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新天热量表的独有技术

一、新天热量表的独有技术
1、电池可用年限长。
    第一理由,技术:新天的表拥有以下几项独有技术:
    1) 智能表的零功耗触发电路
    2) 一种智能降耗节电的热量表
    3) 一种超低功耗的红外智能热计量技术
    具体来说,在冬季,新天表可以根据水流速度的不同自动的调节功耗,进行智能降耗。其他季节,新天表启动零功耗电路。综合起来,由于采用了以上的三项独有技术,新天表的平时功耗小于3μA,比世界同行业热表的功耗低3倍,超低微功耗技术使新天热表的电池使用寿命大大提高。
    第二理由,工艺:新天的表的电池在进货后,对每只电池都经过70度的24小时的储存,再经过24小时的常温储存,如此往复3次,合计144小时的老化试验后,再拿出千分之一的电池进行放电试验,只有证据证明144小时老化后的电池的容量仍然达到电池的标称值2.0AH,这样才投入仪表的使用。这种新天自创的电池检验方法,加上公司拥有的美国福禄克公司的电池综合性能检测仪的检验,使得新天表中的电池个个稳定可靠。
    第三理由,实践:各位知道,在IC卡水表领域,自2000年开始,新天的表一直安装的最多,目前是中国第一品牌,已经有400万只在运行。在无线水表领域,自2001年开始,新天的表也一直在安装使用,目前已经有80万只在运行。2010年5月份,新天专门对8年~10年的表进行了更换电池的售后工作,拆回来的电池经过放电试验,电量还剩余30~40%(0.6AH~0.8AH),对比新的电池的2.0AH的总电量,我们完全可以推测出来,新天的表的电池可以使用12年以上。
2、长期泡水可工作的技术
    新天公司生产的智能表电路全部采用环氧树脂密封胶灌封技术,电池采用硅胶灌封技术,阀门电机、齿轮箱、显示屏采用透明真空密封技术,新天的智能表中无任何外漏线头和接插件。这一点打开热量表看一下电路一切皆会明白。新天的热量表另一个独特的地方在于甚至连任何按键都没有,也是为了彻底地防潮防水。新天的智能表的防水、防潮、防尘性能远远高于IP68的标准,由于新天的热表还采用了双层密封技术,因此新天的表不仅浸泡在水中可正常工作。而且在100米水中长期潜水可以正常工作。
    新天的表的防水技术如下:
    1)、智能表防水防潮模块化结构
    2)、一种电池封装外壳及方便更换电池的表壳结构
    3)、一种防水型电动阀门
    4)、悬浮防锈电动球阀
3、无线数码侦听技术(机械式表)
    热量表最早是在欧洲发源的,因为欧洲的管道中的水质较好,对热量表的要求条件没有那么苛刻。
    而在中国,一方面,管道的水质较差,目前的供热系统水质较差,管道的水中存在大量的氧化、铁锈。目前的热量表,大都含有磁性传动机构(比如韦根传感器),氧化、铁锈会吸附在磁性元件上,日积月累,磁性元件会越来越厚,误差就会逐渐增大,传动会逐渐失效。另一方面,管道中的水温温度较高,磁性元件在高温中会逐渐失去磁性是一个物理学的基本原理。
    因此,中国的热量表必须要比欧洲国家做得更好,我公司的热量表最早采用全真全无磁传感器新型检测技术。
    无线数码侦听专利技术,克服了上述困难,可有效防止铁锈和高温对热量表的影响。其基本原理是,机械机构向电子数字的转换,转动的叶片一半是尼龙,一半是不锈钢,在表腔的外部,采用类似地雷探测技术的电感自激振荡器技术,当下方是尼龙时,自激振荡的正旋信号波形不衰减,当下方是不锈钢时,自激振荡的正旋信号波形衰减,根据波形是否衰减,从而判断出轮子是否转动,这就是无线数码侦听流量采样技术的基本原理。
