下，对调节球阀61进行开关控制——即当采暖系统的出水温度较低时，在控制器12的指令下，开大调节球阀61，使热水流量增加，以防止用户的采暖系统在水温过低时出现管路冻裂的现象。

自洁控制模块123是在微处理器124的控制下，对调节球阀61进行开关控制，以通过水流的注入，对调节球阀61自身进行定时的清洗，防止被沙粒或杂物等堵塞。

流量测量机构包括两个超声波换能器2和两个反射体52（图3）。反射体52与超声波换能器2之间通过水流传递机械能，超声波换能器2将机械能转换为电信号后传输给控制器12。

温度测量机构主要包括第一温度传感器31和第二温度传感器32（图3）。第一温度传感器31和第二温度传感器32分别设置在用户采暖系统的进水口和出水口，用于实时检测用户采暖系统的进水温度和出水温度，并将检测到的数据通过电缆传输给控制器12，提供耗用热量的计量依据。

测量管件5的两端分别通过油壬与采暖系统的热水管路相连接。图1中，测量管件5为哑铃状铸件结构，在其侧壁上设置有超声波换能器安装孔53和温度传感器安装孔54，在测量管件5的管体中安装有导流架51，在导流架51的两端安装有相对设置的反射体52，反射体52与超声波换能器2对应设置，用于将水流反射到超声波换能器2的探头上，以检测热水的流速。测量管件5上的温度传感器安装孔54用于安装第一温度传感器31，以测量热水管路进水口的水温。在测量管件5的侧壁上还设置有线卡55，用于卡装通往表体1中的线缆。

本发明超声波热量表还包括与IC卡信息采集器8配套使用的IC卡，用户进行充值，以购买所需的采暖热量，满足本发明超声波热量的预付费功能的需求。

本发明超声波热量表还包括有可与控制器12进行通讯联系的温控器7。该温控器设置在用户的室内，用户可根据自身的需求，进行采暖温度的设定与控制。

如图3、图4所示，温控器7主要包括单片机74、控制电路72、第三温度传感器73、温度调节按钮75、节能控制按钮76和温度主显示屏77等。其中单片机74、控制电路72和第三温度传感器73安装在壳体71内，温度调节按钮75、节能控制按钮76和温度显示屏77设置在壳体71的表面。

单片机74分别与控制电路72、第三温度传感器73、温度显示屏77电连接，单片机74通过通讯接口与控制器12进行数据通讯。第三温度传感器73用于测量室内温度，并将温度信号传递给单片机74；温度调节按钮75进行温度的增减设定，设定好的温度信息通过控制电路72传输给单片机74，再通过单片机74的通讯联系，传送给表体1中的控制器12。当室内无人、不用取暖时，按动节能控制按钮76，此按钮信息可通过控制电路72传输给单片机74，单片机74将接收到的上述信息以通讯方式传输给表体1中的控制器12，通过控制器12使动力传动机构62动作，从而关闭调节球阀61，达到节约热量、减少费用支出的目的。

本实施例中的微处理器124和单片机74均可采用MSP430单片机，以满足本发明的微功耗设计。在控制器12的I/O端口设置有RS485接口和M-bus接口，便于用户进行通讯方式的选择，也可满足远程抄表的工作需要。

本发明的组装过程如下：

一、先将反射体52安装在导流架51的两端，反射体52的安装角度可根据与之相应的超声波换能器2的设定位置而设置；再将导流架51装到测量管件5内，将超声波换能器2安装在测量管件5的超声波换能器安装孔53内，将第一温度传感器31安装在测量管件5的温度传感器安装孔54中；然后，将调节球阀61安装在铜罩接头内，铜罩接头连接在测量管件5的出水端；

二、将第二温度传感器32安装在采暖系统的出水口；

三、将温控器7、超声波换能器2、第一温度传感器31和第二温度传感器32的数据线分别与控制器12相连接；

四、将测量管件5和铜罩接头安装在采暖系统的热水管路中；

五、组装表体1的各部件，将组装好的表体1通过连接板4固定连接在测量管件5的上方；

六、将固定在底盘11上的动力传动机构62与调节球阀61的调节手柄连接在一起。

本发明的工作过程是：将本发明超声波热量表安装在采暖系统的热水管路中后，首先通过刷卡形式，将IC卡中的充值金额通过表体1上的IC卡信息采集器8传输给控制器12，控制器12将充值金额转换为热量数，对用户消耗的热量进行预收费。控制器12对热量进行实时扣除；当预付费用不足时，发出报警信号。

