【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及温度测量及热量计量，具体涉及一种室内温度超声波热量表测量系统以及相关方法。
技术介绍
1、随着能源管理的日益重要，准确测量室内热量消耗对于合理利用能源、实现节能减排目标具有关键意义。传统的热量表测量技术在精度、稳定性以及对复杂室内环境的适应性等方面存在一定局限性。超声波热量表作为一种新型的热量计量设备，具有精度高、无机械磨损等优点，但目前的超声波热量表在室内温度测量及热量计算方面仍有待进一步优化，以满足更加精准、高效的室内热量计量需求。常见的传统热量表产品包括机械式热量表、电磁式热量表、涡街式热量表等，一些知名的传统热量表品牌及产品有兰吉尔热量表、卡姆鲁普热量表、真兰热量表、慧怡热量表、天罡热量表、爱拓利热量表、西门子热量表、埃创热量表等。
2、机械式热量表：这是一种较为传统的热量计量表，通过机械结构来测量热水流量和温度变化，进而计算热量消耗。其原理是利用水流推动机械叶轮转动，叶轮的转动圈数与水流量成正比，再结合温度传感器测量的进出水温度差来计算热量。例如，一些早期的供热系统中会使用这种机械式热量表进行热量计量，但它存在机械磨损、精度易受水质影响等缺点。
3、电磁式热量表：利用电磁感应原理来测量水的流量，再结合温度测量来计算热量。电磁式热量表的测量精度相对较高，但对安装环境和水质有一定要求，且成本也相对较高。在一些对热量计量精度要求较高的场所，如大型商业建筑、工业厂房等，会使用电磁式热量表。
4、涡街式热量表：基于卡门涡街原理测量水的流量，再结合温度差信息计算热量。它在一定程度上
5、不同品牌的传统热量表产品虽各有特点，但总体在面对日益复杂的室内供热环境以及更高的热量计量精准度、稳定性、适应性等要求时，逐渐暴露出一些不足，为本专利技术的提出提供了改进和创新的空间。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种室内温度超声波热量表测量系统以及方法，所述系统，包括超声波换能器、温度测量探头、信号处理单元、微控制器以及显示单元，所述温度测量探头设置为两个，分别用于采集供热管道进水口和出水口附近的温度，所述系统采用基于双探头温度补偿的超声波热量测量算法或基于自适应滤波的超声波信号处理算法进行热量计算，并且还包括一个可测量室内外温度的测温探头，该测温探头通过长度在3米到10米的软线与热表连接。
2、进一步的，所述基于双探头温度补偿的超声波热量测量算法包括：测量超声波在顺流和逆流方向上的传播时间，根据温度对超声波传播速度的影响建立温度补偿模型，结合温度补偿后的超声波传播速度以及流体流速计算室内供热系统的热量消耗。
3、进一步的，所述基于自适应滤波的超声波信号处理算法包括：采用自适应滤波算法对原始超声波信号进行处理，通过不断调整滤波器权系数使输出信号尽可能接近理想信号，基于滤波后的超声波信号计算室内供热系统的热量消耗。
4、进一步的，所述温度测量探头还用于实时监测室内环境温度，且所述系统将室内环境温度数据融入到热量计算算法中。
5、进一步的，所述系统采用模块化设计，各模块包括超声波换能器模块、温度测量探头模块、信号处理单元模块、微控制器模块以及显示单元模块，便于维护和升级。
6、另一方面本专利技术还提供了一种室内温度超声波热量表测量方法，包括以下步骤：
7、(1)系统初始化；
8、(2)温度数据采集；
9、(3)超声波信号采集与处理；
10、(4)热量计算；
11、(5)结果显示。
12、进一步的，所述温度数据采集步骤中，采集的温度包括供热管道进水口温度、出水口温度以及室内环境温度和室内外温度。
13、进一步的，所述超声波信号采集与处理步骤中，采用自适应滤波算法对原始超声波信号进行处理。
14、进一步的，所述热量计算步骤中，按照基于双探头温度补偿的超声波热量测量算法或基于自适应滤波的超声波信号处理算法计算室内供热系统的热量消耗。
15、进一步的，所述结果显示步骤中，将计算得到的热量消耗以及相关温度值显示在显示单元上。
16、有益技术效果：
17、本专利技术通过上述解决方案以及完善的系统架构和测量方法流程，实现了室内温度超声波热量表测量的高精度、高稳定性和高适应性，具有以下有益效果：
18、1.提高了热量计量精度：通过双探头温度补偿机制、自适应滤波处理超声波信号以及综合考虑多种因素的热量计算模型等创新点，能够更准确地测量超声波传播时间、流体流速以及温度差等关键参数，从而提高了室内供热系统热量计量的精度。
19、2.增强了系统稳定性：实时监测室内环境温度并将其融入到算法中，以及采用模块化设计便于维护和升级，使得系统能够更好地适应室内复杂的温度变化环境，降低了系统故障的可能性，增强了系统的稳定性。
20、3.提升了系统适应性：本专利技术的测量系统和算法能够适应不同的不同的室内供热系统工况，无论是温度波动较大的情况还是存在噪声干扰的情况，都能有效地进行热量计量，提升了系统的适应性。
21、4.便于用户使用：显示单元直观地显示热量消耗值、温度值等相关信息，方便用户了解室内供热系统的运行情况，提高了用户体验。
22、5.实现公平合理热计量收费：新增的可测量室内外温度的测温探头及“户表热计量，温差热分摊”模式，使得热计量收费更加符合实际热量使用情况，提高了收费的公平性和合理性，同时也促进了用户的节能意识。
