TDS-100超聲波熱量表在熱量計量中的應(yīng)用

基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的新型智能NB-IoT超聲波熱量表,具有實時監(jiān)控表計運行數(shù)據(jù)、計量精度高、功耗低、使用壽命長、安裝方便、智能可靠便于管理等優(yōu)點,能有效節(jié)能,降低成本,提高節(jié)能減排的效果。

NB-iot(Narrow Band-Internet of Things)中文名稱為基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng),具有覆蓋廣、功耗小、成本低、海量連接等優(yōu)點,是萬物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個重要分支,NB-iot技術(shù)的六大主要應(yīng)用場景恰恰是現(xiàn)有移動通信很難支持的場景,包括位置跟蹤、環(huán)境監(jiān)測、智能泊車、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)這些場景。伴隨我國移動電信服務(wù)商投入大量技術(shù)和資金,在全國大面積對現(xiàn)有4G FDD基站的改造,目前已經(jīng)能夠提供大范圍的基于NB-iot技術(shù)通訊的覆蓋,能夠滿足行業(yè)級應(yīng)用對該通訊覆蓋能力的需要。熱力作為國內(nèi)重要的公共服務(wù)行業(yè),隨著國內(nèi)熱力行業(yè)快速擴充和發(fā)展,其運行的安全性、可靠性和穩(wěn)定的經(jīng)濟效益給該行業(yè)提出了更高的要求；然而,熱力行業(yè)技術(shù)應(yīng)用的滯后和其特殊的應(yīng)用環(huán)境的限制,造成了熱力行業(yè)中很多現(xiàn)實的技術(shù)問題無法利用現(xiàn)有的技術(shù)手段解決,其最大的問題時由于設(shè)備范圍大面積應(yīng)用,數(shù)據(jù)有效、低成本的回傳是熱力行業(yè)面臨的技術(shù)瓶頸,而NB-iot技術(shù)出現(xiàn),給解決熱力行業(yè)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的技術(shù)難點創(chuàng)造了條件,為熱力行業(yè)新技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

熱量表的工作原理

在國標(biāo)GB/T 32224-2015中熱量表的定義即：用于測量及顯示水流經(jīng)交換系統(tǒng)所釋放或吸收熱能量的儀表。工作原理是：將一對溫度傳感器分別安裝在通過載熱流體的上行管和下行管上，流量計安裝在流體入口或回流管上(流量計安裝的位置不同，最終的測量結(jié)果也不同)，流量計發(fā)出與流量成正比的脈沖信號，一對溫度傳感器給出表示溫度高低的模擬信號，而計算儀采集來自流量和溫度傳感器的信號，利用計算公式算出熱交換系統(tǒng)獲得的熱量。

熱量表的分類

按照熱表流計結(jié)構(gòu)和原理不同，可分為機械式(其中包括：渦輪式、孔板式、渦街式)、電磁式、超聲波式等種類：

機械式熱量表

機械表分為單流束和多流束兩種，單流束表的性能是水在表內(nèi)從一個方向單股推動葉輪轉(zhuǎn)動的表為單流束表。不足之外表的磨損大，使用年限短。多流束表的性能是水在表內(nèi)從多個方向推動葉輪轉(zhuǎn)動的表為多流束表。該表相對磨損小，使用年限長。葉輪分為兩種形式：螺翼式和旋翼式。一般小口徑DN15-DN40戶用表使用旋翼式。大口徑的工藝表DN50-DN300使用螺翼式。機械表的質(zhì)量保證期一般是2年。

超聲波式熱量表

采用超聲波式流量計的熱量表的統(tǒng)稱。它是利用超聲波在流動的流體中傳播時，順?biāo)鱾鞑ニ俣扰c逆水流傳播速度差計算流體的流速，從而計算出流體流量。對介質(zhì)無特殊要求；流量測量的準(zhǔn)確度不受被測流體溫度、壓力、密度等參數(shù)的影響。超聲波熱量表有兩種形式，一種是直射式也叫對射式，工作原理是：超聲波換能器直接發(fā)射和接收信號確定流量。另一種是反射式也叫對流式，工作原理是超聲波換能器通過反射板平面的反射速度確定流量。

電磁式熱量表

　　采用電磁式流量計的熱量表的統(tǒng)稱。具有高精度、高穩(wěn)定性，無論在環(huán)境苛刻的工業(yè)行業(yè)中(如化工、鋼鐵、污水、冶金行業(yè)等)，還是在計量檢定行業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)表都有電磁式流量計的應(yīng)用，但價格比較高。

