專利名稱：預付費溫控超聲波熱量表的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種熱量計量儀表，具體地說是一種預付費溫控超聲波熱量表。
背景技術(shù)：
目前市場上采用的熱量表主要由流量計、溫度傳感器和計算器構(gòu)成，熱量的計算包括溫度和流量兩部分。溫度的計算主要是通過溫度傳感器根據(jù)進水溫度與出水溫度的差異進行計算，而流量的計算普遍采用的是機械式的葉輪計量機構(gòu)。葉輪計量機構(gòu)的工作原理是葉輪在水流的作用下轉(zhuǎn)動，流量計按照N=KvQ計算水流量，其中N為葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)，Q為水流量，Kv為葉輪計量機構(gòu)的傳動比。然而葉輪計量機構(gòu)的傳動比與制造的精度有關(guān)，并且會隨水流的流速、水溫的變化而變化，特別是在分界流量以下的小流量區(qū)，其變化更為顯著，因此嚴重影響了熱量表的流量計量精度。并且機械式的熱量表由于管道中的流體含雜質(zhì)較多，因此容易引起管道堵塞現(xiàn)象，給使用者帶來損失。近年來熱量表中流量的采集逐漸采用超聲波技術(shù)替代了現(xiàn)有的機械式的流量計， 超聲波熱量表對水流速度的測量要求較高，并且對電信號的處理也極其精確，然而目前的超聲波熱量表大多為一個獨立的采集部件，不能實現(xiàn)集中管理，更不能體現(xiàn)熱量表的智能化控制。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是克服現(xiàn)有熱量表存在的不足，提供一種計量精度高、性能可靠并且能夠?qū)崿F(xiàn)集中管理、體現(xiàn)智能化控制的預付費溫控超聲波熱量表。本實用新型是這樣實現(xiàn)的一種預付費溫控超聲波熱量表，包括表體、測量管件、 閥門調(diào)節(jié)機構(gòu)、流量測量機構(gòu)和溫度測量機構(gòu)，所述流量測量機構(gòu)和溫度測量機構(gòu)與所述表體通過數(shù)據(jù)線相接，在所述流量測量機構(gòu)中設置有超聲波換能器，在所述溫度測量機構(gòu)中設置有用于檢測用戶采暖系統(tǒng)進、出水溫度的第一溫度傳感器和第二溫度傳感器，所述表體包括底盤，固定于所述底盤上的固定安裝部，以及鉸接在所述固定安裝部上并有0— 100°轉(zhuǎn)幅的活動顯示部；所述表體通過連接板安裝在所述測量管件上；在所述活動顯示部中裝有控制器和主顯示屏，在所述固定安裝部中裝有IC卡信息采集器和電源模塊，所述控制器分別與所述IC卡信息采集器、所述主顯示屏、所述電源模塊、所述超聲波換能器、所述第一溫度傳感器和所述第二溫度傳感器電連接；所述超聲波換能器分別設置在所述測量管件的進水端口和出水端口內(nèi)，在所述測量管件中裝有導流架，在所述導流架的兩端分別裝有與所述超聲波換能器配合工作的反射體；所述閥門調(diào)節(jié)機構(gòu)包括調(diào)節(jié)球閥和動力傳動機構(gòu)，所述調(diào)節(jié)球閥設置在所述測量管件上，所述動力傳動機構(gòu)安裝在所述底盤上，并與所述調(diào)節(jié)球閥相連接；所述動力傳動機構(gòu)與所述控制器電連接，用于在所述控制器的指令下對所述調(diào)節(jié)球閥進行控制。本實用新型還可這樣實現(xiàn)在上述超聲波熱量表中還包括有溫控器，與所述控制器電連接，用于對室內(nèi)采暖溫度進行設定和控制。所述溫控器包括有電連接的控制電路、單片機和第三溫度傳感器，還包括有設置在所述溫控器的殼體上的溫度調(diào)節(jié)按鈕、節(jié)能控制按鈕和溫度顯示屏；所述溫度調(diào)節(jié)按鈕和所述節(jié)能控制按鈕電連接在所述單片機的輸入端，所述溫度顯示屏電連接在所述單片機的輸出端，所述單片機通過通訊接口與所述控制器進行數(shù)據(jù)通訊。