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超低功耗无线超声波热能表设计王晓俊,等
超低功耗无线超声波热能表设计
Design of the Wireless Ultrasonic Heat Energy Meter
with Ultra-low Power Consumption
王咤後徐凯周杏鸥
(东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室,江苏南京210096
摘要:针对国内现有无线热能表存在功耗大、射频穿透能力弱和信息不全等问题,基于超声波流量测量技术和433MHz射频通信
技术,研究设计了一款超低功耗无线超声波热能表。该热能表采用电源的动态调节和流量驱动无线发送模式,在降低无线通信功耗
的同时不丢失计量信息。该表年均工作电流低于14uA,一节内置2800mA的锂电池可工作20个采暖期,这为无线热能表的大面积
推广应用克服了技术障碍。
关键词:热能表超声波流量测量无线通信电池供电低功耗
中图分类号:P216+
文献标志码:A
Abstract: Aiming at the demerits of existing domestic wireless heat energy meters, e.g., high power consumption, weak Rfpenetrate ability
and incomplete information, based on ultrasonic flow measurement and 433 MHZ RF communication, the wireless ultrasonic heat energy meter
with low power consumption is researched and designed. By adopting dynamic power adjustment and flow driven wireless transmission mode, the
power consumption is reduced while the metering information is not lost. The average operating current of each year is lower than 14 HA, so the
meter can work 20 years with only one piece of built-in 2 800 MA Lithium battery. This overcomes the technical obstacles for wide popularization
of wireless heat energy meters
Keywords: Heat energy meter Ultrasonic flow measurement Wireless commumication Battery power supply Low power consumption
表具有十分重要的应用价值。本文针对该仪表的系统
设计方案及其关键技术展开深入讨论。
超声波热能表因其精度高、压损小、寿命长等特
点,在我国北方广大采暖城市被大规模应用。为提高
无线超声波热能测量原理
维护效率和信息管理水平,热力管理部门迫切需要対1.1超声波热能表测量原理
热能表实现区域网络化管理。这不仅要求热能表具有
超声波热能表测量原理是将2只配对的热电阻
高准确度、高可靠性和极低功耗等特点,同时还要求其Pt1000分别安装在热交换回路(散热器)的进水和回
具有便捷可靠的通信组网能力。
水管道上,用于测量进回水温度;将1对超声波换能器
目前,绝大多数的热能表均采用基于MBUS或以型结构安装在进水管道端,基于超声波时差法原
RS-485总线的有线组网方式』。随着应用规模的扩大,理得到瞬时体积流量q-?,其表达式如下。
其布线复杂维护困难等缺点逐渐显现并难以解决,而
K
采用短距离无线通信技术的热能表因其可较好地克服
I4 21cos6
这一缺点,现已成为热能表的发展趋势。无线热能表一式中:K,为流量修正系数;c为声速;6为人射角;L为
般采用ZgBe无线通信技术2-』,其穿透能力弱,对网超声波从人射点到反射点的传播距离;D为管径;△
络环境具有较高的要求,且难以实现1节内置电池连续为超声波在顺、逆流的传播时间差。
工作6年的需求,因而存在较大的局限性。因此,研究
由微处理器根据采集得到的流量和温度信息,通
具有高精度、极低功耗、强穿透能力的无线超声波热能过计算得到热水经过热交换系统所释放的实际热量
值”-,其表达式如下。
苏省产学研联合创新资金计划资助项目(编号:BY2010140)。
修改稿收到日期:2011-04-07。
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第一作者王晥俊(1975-),男,2007年毕业于东南大学检測技术与
自动化装置专业,获博士学位,讲师;主要从事自动化仪表、精密測量方
式中:Q为释放的热量,k;K为热修正系数,J/mi;p为水
面的研究
的密度,kg/m;q,为流经热能表的瞬时体积流量,m/s
PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vol 33 No. 3 March 2012
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