本發(fā)明涉及溫度測量及熱量計量，具體涉及一種室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量系統(tǒng)以及相關(guān)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著能源管理的日益重要，準確測量室內(nèi)熱量消耗對于合理利用能源、實現(xiàn)節(jié)能減排目標具有關(guān)鍵意義。傳統(tǒng)的熱量表測量技術(shù)在精度、穩(wěn)定性以及對復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境的適應(yīng)性等方面存在一定局限性。超聲波熱量表作為一種新型的熱量計量設(shè)備，具有精度高、無機械磨損等優(yōu)點，但目前的超聲波熱量表在室內(nèi)溫度測量及熱量計算方面仍有待進一步優(yōu)化，以滿足更加精準、高效的室內(nèi)熱量計量需求。常見的傳統(tǒng)熱量表產(chǎn)品包括機械式熱量表、電磁式熱量表、渦街式熱量表等，一些知名的傳統(tǒng)熱量表品牌及產(chǎn)品有蘭吉爾熱量表、卡姆魯普熱量表、真蘭熱量表、慧怡熱量表、天罡熱量表、愛拓利熱量表、西門子熱量表、埃創(chuàng)熱量表等。

2、機械式熱量表：這是一種較為傳統(tǒng)的熱量計量表，通過機械結(jié)構(gòu)來測量熱水流量和溫度變化，進而計算熱量消耗。其原理是利用水流推動機械葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)與水流量成正比，再結(jié)合溫度傳感器測量的進出水溫度差來計算熱量。例如，一些早期的供熱系統(tǒng)中會使用這種機械式熱量表進行熱量計量，但它存在機械磨損、精度易受水質(zhì)影響等缺點。

3、電磁式熱量表：利用電磁感應(yīng)原理來測量水的流量，再結(jié)合溫度測量來計算熱量。電磁式熱量表的測量精度相對較高，但對安裝環(huán)境和水質(zhì)有一定要求，且成本也相對較高。在一些對熱量計量精度要求較高的場所，如大型商業(yè)建筑、工業(yè)廠房等，會使用電磁式熱量表。

4、渦街式熱量表：基于卡門渦街原理測量水的流量，再結(jié)合溫度差信息計算熱量。它在一定程度上克服了機械式熱量表的部分缺點，但在精度和穩(wěn)定性方面仍存在可提升的空間，且對于復(fù)雜工況的適應(yīng)性也有待加強。

5、不同品牌的傳統(tǒng)熱量表產(chǎn)品雖各有特點，但總體在面對日益復(fù)雜的室內(nèi)供熱環(huán)境以及更高的熱量計量精準度、穩(wěn)定性、適應(yīng)性等要求時，逐漸暴露出一些不足，為本發(fā)明的提出提供了改進和創(chuàng)新的空間。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量系統(tǒng)以及方法，所述系統(tǒng)，包括超聲波換能器、溫度測量探頭、信號處理單元、微控制器以及顯示單元，所述溫度測量探頭設(shè)置為兩個，分別用于采集供熱管道進水口和出水口附近的溫度，所述系統(tǒng)采用基于雙探頭溫度補償?shù)某暡崃繙y量算法或基于自適應(yīng)濾波的超聲波信號處理算法進行熱量計算，并且還包括一個可測量室內(nèi)外溫度的測溫探頭，該測溫探頭通過長度在3米到10米的軟線與熱表連接。

2、進一步的，所述基于雙探頭溫度補償?shù)某暡崃繙y量算法包括：測量超聲波在順流和逆流方向上的傳播時間，根據(jù)溫度對超聲波傳播速度的影響建立溫度補償模型，結(jié)合溫度補償后的超聲波傳播速度以及流體流速計算室內(nèi)供熱系統(tǒng)的熱量消耗。

3、進一步的，所述基于自適應(yīng)濾波的超聲波信號處理算法包括：采用自適應(yīng)濾波算法對原始超聲波信號進行處理，通過不斷調(diào)整濾波器權(quán)系數(shù)使輸出信號盡可能接近理想信號，基于濾波后的超聲波信號計算室內(nèi)供熱系統(tǒng)的熱量消耗。