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1.一种室内温度超声波热量表测量系统，其特征在于，包括超声波换能器、温度测量探头、信号处理单元、微控制器以及显示单元，所述温度测量探头设置为两个，分别用于采集供热管道进水口和出水口附近的温度，所述系统采用基于双探头温度补偿的超声波热量测量算法或基于自适应滤波的超声波信号处理算法进行热量计算，并且还包括一个可测量室内外温度的测温探头，该测温探头通过长度在3米到10米的软线与热表连接。
2.根据权利要求1所述的室内温度超声波热量表测量系统，其特征在于，所述基于双探头温度补偿的超声波热量测量算法包括：测量超声波在顺流和逆流方向上的传播时间，根据温度对超声波传播速度的影响建立温度补偿模型，结合温度补偿后的超声波传播速度以及流体流速计算室内供热系统的热量消耗。
3.根据权利要求1所述的室内温度超声波热量表测量系统，其特征在于，所述基于自适应滤波的超声波信号处理算法包括：采用自适应滤波算法对原始超声波信号进行处理，通过不断调整滤波器权系数使输出信号尽可能接近理想信号，基于滤波后的超声波信号计算室内供热系统的热量消耗。
4.根据权利要求1所述的室内温度超声波
5.根据权利要求1所述的室内温度超声波热量表测量系统，其特征在于所述系统通过超声波换能器在供热管道内发射和接收超声波信号，测量超声波在顺流和逆流方向上的传播时间t1和t2，根据超声波传播原理，在静止流体中，超声波传播速度v与流体流速u存在如下关系:其中L为超声波在管道内传播的路径长度,通过测量t1和t2，计算出流体流速u；建立温度补偿模型已知超声波在介质中的传播速度v与温度T近似满足以下关系:v(T)＝vo(1+α(T-To)),其中vo是在参考温度T下的超声波传播速度，α是温度系数，分别计算在进水温度Tin和出水温度Tout下的超声波传播速度vin和vout，根据热星计算公式Q＝mcAT,其中Q为热量，m为流体质量流量，c为流体比热容，AT＝Tin-Tout，结合前面计算得到的流体流速u以及通过温度补偿后的超声波传播速度vin和vout,计算出质量流量m，进而准确计算出室内供热系统的热量消耗Q。
6.一种室内温度超声波热量表测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的室内温度超声波热量表测量方法，其特征在于，所述温度数据采集步骤中，采集的温度包括供热管道进水口温度、出水口温度以及室内环境温度和室内外温度。
8.根据权利要求6所述的室内温度超声波热量表测量方法，其特征在于，所述超声波信号采集与处理步骤中，采用自适应滤波算法对原始超声波信号进行处理。
9.根据权利要求6所述的室内温度超声波热量表测量方法，其特征在于，所述热量计算步骤中，按照基于双探头温度补偿的超声波热量测量算法或基于自适应滤波的超声波信号处理算法计算室内供热系统的热量消耗。
10.根据权利要求6所述的室内温度超声波热量表测量方法，其特征在于，首先，超声波换能器采集原始超声波信号x(n)，同时温度测量探头采集相关温度数据；接着将原始超声波信号α(n)输入到自适应滤波器中，按照上述自适应滤波模型和LMS算法进行信号处理，得到滤波后的输出信号(n)；然后，根据滤波后的信号准确测量超声波传播时间参数，并结合温度数据计算热量消耗Q；最后，将热量消耗Q的结果显示在显示单元上。
...【技术特征摘要】
1.一种室内温度超声波热量表测量系统，其特征在于，包括超声波换能器、温度测量探头、信号处理单元、微控制器以及显示单元，所述温度测量探头设置为两个，分别用于采集供热管道进水口和出水口附近的温度，所述系统采用基于双探头温度补偿的超声波热量测量算法或基于自适应滤波的超声波信号处理算法进行热量计算，并且还包括一个可测量室内外温度的测温探头，该测温探头通过长度在3米到10米的软线与热表连接。
2.根据权利要求1所述的室内温度超声波热量表测量系统，其特征在于，所述基于双探头温度补偿的超声波热量测量算法包括：测量超声波在顺流和逆流方向上的传播时间，根据温度对超声波传播速度的影响建立温度补偿模型，结合温度补偿后的超声波传播速度以及流体流速计算室内供热系统的热量消耗。
3.根据权利要求1所述的室内温度超声波热量表测量系统，其特征在于，所述基于自适应滤波的超声波信号处理算法包括：采用自适应滤波算法对原始超声波信号进行处理，通过不断调整滤波器权系数使输出信号尽可能接近理想信号，基于滤波后的超声波信号计算室内供热系统的热量消耗。
4.根据权利要求1所述的室内温度超声波热量表测量系统，其特征在于，所述温度测量探头还用于实时监测室内环境温度，且所述系统将室内环境温度数据融入到热量计算算法中。
5.根据权利要求1所述的室内温度超声波热量表测量系统，其特征在于所述系统通过超声波换能器在供热管道内发射和接收超声波信号，测量超声波在顺流和逆流方向上的传播时间t1和t2，根据超声波传播原理，在静止流体中，超声波传播速度v与流体流速u存在如下关系:其中l为超声波在管道内传播的路径长度,通过测量t1和t2，计算出流体流速u；建立温度补偿模型已知超声波在介...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘旸，于福源，刘振，
申请(专利权)人：北京爱神永生科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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