    由于采用了无线数码侦听流量采样技术,新天的热量表彻底摆脱了磁传动的原理,新天热量表无机械齿轮,无磁性元件、无永磁材料、无磁性传感器,耐磨、耐腐蚀,新天的热量表可以在任何脏水、长期热水中可靠运行。由于采用了此项独有的技术,新天的热表大量地出口到了欧洲。
4、防堵塞技术
    新天机械式热量表采用单流束基表,进水管道和出水管道类似于直通结构,所以表在有杂质的水中不会发生堵塞的现象。
新天超声波热量表采用特殊的反射式直通换能器骨架技术,类似于直通结构,所以表在有杂质的水中不会发生堵塞的现象。
    同时为了绝对可靠解决堵塞问题,新天热量表的进水口和出水口都加有钢质滤网,保证100%不会堵塞。
5、水垢自动清洗技术(超声波表)
    超声波表的不治之症是什么呢?看看各位家里的水壶,里边沉积了厚厚的水垢;再看看各位喝茶的水杯,里面是薄薄的一层隔膜。超声波表有一对换能器,还有一对反射片,换能器和反射片安装在表中的管段中,管段中的冬季供暖的热水是浑浊的,不仅可以在换能器和反射片结下水垢,而且可以附着一层隔膜,水垢和隔膜将阻断超声波信号的发射、传输和接收,三年后会结水垢,三年后表就会失效。
    有的厂家采用现场可拆除擦洗的结构,但是每隔三年上门清洗一次工作量何其大?
    有的厂家宣称特殊结构可产生特殊水流自动清洗换能器和反射片,明白人分析可知真伪!
    有的厂家宣称超声会自动清洗水垢,如果真是这样,何必现场可擦洗?何必产生特殊水流?
    超声波表的水垢问题是不治之症吗?不是的,新天的特殊的低频谐波气泡产生技术彻底解决了热水结垢的世界性难题。
    在以上电路基础上,通过程序控制,新天的热量表的微处理器会每隔一个月定时发出特殊频率的低频的谐波,使换能振荡信号,通过超声波换能器转换成超声波传播到介质(水)中,超声波在水中的辐射,使液体震动而产生数以万计的微小水泡,这些水泡在超声波纵向传播形成的负压区产生、生长,而在正压区迅速闭合,在这种被称为空化效应的过程中,微小水泡闭合时可产生超过1000个大气压的瞬间高压。连续不断产生的瞬间高压,就像一连串小爆炸一样不断冲击物件表面,使物体表面及缝隙中的污垢迅速剥落,从而达到清洗物件的目的。
6、电子电路三层隔热技术
    热量表的电子电路装在供热管段的上方,由于供热管段的温度较高(冬季供暖时最高可达到90°C),高温可以加速电子器件的老化和失效,这是微电子物理学的一个基本原理。
    目前市场上的热量表,基本上都存在这样的问题。这也是大多数厂家的表,刚出厂时效果还可以,几年后就会故障的原因之一。
    新天的热量表,电子电路和供热管段之间采用三层的隔热技术。
    第一层,电子电路在一个腔里,供热管段在另外一个腔里。
    第二层,两个腔之间专门留出了隔离空间。对于机械式热量表,隔离空间的高度约5mm,用于空气对流;对于超声波热量表,两个腔之间可以掀开,隔离空间更大。
    第三层,电子电路采用防潮且隔热的环氧树脂全密封灌装。
  由于采用三层的隔热技术,新天热量表的电子电路工作在最理想的常温环境下,新天的热量表的寿命和长期可靠性大大提高。实验证明,如果供热管段的温度为90°C,室温20°C,新天的热量表的电子电路的工作环境温度为25°C。
7、误差长期稳定技术
    新天热量表的准确度可以达到1级 (证书为2级,河南省不办理1级表许可证)
    新天热量表的误差可以做到10年一致性好,准确度不改变。
    新天热量表之所以可以做到一次检验合格率达到100%,且可以做到十年之内误差不会变化,是基于新天的流量数字修正自动补偿技术和红外自动校准的技术。
    1)、一种红外方式智能热量表校准装置和方法 
    2)、一种流量数字修正自动补偿测量装置 
    3)、红外自动校准热量表嵌入式软件 
8、测温线开路、短路、破坏时继续计量的技术