4、進一步的，所述溫度測量探頭還用于實時監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境溫度，且所述系統(tǒng)將室內(nèi)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)融入到熱量計算算法中。

5、進一步的，所述系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，各模塊包括超聲波換能器模塊、溫度測量探頭模塊、信號處理單元模塊、微控制器模塊以及顯示單元模塊，便于維護和升級。

6、另一方面本發(fā)明還提供了一種室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量方法，包括以下步驟：

7、(1)系統(tǒng)初始化；

8、(2)溫度數(shù)據(jù)采集；

9、(3)超聲波信號采集與處理；

10、(4)熱量計算；

11、(5)結(jié)果顯示。

12、進一步的，所述溫度數(shù)據(jù)采集步驟中，采集的溫度包括供熱管道進水口溫度、出水口溫度以及室內(nèi)環(huán)境溫度和室內(nèi)外溫度。

13、進一步的，所述超聲波信號采集與處理步驟中，采用自適應(yīng)濾波算法對原始超聲波信號進行處理。

14、進一步的，所述熱量計算步驟中，按照基于雙探頭溫度補償?shù)某暡崃繙y量算法或基于自適應(yīng)濾波的超聲波信號處理算法計算室內(nèi)供熱系統(tǒng)的熱量消耗。

15、進一步的，所述結(jié)果顯示步驟中，將計算得到的熱量消耗以及相關(guān)溫度值顯示在顯示單元上。

16、有益技術(shù)效果：

17、本發(fā)明通過上述解決方案以及完善的系統(tǒng)架構(gòu)和測量方法流程，實現(xiàn)了室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量的高精度、高穩(wěn)定性和高適應(yīng)性，具有以下有益效果：

18、1.提高了熱量計量精度：通過雙探頭溫度補償機制、自適應(yīng)濾波處理超聲波信號以及綜合考慮多種因素的熱量計算模型等創(chuàng)新點，能夠更準確地測量超聲波傳播時間、流體流速以及溫度差等關(guān)鍵參數(shù)，從而提高了室內(nèi)供熱系統(tǒng)熱量計量的精度。

19、2.增強了系統(tǒng)穩(wěn)定性：實時監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境溫度并將其融入到算法中，以及采用模塊化設(shè)計便于維護和升級，使得系統(tǒng)能夠更好地適應(yīng)室內(nèi)復(fù)雜的溫度變化環(huán)境，降低了系統(tǒng)故障的可能性，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

20、3.提升了系統(tǒng)適應(yīng)性：本發(fā)明的測量系統(tǒng)和算法能夠適應(yīng)不同的不同的室內(nèi)供熱系統(tǒng)工況，無論是溫度波動較大的情況還是存在噪聲干擾的情況，都能有效地進行熱量計量，提升了系統(tǒng)的適應(yīng)性。

21、4.便于用戶使用：顯示單元直觀地顯示熱量消耗值、溫度值等相關(guān)信息，方便用戶了解室內(nèi)供熱系統(tǒng)的運行情況，提高了用戶體驗。

22、5.實現(xiàn)公平合理熱計量收費：新增的可測量室內(nèi)外溫度的測溫探頭及“戶表熱計量，溫差熱分攤”模式，使得熱計量收費更加符合實際熱量使用情況，提高了收費的公平性和合理性，同時也促進了用戶的節(jié)能意識。

