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TDS-100超声波热量表在热量计量中的应用

基于蜂窝的窄带物联网技术开发的新型智能NB-IoT超声波热量表,具有实时监控表计运行数据、计量精度高、功耗低、使用寿命长、安装方便、智能可靠便于管理等优点,能有效节能,降低成本,提高节能减排的效果。

NB-iot(Narrow Band-Internet of Things)中文名称为基于蜂窝的窄带物联网,具有覆盖广、功耗小、成本低、海量连接等优点,是万物互联网络的一个重要分支,NB-iot技术的六大主要应用场景恰恰是现有移动通信很难支持的场景,包括位置跟踪、环境监测、智能泊车、数据远传、农业和畜牧业这些场景。伴随我国移动电信服务商投入大量技术和资金,在全国大面积对现有4G FDD基站的改造,目前已经能够提供大范围的基于NB-iot技术通讯的覆盖,能够满足行业级应用对该通讯覆盖能力的需要。热力作为国内重要的公共服务行业,随着国内热力行业快速扩充和发展,其运行的安全性、可靠性和稳定的经济效益给该行业提出了更高的要求；然而,热力行业技术应用的滞后和其特殊的应用环境的限制,造成了热力行业中很多现实的技术问题无法利用现有的技术手段解决,其最大的问题时由于设备范围大面积应用,数据有效、低成本的回传是热力行业面临的技术瓶颈,而NB-iot技术出现,给解决热力行业的数据远传的技术难点创造了条件,为热力行业新技术应用创造了条件。

热量表的工作原理

在国标GB/T 32224-2015中热量表的定义即：用于测量及显示水流经交换系统所释放或吸收热能量的仪表。工作原理是：将一对温度传感器分别安装在通过载热流体的上行管和下行管上，流量计安装在流体入口或回流管上(流量计安装的位置不同，最终的测量结果也不同)，流量计发出与流量成正比的脉冲信号，一对温度传感器给出表示温度高低的模拟信号，而计算仪采集来自流量和温度传感器的信号，利用计算公式算出热交换系统获得的热量。

热量表的分类

按照热表流计结构和原理不同，可分为机械式(其中包括：涡轮式、孔板式、涡街式)、电磁式、超声波式等种类：

机械式热量表

机械表分为单流束和多流束两种，单流束表的性能是水在表内从一个方向单股推动叶轮转动的表为单流束表。不足之外表的磨损大，使用年限短。多流束表的性能是水在表内从多个方向推动叶轮转动的表为多流束表。该表相对磨损小，使用年限长。叶轮分为两种形式：螺翼式和旋翼式。一般小口径DN15-DN40户用表使用旋翼式。大口径的工艺表DN50-DN300使用螺翼式。机械表的质量保证期一般是2年。

超声波式热量表

采用超声波式流量计的热量表的统称。它是利用超声波在流动的流体中传播时，顺水流传播速度与逆水流传播速度差计算流体的流速，从而计算出流体流量。对介质无特殊要求；流量测量的准确度不受被测流体温度、压力、密度等参数的影响。超声波热量表有两种形式，一种是直射式也叫对射式，工作原理是：超声波换能器直接发射和接收信号确定流量。另一种是反射式也叫对流式，工作原理是超声波换能器通过反射板平面的反射速度确定流量。

电磁式热量表

　　采用电磁式流量计的热量表的统称。具有高精度、高稳定性，无论在环境苛刻的工业行业中(如化工、钢铁、污水、冶金行业等)，还是在计量检定行业中的标准表都有电磁式流量计的应用，但价格比较高。

根据热量表总体结构与设计原理的不同，热量表可分为：

整体式热量表

指热量表的三个组成部分中(积算器、流量计、温度传感器)，有两个以上的部分在理论上(而不是在形式上)是不可分割的结合在一起。比如，机械式热量表当中的标准机芯式(无磁电子式)热量表的积算器和流量计是不能任意互换的，检定时也只能对其进行整体测。

组合式热量表

组成热量表的三个部分可以分离开来，并在同型号的产品中可以互相替换，检定时可以对各部件进行分体检测。

紧凑式热量表

在型式检定或出厂标定过程中可以看作组合式热量表，但在标定完成后，其组成部分必须按整体式热量表来处理。

超声波热量表在供热计量中的应用

采用分户热量表进行供热计量是目前供热计量的主要形式，热量表是与用户结算的重要表计，其准确性非常重要。很多热力企业在对比考量后，主要采用了超声波热量表。要求使用寿命在9年以上，计量精度满足9年内达到二级以上精确度要求，电池使用寿命9年以上，最大量程比(常用流量与最小流量比)qp/qi不得低于100。

超声波热量表的综合优点体现在：

1.综合使用成本低，超声波流量表无机械叶轮转动，不产生机械磨损，后期使用维护成本低，使用寿命远高于机械式热量表；

2.计量可靠性好，即使有细小杂质流过安装在热量表前端的过滤器，也不会对超声波热量表的精确计量产生影响；

3.计量纠纷少，超声波热量表使用时不堵塞、不磨损、计量精确，有利于供热计量工作的推广和应用；

4.维护方便，超声波热量表基本属于免维护产品，运行维护成本低。

中国供热计量系统的发展趋势将是：实现“热量计量、供热控制、热费收缴、能效管理”全套功能的智能化、网络化系统。经验已经证明：中国供热计量改革仅靠传统概念的热计量仪表企业是无法完成的。在中国，实施热计量收费的前提、第一步是节能建筑改造；进一步要求是热力公司才能解决的，因为分户计量、调控导致的供热系统必须适应改变的一系列供热系统、装置、和相关技术问题；以及实施相关的能效评估、收费财务系统等等大量系列化的，包括软、硬件的工作。因此，特别需要不仅能生产包括热量表在内的热计量工程所需的全套仪表配件装置；还能被供热单位认可或密切合作的公司，能够提供在进行科学的热量计量同时，实时反馈用热管理信息、协调供热管理控制，以及有效实施热费收缴等全系统技术服务(包括所需软、硬件产品)。NB-IoT技术作为示范性的广域物联网底层通信技术,凭借其广覆盖,海量连接,低功耗等特点,可以有效弥补传统通信技术的不足之处。同时,热力行业数据点有着数量大、分布广、工作环境严苛、要求工作寿命长等多方面要求。因此,在热力行业中,NB-IoT技术可以充分发挥其技术优点。威利仪表技术研发组综合分析了NB-IoT的技术优势,并根据热力行业的具体要求,以STM32L系列MCU,NB-IoT模组和各类传感器及数据探头为基础,综合建立并实现了热力数据的实时回传模型及计时机制,同时建立并实现了热力井盖异常震动实时监测模型。根据实际应用场景的不同,引入了模块化思想,既降低了系统的耦合度又降低了硬件系统的维护成本。同时,从硬件基础,通信模型,低功耗设计,算法调优,系统调优等多方面对系统进行优化和改进。