基于LoRa技術(shù)的無(wú)線(xiàn)液體流量計(jì)在寒區(qū)供暖系統(tǒng)的應(yīng)用

液體流量計(jì)是高精度、高可靠流量?jī)x表，采用法拉*電磁感應(yīng)定律設(shè)計(jì)而成，傳感器主要組成部分是：測(cè)量管、電*、勵(lì)磁線(xiàn)圈、鐵芯與磁軛殼體。流量計(jì)主要用于測(cè)量封閉管道中的導(dǎo)電液體和漿液中的體積流量。包括酸、堿、鹽等強(qiáng)腐蝕性的液體。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、輕紡、造紙、環(huán)保、食品等工業(yè)部門(mén)及市政管理，水利建設(shè)、河流疏浚等領(lǐng)域的流量計(jì)量。
基于 LoRa 技術(shù)的無(wú)線(xiàn)流量計(jì)在液體流量計(jì)內(nèi)部安裝 LoRa無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊數(shù)據(jù)發(fā)送端，在用戶(hù)計(jì)算機(jī)設(shè)備上接入 LoRa 無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊數(shù)據(jù)接收端，并配套軟件。這種流量計(jì)*大地區(qū)別于傳統(tǒng)液晶顯示器流量計(jì)，具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：投入成本低，擴(kuò)展靈活性大，跨越空間阻礙。它可以將流量計(jì)所測(cè)數(shù)據(jù)**傳遞到管理人員的計(jì)算機(jī)終端。一名管理人員足不出戶(hù)就可以在其辦公室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)整片供暖區(qū)域的監(jiān)測(cè)管理。基于 LoRa 技術(shù)的無(wú)線(xiàn)流量計(jì)是物流網(wǎng)技術(shù)在供暖系統(tǒng)的創(chuàng)新性應(yīng)用。由于其具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)募磿r(shí)性和快捷性，這種流量計(jì)在寒區(qū)供暖系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。
1 無(wú)線(xiàn)流量計(jì)的工作原理
1.1 基本結(jié)構(gòu)
1.1.1 將磁場(chǎng)設(shè)置到液體流量計(jì)的管道兩端，依據(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律，當(dāng)有液體在管道中流動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于導(dǎo)體在做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，會(huì)在兩個(gè)檢測(cè)電*上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的大小與流速成正比。液體流量計(jì)的密封性能好，而且測(cè)量過(guò)程中不與流體接觸，不影響流體的自由流動(dòng)。液體流量計(jì)由流量傳感模塊和信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊兩部分組成，傳感器可以將流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電勢(shì)，信號(hào)轉(zhuǎn)換器把電磁傳感器輸出的毫伏級(jí)電壓信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換為可被工業(yè)儀表接收的標(biāo)準(zhǔn)直流電源，電壓或脈沖信號(hào)輸出，以便與儀器及調(diào)節(jié)器配合，實(shí)現(xiàn)流量的指示，記錄和運(yùn)算。1.1.2 LoRa （Long Range），為低功耗廣域網(wǎng)（LowPowerWide Area Network） 通信技術(shù)的一種，LoRa 無(wú)線(xiàn)技術(shù)的出現(xiàn)，改變了關(guān)于傳輸距離與功耗的折中考慮方式，不僅可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，并且同時(shí)具備低功耗，低成本的優(yōu)點(diǎn)，與 WiFi藍(lán)牙、ZigBee 等技術(shù)相比，真正實(shí)現(xiàn)了大區(qū)域物聯(lián)網(wǎng)低成本全覆蓋。LoRa 設(shè)備的傳輸距離在城鎮(zhèn)可達(dá) 2-5 千米，在郊區(qū)可達(dá) 15千米。LoRa 無(wú)線(xiàn)技術(shù)相比于 NB- U/ r 技術(shù)，特點(diǎn)更加突出，是更加適合企業(yè)部署的一種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。LoRa 的覆蓋距離要比 NB- loT 更遠(yuǎn)，抗干擾能力更強(qiáng)，由于低功耗采用空中喚醒技術(shù)，這比縮減數(shù)據(jù)幀更加具有實(shí)際意義，針對(duì)供暖管道的部署環(huán)境復(fù)雜，綜合考慮，LoRa 更適合在寒區(qū)供暖系統(tǒng)中使用。
1.2 工作原理。
基于 LoRa 技術(shù)的無(wú)線(xiàn)流量計(jì)由控制，計(jì)量，通信，電源，存儲(chǔ)五個(gè)模塊組成。以液體流量計(jì)為主體的計(jì)量模塊將采集到的供暖管道數(shù)據(jù)發(fā)送到通信模塊，基于 LoRa 技術(shù)的通信模塊將流量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并且發(fā)送到由管理人員監(jiān)控的控制模塊，管理人員通過(guò)控制模塊和通信模塊向流量計(jì)發(fā)送指示。電源模塊是無(wú)線(xiàn)流量計(jì)的能源中心，可以為流量計(jì)的其他模塊提供動(dòng)力支持。流量計(jì)安裝完畢后可在小區(qū)內(nèi)形成控制網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖 1 所示。