技術(shù)特征：

1.一種室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量系統(tǒng)，其特征在于，包括超聲波換能器、溫度測量探頭、信號處理單元、微控制器以及顯示單元，所述溫度測量探頭設(shè)置為兩個，分別用于采集供熱管道進水口和出水口附近的溫度，所述系統(tǒng)采用基于雙探頭溫度補償?shù)某暡崃繙y量算法或基于自適應(yīng)濾波的超聲波信號處理算法進行熱量計算，并且還包括一個可測量室內(nèi)外溫度的測溫探頭，該測溫探頭通過長度在3米到10米的軟線與熱表連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量系統(tǒng)，其特征在于，所述基于雙探頭溫度補償?shù)某暡崃繙y量算法包括：測量超聲波在順流和逆流方向上的傳播時間，根據(jù)溫度對超聲波傳播速度的影響建立溫度補償模型，結(jié)合溫度補償后的超聲波傳播速度以及流體流速計算室內(nèi)供熱系統(tǒng)的熱量消耗。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量系統(tǒng)，其特征在于，所述基于自適應(yīng)濾波的超聲波信號處理算法包括：采用自適應(yīng)濾波算法對原始超聲波信號進行處理，通過不斷調(diào)整濾波器權(quán)系數(shù)使輸出信號盡可能接近理想信號，基于濾波后的超聲波信號計算室內(nèi)供熱系統(tǒng)的熱量消耗。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度測量探頭還用于實時監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境溫度，且所述系統(tǒng)將室內(nèi)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)融入到熱量計算算法中。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)通過超聲波換能器在供熱管道內(nèi)發(fā)射和接收超聲波信號，測量超聲波在順流和逆流方向上的傳播時間t1和t2，根據(jù)超聲波傳播原理，在靜止流體中，超聲波傳播速度v與流體流速u存在如下關(guān)系:其中l(wèi)為超聲波在管道內(nèi)傳播的路徑長度,通過測量t1和t2，計算出流體流速u；建立溫度補償模型已知超聲波在介質(zhì)中的傳播速度v與溫度t近似滿足以下關(guān)系:v(t)＝vo(1+α(t-to)),其中vo是在參考溫度t下的超聲波傳播速度，α是溫度系數(shù)，分別計算在進水溫度tin和出水溫度tout下的超聲波傳播速度vin和vout，根據(jù)熱星計算公式q＝mcat,其中q為熱量，m為流體質(zhì)量流量，c為流體比熱容，at＝tin-tout，結(jié)合前面計算得到的流體流速u以及通過溫度補償后的超聲波傳播速度vin和vout,計算出質(zhì)量流量m，進而準確計算出室內(nèi)供熱系統(tǒng)的熱量消耗q。

6.一種室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量方法，其特征在于，所述溫度數(shù)據(jù)采集步驟中，采集的溫度包括供熱管道進水口溫度、出水口溫度以及室內(nèi)環(huán)境溫度和室內(nèi)外溫度。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量方法，其特征在于，所述超聲波信號采集與處理步驟中，采用自適應(yīng)濾波算法對原始超聲波信號進行處理。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量方法，其特征在于，所述熱量計算步驟中，按照基于雙探頭溫度補償?shù)某暡崃繙y量算法或基于自適應(yīng)濾波的超聲波信號處理算法計算室內(nèi)供熱系統(tǒng)的熱量消耗。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量方法，其特征在于，首先，超聲波換能器采集原始超聲波信號x(n)，同時溫度測量探頭采集相關(guān)溫度數(shù)據(jù)；接著將原始超聲波信號α(n)輸入到自適應(yīng)濾波器中，按照上述自適應(yīng)濾波模型和lms算法進行信號處理，得到濾波后的輸出信號(n)；然后，根據(jù)濾波后的信號準確測量超聲波傳播時間參數(shù)，并結(jié)合溫度數(shù)據(jù)計算熱量消耗q；最后，將熱量消耗q的結(jié)果顯示在顯示單元上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量系統(tǒng)以及方法，本系統(tǒng)的室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量系統(tǒng)主要包括超聲波換能器、溫度測星探頭、信號處理單元、微控制器以及顯示單元等部分。通過上述解決方案以及完善的系統(tǒng)架構(gòu)和測量方法流程，實現(xiàn)了室內(nèi)溫度超聲波熱量表測量的高精度、高穩(wěn)定性和高適應(yīng)性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉旸,于福源,劉振
受保護的技術(shù)使用者：北京愛神永生科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26