專利名稱：一種熱分配計量的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種熱分配計量的方法及裝置，用于測量供暖系統(tǒng)中每個散熱器的熱流量，屬熱計量領域。
背景技術：
目前在已有的民用住宅供暖系統(tǒng)中廣泛使用立管順流式的管路結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)的住宅中，每戶有一個以上的進出水口，實行分戶計量需要在每戶中的每個散熱器上加裝一塊熱量表，成本很高。另一個方案是改造管線結(jié)構(gòu)使每戶有一個統(tǒng)一的熱水進出口，但管路結(jié)構(gòu)改造費用很高，并且會破壞原有的內(nèi)部裝修。解決這種結(jié)構(gòu)住宅的分戶熱計量問題的方法一般采用熱分配計量法。
熱分配計量法不直接測量每個散熱器的散熱量，而是用一塊樓棟熱量表測量整個系統(tǒng)的散熱量，用熱分配表測量每個散熱器所散熱量占整個系統(tǒng)散熱量的百分比，通過分攤計算求得每個散熱器的實際散熱量。過去采用的方法有兩種，蒸發(fā)式熱分配表，以及后來出現(xiàn)的電子式熱分配表。蒸發(fā)式熱分配表安裝在散熱器的表面，表內(nèi)預先裝有某種化學液體，液體被加熱后揮發(fā)，通過細孔逃逸出去。液體的蒸發(fā)速度與散熱器的表面溫度密切相關，散熱器表面溫度越高液體蒸發(fā)越快。供暖季結(jié)束后，通過記錄每個熱分配表中所剩液體的多少計算分攤比例，從而求出每個散熱器應分擔的費用。蒸發(fā)式熱分配表必須在每個供暖季開始前加注化學液體，數(shù)據(jù)無法遠傳，需要人工入戶抄表，使用上比較麻煩。電子式熱分配表基本上模擬了蒸發(fā)式熱分配表的功能，用電子器件和感溫元件替代了化學液體，并增加了遠傳功能，避免了蒸發(fā)式熱分配表的不足。但是無論是蒸發(fā)式還是電子式，都是以散熱器表面溫度為計量依據(jù)的，其示值無法真實地反映與散熱器熱流量之間的關系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服目前計算散熱器的散熱量所采用的熱分配計量方法都是以散熱器表面溫度為計量依據(jù)，其示值無法真實地反映與散熱器熱流量之間的關系的缺陷，提出的一種新的熱分配計量的方法，通過普通熱電偶測量散熱器入水口水溫與附近空氣溫度的溫差(簡稱水氣溫差)，使用分攤計算方法來間接地算出熱流量，避免了上述弊病，同時提出了一種熱分配計量的裝置，也降低了熱計量裝置的成本和安裝維護費用。
本發(fā)明所采用的方法為首先將熱電偶安裝在每個散熱器入口處，其工作端插入入水口測量入口水溫，冷端不像常規(guī)應用那樣進行冷端補償，而是直接暴露在入水口附近的空氣中。測量時直接測量熱電偶兩個輸出端的熱電勢。如果系統(tǒng)中有M個散熱器，對每個散熱器都用上述方法測量其對應的熱電勢Ei，同時用常規(guī)樓棟熱量表測量系統(tǒng)總熱流量Φ，然后用公式Φi=EiΣj=1MEjΦ,]]>i＝1..M (1)
算出每個散熱器的熱流量Φi(i＝1..M)。上式中Ei和Ej分別為第i個和第j個散熱器上測得的熱電勢，Φ為總熱流量，Φi為第i個散熱器的熱流量，M為系統(tǒng)中總的散熱器個數(shù)。
本方法的原理是基于下述事實的如果散熱器的某個量(簡稱特征量)與散熱器的熱流量呈正比例關系(其比例系數(shù)稱為特征量系數(shù))，則可以采用Φi=NiΣj=1MNjΦ]]>計算每個散熱器的散熱量，其中，Φi為第i個散熱器的散熱量，Φ為系統(tǒng)總散熱量，Ni為與第i個散熱器的散熱量Φi成比例的特征量，進行熱量分攤計算。由傳熱學原理可以證明，在大多數(shù)運行工況下，散熱器的入水口水溫與附近空氣溫度的溫差與散熱器的熱流量成正比，因而可以用這個水氣溫差作為特征量進行熱量分攤計算。