2 無(wú)線(xiàn)流量計(jì)的優(yōu)勢(shì)
2.1 流量計(jì)內(nèi)沒(méi)有可動(dòng)部件，測(cè)量流體流量時(shí)無(wú)能量損失，無(wú)機(jī)械慣性，所測(cè)得流量數(shù)據(jù)受流量計(jì)本身影響較小，反應(yīng)十分靈敏。
2.2 測(cè)量范圍廣，量程比大部分為幾十到一百比一，流速可測(cè)范圍為 0.3 到 10 米每秒。
2.3 流量計(jì)外接 LoRa 無(wú)線(xiàn)射頻模塊，可將流量數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳送給幾公里范圍內(nèi)的供暖管道管理人員。
2.4 LoRa 技術(shù)在同樣的功耗條件下比其他無(wú)線(xiàn)傳輸方式傳播的距離更廣，它在同樣的功耗下比傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)距離擴(kuò)大三到五倍，真正實(shí)現(xiàn)低功耗和遠(yuǎn)距離的統(tǒng)一。
2.5 安裝方便，施工簡(jiǎn)單，克服了傳統(tǒng)電纜傳播信號(hào)的操作困難，安裝易受環(huán)境影響的缺點(diǎn)，更加適用于寒區(qū)復(fù)雜的小區(qū)供暖系統(tǒng)。
3 無(wú)線(xiàn)通信流量計(jì)的安裝
3.1 流量計(jì)安裝地點(diǎn)說(shuō)明
3.1.1 傳感器不可安裝在供暖管道頂點(diǎn)水平管段上，管段*高處易集聚氣體，易形成負(fù)氣壓從而影響流量計(jì)所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；
3.1.2 避免將液體流量計(jì)安裝在電動(dòng)機(jī)、變壓器和其他強(qiáng)電源附近，安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)，安裝位置附近應(yīng)無(wú)動(dòng)力設(shè)備或磁力啟動(dòng)等；
3.1.3 安裝位置應(yīng)使液體流量計(jì)盡量避免陽(yáng)光直曬；
3.1.4 安裝時(shí)注意 LoRa 無(wú)線(xiàn)射頻模塊發(fā)送端與接收端的距離，距離不宜超過(guò)或接近安裝允許距離。
3.1.5 留足必要的安裝及檢修空間。
3.2 流量計(jì)安裝過(guò)程中注意事項(xiàng)
3.2.1 無(wú)線(xiàn)通信液體流量計(jì)結(jié)構(gòu)為一個(gè)整體，安裝過(guò)程整體并不復(fù)雜，只是電氣和 LoRa 無(wú)線(xiàn)射頻模塊與計(jì)算機(jī)連接方面的要求較嚴(yán)格，過(guò)程較為繁瑣；
3.2.2 傳感器、轉(zhuǎn)換器、LoRa 無(wú)線(xiàn)射頻模塊、電腦軟件是成套包裝，配套使用，不可隨意更換；
3.2.3為了保證測(cè)量精度，在閥門(mén)、彎頭、變徑、三通等影響介質(zhì)狀態(tài)穩(wěn)定的管段上，流量計(jì)應(yīng)安裝在前 10D 后 3D 的直管段，條件實(shí)在不能滿(mǎn)足時(shí)，上游直管段*少不能低于 5D。3.2.4 管路上的設(shè)置的手動(dòng)閥或自動(dòng)閥應(yīng)安裝在流量計(jì)水流下游，避免由于水通過(guò)閥門(mén)時(shí)狀態(tài)發(fā)生變化，從而影響測(cè)量精度。
3.2.5 安裝時(shí)應(yīng)保證流量計(jì)測(cè)管管道內(nèi)充滿(mǎn)水，避免在管道內(nèi)聚集氣泡，否則流量數(shù)據(jù)的精度會(huì)受到影響。
3.2.6 安裝完畢后，注意進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的調(diào)試，和 LoRa 軟件的兼容性測(cè)試。
4 無(wú)線(xiàn)流量計(jì)的故障分析
無(wú)線(xiàn)流量計(jì)在生產(chǎn)運(yùn)行中常常會(huì)出現(xiàn)以下三類(lèi)故障，*一類(lèi)一是由于儀表本身故障造成的儀表指示錯(cuò)誤，包括儀表的結(jié)構(gòu)件或元器件損壞等；*二類(lèi)是由于安裝過(guò)程沒(méi)有嚴(yán)格按照要求，儀表安裝環(huán)境或安裝不規(guī)范造成的故障，例如傳感器上下游安裝直管段不滿(mǎn)足要求，被測(cè)介質(zhì)沒(méi)有充滿(mǎn)管道，測(cè)量環(huán)境存在電磁干擾等。三是 LoRa 無(wú)線(xiàn)模塊在工作時(shí)信號(hào)收到干擾，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性收到影響。
針對(duì)*一類(lèi)故障，*先要做到運(yùn)輸和安裝過(guò)程中輕拿輕放，尤其注意保護(hù)流量計(jì)傳感器和 LoRa 無(wú)線(xiàn)射頻模塊這些精密的部分，在安裝完畢后注意做現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在使用過(guò)程中注意及時(shí)檢修。*二類(lèi)故障主要由安裝過(guò)程的不規(guī)范導(dǎo)致，針對(duì)這類(lèi)故障，要確保安裝過(guò)程的每一步都嚴(yán)格按照安裝規(guī)范，注意上文中提到的常見(jiàn)問(wèn)題。*三類(lèi)故障往往是由于流量計(jì)信號(hào)發(fā)射端與接收端距離過(guò)長(zhǎng)所致，因此為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定，把使用距離限制在穩(wěn)定距離內(nèi)就顯得尤為重要。
結(jié)束語(yǔ)
基于 LoRa 技術(shù)的無(wú)線(xiàn)流量計(jì)將新型的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)的液體流量計(jì)相結(jié)合，這種智能流量計(jì)在寒區(qū)供暖系統(tǒng)中的使用大大提高了供暖管道管理人員的工作效率，把以前繁瑣的暖氣檢修工作變成工作人員在電腦前的操作，大大減少了資源浪費(fèi)，提高了供暖效率，這種新型流量計(jì)必將在我國(guó)構(gòu)建資源節(jié)約型社會(huì)進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。

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