根據(jù)熱量表總體結(jié)構(gòu)與設(shè)計原理的不同，熱量表可分為：

整體式熱量表

指熱量表的三個組成部分中(積算器、流量計、溫度傳感器)，有兩個以上的部分在理論上(而不是在形式上)是不可分割的結(jié)合在一起。比如，機械式熱量表當(dāng)中的標(biāo)準(zhǔn)機芯式(無磁電子式)熱量表的積算器和流量計是不能任意互換的，檢定時也只能對其進(jìn)行整體測。

組合式熱量表

組成熱量表的三個部分可以分離開來，并在同型號的產(chǎn)品中可以互相替換，檢定時可以對各部件進(jìn)行分體檢測。

緊湊式熱量表

在型式檢定或出廠標(biāo)定過程中可以看作組合式熱量表，但在標(biāo)定完成后，其組成部分必須按整體式熱量表來處理。

超聲波熱量表在供熱計量中的應(yīng)用

采用分戶熱量表進(jìn)行供熱計量是目前供熱計量的主要形式，熱量表是與用戶結(jié)算的重要表計，其準(zhǔn)確性非常重要。很多熱力企業(yè)在對比考量后，主要采用了超聲波熱量表。要求使用壽命在9年以上，計量精度滿足9年內(nèi)達(dá)到二級以上精確度要求，電池使用壽命9年以上，最大量程比(常用流量與最小流量比)qp/qi不得低于100。

超聲波熱量表的綜合優(yōu)點體現(xiàn)在：

1.綜合使用成本低，超聲波流量表無機械葉輪轉(zhuǎn)動，不產(chǎn)生機械磨損，后期使用維護(hù)成本低，使用壽命遠(yuǎn)高于機械式熱量表；

2.計量可靠性好，即使有細(xì)小雜質(zhì)流過安裝在熱量表前端的過濾器，也不會對超聲波熱量表的精確計量產(chǎn)生影響；

3.計量糾紛少，超聲波熱量表使用時不堵塞、不磨損、計量精確，有利于供熱計量工作的推廣和應(yīng)用；

4.維護(hù)方便，超聲波熱量表基本屬于免維護(hù)產(chǎn)品，運行維護(hù)成本低。

中國供熱計量系統(tǒng)的發(fā)展趨勢將是：實現(xiàn)“熱量計量、供熱控制、熱費收繳、能效管理”全套功能的智能化、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。經(jīng)驗已經(jīng)證明：中國供熱計量改革僅靠傳統(tǒng)概念的熱計量儀表企業(yè)是無法完成的。在中國，實施熱計量收費的前提、第一步是節(jié)能建筑改造；進(jìn)一步要求是熱力公司才能解決的，因為分戶計量、調(diào)控導(dǎo)致的供熱系統(tǒng)必須適應(yīng)改變的一系列供熱系統(tǒng)、裝置、和相關(guān)技術(shù)問題；以及實施相關(guān)的能效評估、收費財務(wù)系統(tǒng)等等大量系列化的，包括軟、硬件的工作。因此，特別需要不僅能生產(chǎn)包括熱量表在內(nèi)的熱計量工程所需的全套儀表配件裝置；還能被供熱單位認(rèn)可或密切合作的公司，能夠提供在進(jìn)行科學(xué)的熱量計量同時，實時反饋用熱管理信息、協(xié)調(diào)供熱管理控制，以及有效實施熱費收繳等全系統(tǒng)技術(shù)服務(wù)(包括所需軟、硬件產(chǎn)品)。NB-IoT技術(shù)作為示范性的廣域物聯(lián)網(wǎng)底層通信技術(shù),憑借其廣覆蓋,海量連接,低功耗等特點,可以有效彌補傳統(tǒng)通信技術(shù)的不足之處。同時,熱力行業(yè)數(shù)據(jù)點有著數(shù)量大、分布廣、工作環(huán)境嚴(yán)苛、要求工作壽命長等多方面要求。因此,在熱力行業(yè)中,NB-IoT技術(shù)可以充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)點。威利儀表技術(shù)研發(fā)組綜合分析了NB-IoT的技術(shù)優(yōu)勢,并根據(jù)熱力行業(yè)的具體要求,以STM32L系列MCU,NB-IoT模組和各類傳感器及數(shù)據(jù)探頭為基礎(chǔ),綜合建立并實現(xiàn)了熱力數(shù)據(jù)的實時回傳模型及計時機制,同時建立并實現(xiàn)了熱力井蓋異常震動實時監(jiān)測模型。根據(jù)實際應(yīng)用場景的不同,引入了模塊化思想,既降低了系統(tǒng)的耦合度又降低了硬件系統(tǒng)的維護(hù)成本。同時,從硬件基礎(chǔ),通信模型,低功耗設(shè)計,算法調(diào)優(yōu),系統(tǒng)調(diào)優(yōu)等多方面對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。