本實用新型中的所述控制器包括有微處理器，用于數(shù)據(jù)處理；報警模塊，與所述微處理器相接，用于檢測預付費用的余額和所述電源模塊的電池電壓，并在預付費余額或電池電壓到達下限時，發(fā)出報警信號；防凍裂控制模塊，與所述微處理器相接，用于根據(jù)采暖系統(tǒng)的出水溫度在所述微處理器的控制下對所述調(diào)節(jié)球閥進行開度控制；以及自潔控制模塊，與所述微處理器相接，用于在所述微處理器的控制下對所述調(diào)節(jié)球閥進行開關(guān)控制。在本實用新型中的所述控制器的I/O端口，設置有RS485接口和/或M_bus接口。本實用新型的表體采用分體式結(jié)構(gòu)，主顯示屏能夠在0—100°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，方便了查看和收放。測量管件上的溫度傳感器安裝孔，方便了溫度傳感器的安裝，簡化了結(jié)構(gòu)， 降低了成本。測量管件上設置的線卡，可以將各種線纜整齊地卡裝在一起，保證本實用新型在使用過程中的整潔有序。設置在控制器中的報警模塊，不僅可以實時檢測電源模塊的電量，對欠壓狀態(tài)及時報警，還能夠?qū)︻A付費用進行實時檢測，提醒用戶及時續(xù)費，保證持續(xù)用暖。防凍裂控制模塊根據(jù)第二溫度傳感器測得的出水溫度，在微處理器的控制下，對調(diào)節(jié)球閥的開度進行控制，以避免在水溫過低時發(fā)生管路凍裂現(xiàn)象。自潔控制模塊可在微處理器的控制下對調(diào)節(jié)球閥進行開關(guān)控制，以定期對調(diào)節(jié)球閥進行過水清洗，從而防止堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。微處理器采用MSP430單片機，可滿足微功耗設計，降低熱量表的能耗?？刂破鞯耐ㄓ嵎绞讲捎肦S485、M-BUS方式或者兩者組合的方式，可實現(xiàn)遠傳抄表，增加了工作選擇性，提高了本發(fā)明熱量表的通用性。本實用新型中的溫控器，能夠?qū)κ覂?nèi)溫度進行設定和顯示，并根據(jù)所檢測的室內(nèi)溫度以無線或有線方式傳輸給表體中的控制器，對調(diào)節(jié)球閥進行開度控制或開關(guān)控制，以此來調(diào)節(jié)送入室內(nèi)采暖系統(tǒng)的熱水流量，使本實用新型的使用更加智能化和人性化。本實用新型通過在測量管件內(nèi)設置與超聲波換能器相對應的導流架，可使流經(jīng)測量管件中的熱水處于層流狀態(tài)，這樣更便于超聲波換能器的發(fā)射與接收，由于測量管件中無運動部件，因此使得本超聲波熱量表的計量精度高，性能可靠。本實用新型在表體中的控制器的統(tǒng)一控制下，將溫度和流量的采集、調(diào)節(jié)球閥的開度與開關(guān)控制、預付費用的扣除、以及溫度的調(diào)節(jié)和控制等各項功能有機地集成在一起， 實現(xiàn)了用戶耗用熱量的計量計費信息采集、供暖溫度信息采集、室內(nèi)溫度信息采集以及預付費用等的集中管理，實現(xiàn)了供熱系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)對熱量的智能化控制及使用。

圖1是本實用新型的裝配軸側(cè)圖。圖2是本實用新型的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。[0023]圖3是本實用新型的電氣連接圖。圖4是溫控器的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各部件及標號分別是1、表體，2、超聲波換能器，4、連接板，5、測量管件，7、 溫控器，8、IC卡信息采集器，11、底盤，12、控制器，13、電源模塊，14、主顯示屏，31、第一溫度傳感器，32、第二溫度傳感器，51、導流架，52、反射體，53、超聲波換能器安裝孔，M、溫度傳感器安裝孔，55、線卡，61、調(diào)節(jié)球閥，62、動力傳動機構(gòu)，71、殼體，72、控制電路，73、第三溫度傳感器，74、單片機，75、溫度調(diào)節(jié)按鈕，76、節(jié)能控制按鈕，77、主顯示屏，111、固定安裝部，112、活動顯示部，121、報警模塊，122、防凍裂控制模塊，123、自潔控制模塊，124、微處理