    新天的温度探头、流量传感器的信号线采用一种数字信号和模拟信号相混叠的技术,两根信号线上,平时传递的是经过模拟调幅的数字信号,数字信号用于准确地计量脉冲,数字信号幅值反应的是开路、断路、攻击、表损坏等信息。
    因此新天的表可以做到:
    1)、开路、短路、破坏自动记录和报警
    2)、开路、短路、破坏时启动模拟技术,继续进行热量计量,避免热力公司的损失。
    3)、进水温度探头和出水温度探头接反照样可准确计量热量。
    新天热量表隔热技术基于以下技术:
    实用新型, 开路、断路、攻击或表损坏自动诊断技术
9、数据自动纠错技术
    新天系列产品采用的技术措施为:增大固态存贮器的容量,把所有数据一模一样地同时存放在五个不同的地方(多处存贮技术),读取数据时,同时从五处读取,然后对读取的五处数据进行分析,只要其中的三处是相同的,就认为数据是有效的(数据表决技术),同时,对出现错误的数据进行纠错处理(自动纠错技术)。对于干扰的随机现象,这种方法可以有效的解决偶尔出现的数据混乱问题。由于干扰一般是随机现象,不可能同时干扰两处或两处以上的数据,因此我公司采用的类似数据多重备份的技术,显然可以有效地解决偶尔的数据混乱问题。
10、存储器寿命提高技术
    从事技术开发的人员都知道,固态存贮器的使用寿命为100万次(厂家宣称)。为此,我们专门做过测定,实际上其使用寿命大概为70万次。同时,我们也做过这样的测定,存贮器在前10万次使用时,数据工作最为可靠,之后就会偶尔发生不正常现象,也就是说存贮器在它的少年时代最为可靠。因此,我公司的产品采用的数据存贮设计原则是将每个存贮单元空间控制在10万次之内,最多存贮次数不超过10万次。为了解决这个问题,我们专门使用了一个存贮器指针,当使用次数超过10万次时,指针自动转向下一个新的存贮器,这样有效地减少了存贮单元的使用次数,提高了数据可靠性。
11、无线或有线远传技术(远传表)
    1)、有线远传超声波热量表
    新天有线远传超声波热量表采用M-BUS方式,目前国内的M-BUS总线技术最多带255块表(实际使用时考虑冗余后带64块)。新天的表采用抗共模干扰的电流源调制M-BUS技术,使功耗比传统技术降低了五倍。因此新天的采集器可以带1024块表(实际使用时考虑冗余后带255块),新天的采集器一台顶四台,技术在同行之间是最先进的。
    正是由于这种优势,新天的M-BUS抄表系统需要最少的采集器,因此在销售时,可以只收表的费用,对采集器实行免费政策,同时对用户来说,可以降低施工的耗材和工程费用,用户的各项开支将会节省10%。
    2)、无线远传超声波热量表
    新天无线远传超声波热量表采用自主研发的无线数据传输模块技术,超低功耗,传输距离远,不但可以实时抄取热量表数据,对于预付费超声波热量表还可以远程控阀。管理人员,只需通过上位机软件就可以对用户每块表的运行情况了如指掌。
    无线远传表实现实时数据抄取和阀控的难题是必须要求表的无线模块处于无线接收状态,由于超声波热量表都是采用电池供电,这样以来电量很快就会耗尽。为了解决这一难题,经过3年多的研究,新天创造性地发明了电磁唤醒技术,这项技术:平时超声波热量表处于微功耗状态,当系统抄表时,抄表设备向超声波热量表发送特定频率的电磁波,激活超声波热量表,使其处于数据通讯状态;当抄表结束后,智能表恢复到超低功耗的睡眠模式,从而达到降耗的目的。
    以下是远传超声波热量表用到的专有技术:
    1)、一种M-Bus主机接口装置 
    2)、便携式M-BUS直读表采集装置 
    3)、下行M-BUS、上行RF无线采集器
    4)、超低功耗的无线双向数传模块
    5)、一种基于磁唤醒方式的无线抄表控制系统 
    6)、一种基于磁唤醒方式的无线抄表系统  
12、悬浮球阀技术和电子式阀门到位检测技术(阀控表)