眾所周知，熱電偶的基本原理就是測量溫差。在供熱系統(tǒng)的工況范圍內(nèi)，可以認為熱電偶產(chǎn)生的熱電勢正比于工作端和冷端之間的溫差。如果直接用熱電偶測量散熱器的水氣溫差，也就是用熱電偶的工作端插入入水口測量入口水溫，冷端不像常規(guī)應用那樣進行冷端補償，而是直接暴露在入水口附近的空氣中，那么熱電偶產(chǎn)生的熱電勢將正比于散熱器的入水口水溫與附近空氣溫度的溫差，因此也正比于散熱器的熱流量，所以，這樣產(chǎn)生的熱電勢也可以作為特征量。
經(jīng)過對型號為SYTLZ-A-2-1.2的銅鋁復合散熱器和四柱813型鑄鐵散熱器進行的試驗，得到實測的K型熱電偶的熱電勢與熱流量的實驗曲線，如圖3和圖4所示，實驗結(jié)果與熱電勢與熱流量呈正比關系的理論吻合較好，進而證明了本發(fā)明的熱分配計量的方法能夠更準確的得到每個散熱器的熱流量。
圖5為本方法與表具直接測量法的相對誤差分布。由圖可以看出在各種工況下，用本方法測得的熱流量與用表具直接測得的熱流量之間的測量誤差基本上可以控制在10％以內(nèi)。
使用本發(fā)明進行熱分配計量的方法而設計的熱計量的裝置，參見圖1，包含單片機1，模擬運算放大器2，熱電偶3，通訊電路4，電源5。鎧裝熱電偶3的兩個輸出端與模擬運算放大器2的兩個輸入端相連，模擬運算放大器2對弱小的熱電勢信號進行放大；模擬運算放大器2的輸出端與單片機的模擬輸入端相連，將放大后的熱電勢信號送給單片機的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，變成數(shù)字信號；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)到外部和接收設定指令；電源5與裝置中各個器件的電源連接、供電。
發(fā)送測量數(shù)據(jù)的通訊電路通過網(wǎng)絡與總熱量表相連?？偀崃勘硗ㄟ^網(wǎng)絡采集系統(tǒng)中所有散熱器上產(chǎn)生的熱電勢信號，按照(1)式算出每個散熱器的分攤熱流量。
顯然，在每個散熱器上安裝按照上述原理制作的熱分配表，測量散熱器的特征量，配合樓棟總熱量表，根據(jù)分攤計量的原則，可以實現(xiàn)對每個散熱器的熱計量。圖2為熱分配計量系統(tǒng)整體框圖。
實現(xiàn)成本低是本裝置的一大優(yōu)點。在目前使用立管順流供暖結(jié)構(gòu)的大量老舊建筑中，可以在每個散熱器上加裝這樣的測量裝置，費用并不高，很適合作為的樓棟內(nèi)部戶間熱量分攤計量使用。由于散熱器類型相同時，特征量系數(shù)在整個分攤計量過程中也不起作用，因而不存在系數(shù)待定問題，可以適用于任何形式的同規(guī)格散熱器。


圖1熱流量計量裝置系統(tǒng)框圖，其中1、單片機，2、模擬運算放大器，3、熱電偶，4、通訊電路，5、電源圖2熱分配計量系統(tǒng)整體框3銅鋁復合型散熱器實驗曲線(流量為400千克/小時)圖4四柱813型散熱器實驗曲線(流量為400千克/小時)圖5本方法與表具直接測量法的相對誤差分布具體實施方式
本發(fā)明的方法為首先測量整個供熱系統(tǒng)的總熱流量，然后在每個散熱器上測量散熱器入口水溫度和附近空氣溫度之間的溫差，以此溫差為特征量，按照公式Φi=NiΣj=1MNjΦ,]]>用比例分攤的方法來測量每個散熱器的熱流量，式中，Φi為第i個散熱器的散熱量，Φ為系統(tǒng)總散熱量，Ni為與第i個散熱器的散熱量Φi成比例的特征量。所述的測量散熱器入口水溫度和附近空氣溫度之間的溫差，也可采用將測量水氣溫差轉(zhuǎn)換為測量熱電偶熱電勢的方法。將鎧裝熱電偶安裝在每個散熱器入口處，其工作端插入入水口測量入口水溫，冷端不像常規(guī)應用那樣進行冷端補償，而是直接暴露在入水口附近的空氣中。測量時直接測量熱電偶兩個輸出端的熱電勢。如果系統(tǒng)中有M個散熱器，對每個散熱器都用上述方法測量其對應的熱電勢Ei，同時用常規(guī)樓棟熱量表測量系統(tǒng)總熱流量Φ，然后用公式Φi=EiΣj=1MEjΦ,]]>i＝1..M算出每個散熱器的熱流量Φi(i＝1..M)。上式中Ei和Ej分別為第i個和第j個散熱器上測得的熱電勢(mV)，Φ為總熱流量(W)，可由標準熱量計測得，Φi為第i個散熱器的熱流量(W)，M為系統(tǒng)中總的散熱器個數(shù)。