ο
具體實施方式
[0026]本實用新型主要由表體、測量管件、閥門調(diào)節(jié)機構(gòu)、流量測量機構(gòu)、溫度測量機構(gòu)和溫控器等部分構(gòu)成。在流量測量機構(gòu)中設置有超聲波換能器，以用于檢測水的流速。在溫度測量機構(gòu)中設置有第一溫度傳感器和第二溫度傳感器，用于檢測用戶的熱水管路的進水端口和出水端口的溫度。表體是根據(jù)流量測量機構(gòu)和溫度測量機構(gòu)測得的數(shù)據(jù)，計算出流經(jīng)用戶采暖系統(tǒng)中的熱水的熱量消耗以及對應的扣費值，并根據(jù)預付費用的情況，控制是否供熱。閥門調(diào)節(jié)機構(gòu)用于根據(jù)溫控器設定的溫度需求，在控制器的控制下，進行開度調(diào)節(jié)或開關(guān)變換。 溫控器可用于實時觀測室內(nèi)的采暖溫度，并可根據(jù)用戶的實際需要，人工設定室內(nèi)的采暖溫度。表體中的控制器與流量測量機構(gòu)和溫度測量機構(gòu)之間通過數(shù)據(jù)線進行信號傳輸， 表體中的控制器與溫控器之間通過數(shù)據(jù)線或者無線網(wǎng)絡形式進行相互通信，表體中的控制器與閥門調(diào)節(jié)機構(gòu)之間通過電纜連接。如圖2所示，本實用新型是通過測量管件5連接在用戶采暖系統(tǒng)的熱水管路中，表體1通過連接板4 (圖1)固定連接在測量管件5上。如圖1、圖3所示，表體1包括有底盤11、固定安裝部111和活動顯示部112。固定安裝部111固定連接在底盤11上，活動顯示部112鉸接在固定安裝部111的頂面，并有 0—100°的轉(zhuǎn)幅。在活動顯示部112中裝有控制器12和主顯示屏14，在固定安裝部111中裝有IC 卡信息采集器8和安裝電池用的電源模塊13。如圖3所示，控制器12分別與IC卡信息采集器8、主顯示屏14、電源模塊13、超聲波換能器2、第一溫度傳感器31和第二溫度傳感器 32電連接。電源模塊13為控制器12提供工作電源，控制器12通過主顯示屏14進行數(shù)據(jù)顯示，IC卡信息采集器8用于采集用戶IC卡的預付費信息，并傳輸給控制器12進行付費金額與熱量的換算。超聲波換能器2有兩個，分別設置在測量管件5的進水端口和出水端口內(nèi)。圖1 中，在測量管件5中裝有導流架51，在導流架51的兩端分別裝有反射體52。反射體52與測量管件5端口處的超聲波換能器2相對應。閥門調(diào)節(jié)機構(gòu)包括調(diào)節(jié)球閥61和動力傳動機構(gòu)62 (圖3)。調(diào)節(jié)球閥61安裝在測量管件5上，動力傳動機構(gòu)62安裝在表體1的底盤11上，動力傳動機構(gòu)62的輸入端通過電纜與控制器12連接，輸出端通過機械結(jié)構(gòu)與調(diào)節(jié)球閥61的調(diào)節(jié)手柄連接，用于根據(jù)控制器12的指令，控制調(diào)節(jié)球閥61的開度大小和開關(guān)變化。本實施例中的調(diào)節(jié)球閥61優(yōu)選浮動式彈簧球閥。圖3中，控制器12包括微處理器124、報警模塊121、防凍裂控制模塊122和自潔控制模塊123 ；報警模塊121、防凍裂控制模塊122和自潔控制模塊123分別與微處理器IM 電連接。