本发明的热量计算原理为：在测量管件5的进水端内设置的超声波换能器2沿水流方向产生并发射超声波，在测量管件5的出水端内设置的另一超声波换能器2沿着水流相反的方向产生并发射超声波，两个超声波换能器2相互接收对方发出的超声波信号，并将其转换为电信号，通过导线传输给控制器12，依据超声波在水中的顺流传播时间与逆流传播时间之差与被测流体的流速关系，得到水的流速，从而计算出水的流量。安装在采暖系统热水管路进水口和出水口的上第一温度传感器31和第二温度传感器32分别采集进水温度和出水温度，并转换成电信号传送给控制器12，由控制器12计算出采暖热量的耗用量。

用户可根据需求调节温控器7上的温度调节按钮75，单片机74接收到该信息后，以通讯方式传输给控制器12，控制器12结合单片机74发出的信息发出控制指令，动力传动机构62在控制器12的指令下对调节球阀62进行实时调节，以满足用户的需求。

Claims (5)

1.一种预付费温控超声波热量表，包括表体（1）、测量管件（5）、阀门调节机构、流量测量机构和温度测量机构，所述流量测量机构和温度测量机构与所述表体（1）通过数据线相接，在所述流量测量机构中设置有超声波换能器（2），在所述温度测量机构中设置有用于检测用户采暖系统进、出水温度的第一温度传感器（31）和第二温度传感器（32），其特征是，所述表体（1）包括底盘（11），固定于所述底盘（11）上的固定安装部（111），以及铰接在所述固定安装部（111）上并有0—100°转幅的活动显示部（112）；所述表体（1）通过连接板（4）安装在所述测量管件（5）上；

在所述活动显示部（112）中装有控制器（12）和主显示屏（14），在所述固定安装部（111）中装有IC卡信息采集器（8）和电源模块（13），所述控制器（12）分别与所述IC卡信息采集器（8）、所述主显示屏（14）、所述电源模块（13）、所述超声波换能器（2）、所述第一温度传感器（31）和所述第二温度传感器（32）电连接； 

所述超声波换能器（2）分别设置在所述测量管件（5）的进水端口和出水端口内，在所述测量管件（5）中装有导流架（51），在所述导流架（51）的两端分别装有与所述超声波换能器（2）配合工作的反射体（52）；

所述阀门调节机构包括调节球阀（61）和动力传动机构（62），所述调节球阀（61）设置在所述测量管件（5）上，所述动力传动机构（62）安装在所述底盘（11）上，并与所述调节球阀（61）相连接；所述动力传动机构（62）与所述控制器（12）电连接，用于在所述控制器（12）的指令下对所述调节球阀（61）进行控制。

2.根据权利要求1所述的预付费温控超声波热量表，其特征是，在上述超声波热量表中还包括有温控器（7），与所述控制器（12）电连接，用于对室内采暖温度进行设定和控制。

3.根据权利要求2所述的预付费温控超声波热量表，其特征是，所述温控器（7）包括有电连接的控制电路（72）、单片机（74）和第三温度传感器（73），还包括有设置在所述温控器（7）的壳体（71）上的温度调节按钮（75）、节能控制按钮（76）和温度显示屏（77）；所述温度调节按钮（75）和所述节能控制按钮（76）电连接在所述单片机（74）的输入端，所述温度显示屏（77）电连接在所述单片机（74）的输出端，所述单片机（74）通过通讯接口与所述控制器（12）进行数据通讯。

4.根据权利要求1、2或3所述的预付费温控超声波热量表，其特征是，所述控制器（12）包括有：

微处理器（124），用于数据处理；

报警模块（121），与所述微处理器（124）相接，用于检测预付费用的余额和所述电源模块（13）的电池电压，并在预付费余额或电池电压到达下限时，发出报警信号；

防冻裂控制模块（122），与所述微处理器（124）相接，用于根据采暖系统的出水温度在所述微处理器（124）的控制下对所述调节球阀（61）进行开度控制；

以及自洁控制模块（123），与所述微处理器（124）相接，用于在所述微处理器（124）的控制下对所述调节球阀（62）进行开关控制。

5.根据权利要求4所述的预付费温控超声波热量表，其特征是，所述控制器的I/O端口设置有RS485接口和/或M-bus接口。

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