    我公司的电动球阀的球形阀芯与阀体之间采用悬浮式结构,具有“防抱死”的结构特点,控制电流大大降低,同时不会发生结垢、锈死现象可以有效利用自来水的表面张力及水压,在保证关阀密闭不漏水的前提下,阀芯与阀体之间留有缝隙,以悬浮式结构,可以实现压损小、磨损小、功耗小、防锈蚀、防堵塞的效果。一方面既提高了阀门的可靠性和寿命,另一方面又减少了IC卡水表电池的负载功耗,保证电池的使用寿命。
    IC卡水表的阀门能否可靠开关到位非常关键,这决定了IC卡水表的正常使用情况。国内很多生产厂家的IC卡表无法检测阀门开关到位与否,个别厂家的产品采用的是四线制机械式到位检测技术。我公司的电动阀门采用的是两线制电子式到位检测控制技术,两线制电子式到位检测方式结构简单,可靠性高。当阀门转到位时,驱动电流突然增大,微单片机自动判断阀门的驱动电流,并自动停机。如果采用四线制机械式到位检测方式,当阀门转到位时,碰撞机械触点,从而实现停机。很显然,这种方式结构复杂,可靠性差,不能防水、防锈,容易误动作。
    两线制电子式到位检测控制技术在确保阀门可靠开关到位的同时,又减少了电池不必要的电能浪费,提高了电池的使用寿命。超声波热量表通过射频卡读写电路以无线方式与射频IC卡空间进行数据传输和交换。无磨损和机械触电,全密封,防水、防潮,防攻击;采用悬浮球阀技术,阀芯与阀体之间采用悬浮式结构,具有“防抱死”、防锈蚀、防结垢功能,提高了阀门工作的可靠性。
    1)、一种非接触式IC卡 
    2)、悬浮防锈电动球阀 
    3)、可在低电压下工作的射频卡读写电路
    4)、分段式悬浮电动球阀 
13、非接触IC卡技术(卡表)
    射频卡是一种非接触IC卡,通过无线方式,空间进行数据传输和数据交换。采用射频卡技术的优点:第一,没有任何机械触点,因此没有磨损和腐蚀的问题;第二,因为电路可以做成全密封,因此有效地解决了防潮、防水的问题;第三,因为可以做成无任何外露电极,因此可以有效地抗击外部的强电干扰。
14、工业级元器件,保证可靠使用20年技术
    为降低成本,大多数厂家选择民用级的原器件,甚至有的厂家采用的甚至是劣质的的原材料。新天的目标是成为世界智能表领域的领导者。新天不是为今天做产品,新天是为十年后、二十年后做产品。
    智能表这个行业的特殊性,使我们认识到,我们必须买最好的元器件,必须买最贵的元器件。新天公司认为:从长期的、发展的、战略的角度考虑,用最贵最好的元器件制造的成本最高质量最好的产品,才是最让客户满意最赚钱的产品。
    自成立之日起,新天始终坚持的就是这样的理念。所以十年来,仅仅一根根电线,新天做到了一直使用采用日本OKI原厂制造而从不改变,对于所有的元器件,新天做到了一直使用工业界的进口器件。在超声波热量表这个领域,新天充满了质量信心,新天对客户的承诺是:产品设计寿命30年,可靠使用20年,免费保修10年。
    2009年10月19号,建设部的著名技术专家刘百德了解了新天的研发、生产和技术后说:“原来我对中国的智能表的长期稳定性不是很有把握,看了你们的产品,我感觉心里有数了!”
    以下是新天的超声波热量表的一些器件和同行的对比:
    一般使用的电容可靠工作温度范围为-20℃-85℃,而新天的是-40℃-105℃。
    一般使用的电阻的温度系数是100 PPM/℃,而新天的是,温漂值为±30PPM/℃
    一般使用的集成电路是商业级的,温度范围为0℃-70℃,而新天的是工业级,温度范围为-40℃-85℃。
二、热量表基础知识
1、热量表的计算公式:
 热量表由流量计、配对温度传感器、积分仪三部分组成,在这三部分中配对温度传感器及 积分仪的技术相对比较成熟、稳定性较高,因此目前热量表的技术重点主要集中在流量计上,热量表精度等级的分类、热量表类型的区分都是以流量计为基础的。下面主要介绍各种结构的流量计在热量表中的应用。