報警模塊121的作用，一是檢測電源模塊13的電量，當檢測到電壓較低時，將信號傳遞給微處理器124，在微處理器124的指令下發(fā)出報警信號，同時在主顯示屏14上顯示 “欠壓”字樣；二是在預付費用不足時，發(fā)出報警信號。防凍裂控制模塊122是根據(jù)第二溫度傳感器32測得的熱水管路的出水溫度，在微處理器1 的控制下，對調(diào)節(jié)球閥61進行開關(guān)控制——即當采暖系統(tǒng)的出水溫度較低時， 在控制器12的指令下，開大調(diào)節(jié)球閥61，使熱水流量增加，以防止用戶的采暖系統(tǒng)在水溫過低時出現(xiàn)管路凍裂的現(xiàn)象。自潔控制模塊123是在微處理器124的控制下，對調(diào)節(jié)球閥61進行開關(guān)控制，以通過水流的注入，對調(diào)節(jié)球閥61自身進行定時的清洗，防止被沙?；螂s物等堵塞。流量測量機構(gòu)包括兩個超聲波換能器2和兩個反射體52 (圖3)。反射體52與超聲波換能器2之間通過水流傳遞機械能，超聲波換能器2將機械能轉(zhuǎn)換為電信號后傳輸給控制器12。溫度測量機構(gòu)主要包括第一溫度傳感器31和第二溫度傳感器32 (圖3)。第一溫度傳感器31和第二溫度傳感器32分別設置在用戶采暖系統(tǒng)的進水口和出水口，用于實時檢測用戶采暖系統(tǒng)的進水溫度和出水溫度，并將檢測到的數(shù)據(jù)通過電纜傳輸給控制器12， 提供耗用熱量的計量依據(jù)。測量管件5的兩端分別通過油壬與采暖系統(tǒng)的熱水管路相連接。圖1中，測量管件 5為 鈴狀鑄件結(jié)構(gòu)，在其側(cè)壁上設置有超聲波換能器安裝孔53和溫度傳感器安裝孔54， 在測量管件5的管體中安裝有導流架51，在導流架51的兩端安裝有相對設置的反射體52， 反射體52與超聲波換能器2對應設置，用于將水流反射到超聲波換能器2的探頭上，以檢測熱水的流速。測量管件5上的溫度傳感器安裝孔M用于安裝第一溫度傳感器31，以測量熱水管路進水口的水溫。在測量管件5的側(cè)壁上還設置有線卡55，用于卡裝通往表體1中的線纜。本實用新型還包括與IC卡信息采集器8配套使用的IC卡，用戶進行充值，以購買所需的采暖熱量，滿足本發(fā)明超聲波熱量的預付費功能的需求。本實用新型還包括有可與控制器12進行通訊聯(lián)系的溫控器7。該溫控器設置在用戶的室內(nèi)，用戶可根據(jù)自身的需求，進行采暖溫度的設定與控制。如圖3、圖4所示，溫控器7主要包括單片機74、控制電路72、第三溫度傳感器73、 溫度調(diào)節(jié)按鈕75、節(jié)能控制按鈕76和溫度主顯示屏77等。其中單片機74、控制電路72和第三溫度傳感器73安裝在殼體71內(nèi)，溫度調(diào)節(jié)按鈕75、節(jié)能控制按鈕76和溫度顯示屏77 設置在殼體71的表面。單片機74分別與控制電路72、第三溫度傳感器73、溫度顯示屏77電連接，單片機 74通過通訊接口與控制器12進行數(shù)據(jù)通訊。第三溫度傳感器73用于測量室內(nèi)溫度，并將溫度信號傳遞給單片機74 ；溫度調(diào)節(jié)按鈕75進行溫度的增減設定，設定好的溫度信息通過控制電路72傳輸給單片機74，再通過單片機74的通訊聯(lián)系，傳送給表體1中的控制器12。 當室內(nèi)無人、不用取暖時，按動節(jié)能控制按鈕76，此按鈕信息可通過控制電路72傳輸給單片機74，單片機74將接收到的上述信息以通訊方式傳輸給表體1中的控制器12，通過控制器12使動力傳動機構(gòu)62動作，從而關(guān)閉調(diào)節(jié)球閥61，達到節(jié)約熱量、減少費用支出的目的。本實施例中的微處理器124和單片機74均可采用MSP430單片機，以滿足本實用新型的微功耗設計。在控制器12的I/O端口設置有RS485接口和M_bus接口，便于用戶進行通訊方式的選擇，也可滿足遠程抄表的工作需要。