本裝置中的單片機1為美國微芯公司的PIC10F220。模擬運算放大器2采用SGM8522。裝置使用電池供電，電源穩(wěn)壓芯片采用TPS60213。通訊電路4采用MAX3471。用于入水口測溫的熱電偶3為K型帶螺紋的鎧裝熱電偶，型號為WRNK-206。在使用時將測量入口水溫度的熱電偶接到待測散熱器的入水口管線中，冷端暴露在附近的空氣中。
單片機1內(nèi)部集成有8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入連接測量入水口溫度的模擬運算放大電路的輸出端。單片機1片內(nèi)的程序模擬串行通訊接口，通過一個通用I/O口與MAX3471構(gòu)成RS-485串口通訊電路4。
系統(tǒng)工作時，在一個工作周期內(nèi)，總熱量表分別輪詢各個熱分配表，熱分配表中的單片機1在收到輪詢請求后，對放大后的、正比于水氣溫差的熱電勢模擬輸入進行采樣、變換，單片機1將數(shù)字化后的熱電勢模擬量值直接通過串口通訊電路4發(fā)往總熱量表。總熱量表在收到全部M個熱分配表發(fā)來的數(shù)據(jù)后，按照(1)式計算出各個散熱器的熱流量，在對時間積分后得到各個散熱器消耗的熱量。
在本實施例中，系統(tǒng)的工作周期的時長為120秒。
權(quán)利要求
1.一種熱分配計量的方法，其特征在于是一種將每個散熱器入口水溫度和附近空氣溫度之間的溫差作為散熱器的特征量，用比例分攤的方法來測量每個散熱器的熱流量的方法，實現(xiàn)的具體步驟為首先將熱電偶安裝在每個散熱器入口處，其工作端插入入水口測量入口水溫，冷端直接暴露在入水口附近的空氣中，測量熱電偶兩個輸出端的熱電勢，同時用熱量表測量系統(tǒng)總熱流量Φ，然后用公式Φi=EiΣj=1MEjΦ,]]>i＝1..M算出每個散熱器的熱流量Φi；式中，Ei和Ej分別為第i個和第j個散熱器上測得的熱電勢，Φ為系統(tǒng)總熱流量，Φi為第i個散熱器的熱流量，M為系統(tǒng)中總的散熱器個數(shù)。
2.一種熱分配計量的裝置，其特征在于包含單片機(1)，模擬運算放大器(2)，熱電偶(3)，通訊電路(4)，電源(5)；其中，熱電偶(3)的兩個輸出端與模擬運算放大器(2)的兩個輸入端相連，模擬運算放大器(2)對熱電勢信號進行放大；模擬運算放大器(2)的輸出端與單片機的模擬輸入端相連，將放大后的熱電勢信號送給單片機的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，變成數(shù)字信號；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)到外部和接收設定指令；電源(5)與裝置中各個器件的電源連接、供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種熱分配計量的裝置，其特征在于所述的通訊電路(4)通過網(wǎng)絡與總熱量表相連，總熱量表通過網(wǎng)絡采集系統(tǒng)中所有散熱器上產(chǎn)生的熱電勢信號，算出每個散熱器的分攤熱流量。
全文摘要
一種熱分配計量的方法及裝置，用于測量供暖系統(tǒng)中每個散熱器的熱流量，屬熱計量領域。本發(fā)明的方法是一種將每個散熱器入口水溫度和附近空氣溫度之間的溫差作為散熱器的特征量，用比例分攤的方法來測量每個散熱器的熱流量的方法，實現(xiàn)時以熱電偶產(chǎn)生的熱電勢作為散熱器的特征量。本裝置包含單片機(1)，模擬運算放大器(2)，熱電偶(3)，通訊電路(4)，電源(5)。本發(fā)明克服了目前計算散熱器的散熱量所采用的熱分配計量方法都是以散熱器表面溫度為計量依據(jù)的缺陷，降低了熱計量裝置的成本和安裝維護費用，裝置成本低，適用于任何形式的同規(guī)格散熱器。
文檔編號G01K17/00GK101038217SQ20071006344
公開日2007年9月19日 申請日期2007年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月1日
發(fā)明者方濱, 李盛林, 王玉璽 申請人:北京工業(yè)大學