            总耗热kwh=(进水温度℃—回水温度℃)×瞬时流量m3/h×K系数
    从上面公式可看出:热量值的计算必须知道三个数值:
    1)、K系数是指水在不同温度下所能携带热量能力的函数值,是一个有规律定量,
    2)、进出户水的温差℃(依靠温度传感器测量);
    3)、瞬时流量(依靠流量计测量):可分为机械式流量计、超声波式流量计
2、机械式热量表的分类
    机械式热量表的基本原理是水流推动叶轮的转动,叶轮转动的圈数与流量成正比,积分仪通过采集叶轮转动的圈数计算流量,由于叶轮的转动存在机械磨损,因此叶轮轴及轴套材质的选择决定了热量表的使用寿命,叶轮轴的材质主要有三种形式:1.纯不锈钢,主要应用于水表中,价格便宜,耐磨性很差;2.硬质合金,主要应用于单流或多流热量表中,耐磨性很好;3.不锈钢+硬质合金头,主要应用于多流热量表中,顶部耐磨性很好;

图片:

 

        顶部镶嵌硬质合金的不锈钢轴
    1).多流束热量表
图片:
 
结构:
 
   
特点:
多流束流量计热表,靠测定流量计中叶轮转动圈数来计算进户水量。工作时水是被分成多股从四周均衡地推动叶轮转动,因此叶轮轴的磨损主要集中在叶轮轴的顶部,可以使用镶嵌合金头的不锈钢轴及塑料轴套,可以相对降低成本。 
    2)
、单流束热量表
图片:
 
结构:
  

  
单流束热量表由于是直通结构,尽管成本高于多流束,但防堵塞性能极好,是新天机械式热量表的主流机型。
    3)
、螺翼式热量表
图片:
 
   
特点:适用于大口径热量表,计量性能优于防堵式热量表,防堵性能较差。这种结构普遍应用于目前的大口径热量表中。
    4)
、水车防堵式热量表
图片:
  
   
特点:适用于大口径热量表,在机械式热量表中防堵性能最好,但计量性能较差,启动流量高,流量范围小,一般只能达到1:25 。  
    新天的大口径热量表,既有旋翼式,也有水车式。高精度场合选用旋翼式,防堵塞场合选用水车式。
3、超声波式热量表的分类
    超声波热量表(Ultrasonic Heat meter)是在超声波流量计的基础上加上温度测量,由流体的流量和供、回水温差来计算出向用户提供的热量。其中流量测量部分是应用一对超声波换能器相向交替(或同时)收发超声波,通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速,再通过流速来计算流量的一种间接测量方法,如图1 所示。  

    图1:超声波时差法原理示意图 
    在图1 中我们看到有两个换能器,顺流换能器和逆流换能器,两只换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离,管线的内直径为D,超声波行走的路径长度为L,超声波顺流时间为T 上游,逆流时间为T 下游,超声波的传播方向与流体的流动方向加角为θ,流体的流动速度为V。由于流体流动的原因,是超声波顺流传播L 长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短,其时间差可用下式简化表示为:
 


    从而我们得到流体的速度与传播时间差的一个线性公式为:
 
    *其中
C 为声音在水中传播的速度。
    1)
.直射式超声波热量表
图片:
  
 
大口径结构:
 
小口径结构

 
   
特点:靠超声波顺水和逆水传播的时间差来测水量。适用于大口径热量表。
   
缺点: 
    (1)压损较大:直射式超声波热量表在小口径超声波热量表的应用中,相对于反射式超声波热量表压损较大; 
    (2)易滞留杂质:小口径直射式超声波热量表机构的特殊性,极易造成杂质在流量计中存留,致使压损增大和影响表计的正常计量;
    (3)使用寿命低:由于结构的原因有一只换能器正对着水流方向,特殊情况下可能会因水锤现象造成换能器寿命缩减;
  
   
优点: 
   
综合成本低。 
    2)
.反射式超声波热量表
图片:
 
    原理结构:

 
   
特点:靠超声波顺水和逆水传播的时间差来测水量。适合用于小口径热量表。是目前小口径热量表的主流结构,压损较低。
    缺点: 
    采购成本高:
原材料成本高于对射式; 
    优点: 
    压损较小:
反射式超声波热量表在小口径超声波热量表的应用中,相对于直射式超声波热量表压损较小;
    反射式超声波热量表优点较多,尽管成本高于对射式,是新天机械式热量表的主流机型。

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