本實用新型的組裝過程如下一、先將反射體52安裝在導流架51的兩端，反射體52的安裝角度可根據(jù)與之相應的超聲波換能器2的設定位置而設置；再將導流架51裝到測量管件5內(nèi)，將超聲波換能器2安裝在測量管件5的超聲波換能器安裝孔53內(nèi)，將第一溫度傳感器31安裝在測量管件5的溫度傳感器安裝孔M中；然后，將調(diào)節(jié)球閥61安裝在銅罩接頭內(nèi)，銅罩接頭連接在測量管件5的出水端；二、將第二溫度傳感器32安裝在采暖系統(tǒng)的出水口 ；三、將溫控器7、超聲波換能器2、第一溫度傳感器31和第二溫度傳感器32的數(shù)據(jù)線分別與控制器12相連接；四、將測量管件5和銅罩接頭安裝在采暖系統(tǒng)的熱水管路中；五、組裝表體1的各部件，將組裝好的表體1通過連接板4固定連接在測量管件5 的上方；六、將固定在底盤11上的動力傳動機構(gòu)62與調(diào)節(jié)球閥61的調(diào)節(jié)手柄連接在一起。本實用新型的工作過程是將本實用新型安裝在采暖系統(tǒng)的熱水管路中后，首先通過刷卡形式，將IC卡中的充值金額通過表體1上的IC卡信息采集器8傳輸給控制器12， 控制器12將充值金額轉(zhuǎn)換為熱量數(shù)，對用戶消耗的熱量進行預收費?？刂破?2對熱量進行實時扣除；當預付費用不足時，發(fā)出報警信號。本實用新型的熱量計算原理為在測量管件5的進水端內(nèi)設置的超聲波換能器 2沿水流方向產(chǎn)生并發(fā)射超聲波，在測量管件5的出水端內(nèi)設置的另一超聲波換能器2沿著水流相反的方向產(chǎn)生并發(fā)射超聲波，兩個超聲波換能器2相互接收對方發(fā)出的超聲波信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，通過導線傳輸給控制器12，依據(jù)超聲波在水中的順流傳播時間與逆流傳播時間之差與被測流體的流速關(guān)系，得到水的流速，從而計算出水的流量。安裝在采暖系統(tǒng)熱水管路進水口和出水口的上第一溫度傳感器31和第二溫度傳感器32分別采集進水溫度和出水溫度，并轉(zhuǎn)換成電信號傳送給控制器12，由控制器12計算出采暖熱量的耗用量。用戶可根據(jù)需求調(diào)節(jié)溫控器7上的溫度調(diào)節(jié)按鈕75，單片機74接收到該信息后， 以通訊方式傳輸給控制器12，控制器12結(jié)合單片機74發(fā)出的信息發(fā)出控制指令，動力傳動機構(gòu)62在控制器12的指令下對調(diào)節(jié)球閥62進行實時調(diào)節(jié)，以滿足用戶的需求。
權(quán)利要求1.一種預付費溫控超聲波熱量表，包括表體(1)、測量管件(5)、閥門調(diào)節(jié)機構(gòu)、流量測量機構(gòu)和溫度測量機構(gòu)，所述流量測量機構(gòu)和溫度測量機構(gòu)與所述表體(1)通過數(shù)據(jù)線相接，在所述流量測量機構(gòu)中設置有超聲波換能器(2)，在所述溫度測量機構(gòu)中設置有用于檢測用戶采暖系統(tǒng)進、出水溫度的第一溫度傳感器(31)和第二溫度傳感器(32)，其特征是， 所述表體(1)包括底盤(11)，固定于所述底盤(11)上的固定安裝部(111)，以及鉸接在所述固定安裝部(111)上并有0—100°轉(zhuǎn)幅的活動顯示部(112);所述表體(1)通過連接板(4) 安裝在所述測量管件(5)上；在所述活動顯示部(112)中裝有控制器(12)和主顯示屏(14)，在所述固定安裝部 (111)中裝有IC卡信息采集器(8)和電源模塊(13)，所述控制器(12)分別與所述IC卡信息采集器(8)、所述主顯示屏(14)、所述電源模塊(13)、所述超聲波換能器(2)、所述第一溫度傳感器(31)和所述第二溫度傳感器(32)電連接；所述超聲波換能器(2)分別設置在所述測量管件(5)的進水端口和出水端口內(nèi)，在所述測量管件(5)中裝有導流架(51 )，在所述導流架(51)的兩端分別裝有與所述超聲波換能器(2)配合工作的反射體(52);所述閥門調(diào)節(jié)機構(gòu)包括調(diào)節(jié)球閥(61)和動力傳動機構(gòu)(62)，所述調(diào)節(jié)球閥(61)設置在所述測量管件(5)上，所述動力傳動機構(gòu)(62)安裝在所述底盤(11)上，并與所述調(diào)節(jié)球閥(61)相連接；所述動力傳動機構(gòu)(62)與所述控制器(12)電連接，用于在所述控制器(12) 的指令下對所述調(diào)節(jié)球閥(61)進行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預付費溫控超聲波熱量表，其特征是，在上述超聲波熱量表中還包括有溫控器(7)，與所述控制器(12)電連接，用于對室內(nèi)采暖溫度進行設定和控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預付費溫控超聲波熱量表，其特征是，所述溫控器(7)包括有電連接的控制電路(72 )、單片機(74 )和第三溫度傳感器(73 )，還包括有設置在所述溫控器 (7)的殼體(71)上的溫度調(diào)節(jié)按鈕(75)、節(jié)能控制按鈕(76)和溫度顯示屏(77);所述溫度調(diào)節(jié)按鈕(75)和所述節(jié)能控制按鈕(76)電連接在所述單片機(74)的輸入端，所述溫度顯示屏(77)電連接在所述單片機(74)的輸出端，所述單片機(74)通過通訊接口與所述控制器(12)進行數(shù)據(jù)通訊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的預付費溫控超聲波熱量表，其特征是，所述控制器 (12)包括有微處理器(124)，用于數(shù)據(jù)處理；報警模塊(121)，與所述微處理器(124)相接，用于檢測預付費用的余額和所述電源模塊(13)的電池電壓，并在預付費余額或電池電壓到達下限時，發(fā)出報警信號；防凍裂控制模塊(122)，與所述微處理器(124)相接，用于根據(jù)采暖系統(tǒng)的出水溫度在所述微處理器(IM)的控制下對所述調(diào)節(jié)球閥(61)進行開度控制；以及自潔控制模塊(123)，與所述微處理器(124)相接，用于在所述微處理器(IM)的控制下對所述調(diào)節(jié)球閥(62)進行開關(guān)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的預付費溫控超聲波熱量表，其特征是，所述控制器的I/O端口設置有RS485接口和/或M-bus接口。
專利摘要本實用新型涉及一種預付費溫控超聲波熱量表，包括表體、測量管件、閥門調(diào)節(jié)機構(gòu)、流量測量機構(gòu)和溫度測量機構(gòu)，在表體的活動顯示部中裝有控制器和主顯示屏，在表體的固定安裝部中裝有IC卡信息采集器和電源模塊，控制器與IC卡信息采集器、主顯示屏和電源模塊等電連接；閥門調(diào)節(jié)機構(gòu)包括調(diào)節(jié)球閥和動力傳動機構(gòu)，動力傳動機構(gòu)在控制器的指令下對調(diào)節(jié)球閥進行控制。本實用新型在控制器的統(tǒng)一控制下，將溫度和流量的采集、調(diào)節(jié)球閥的開度與開關(guān)控制、預付費用的扣除、以及溫度的調(diào)節(jié)和控制等各項功能有機地集成在一起，實現(xiàn)了用戶耗用熱量的計量計費信息采集、供暖溫度信息采集、室內(nèi)溫度信息采集以及預付費用等的集中管理和智能控制。
文檔編號G07F15/06GK202150149SQ201120239128
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者張美林 申請人:張美林