基于LoRa技術的無線液體流量計在寒區供暖系統的應用
點擊次數：2649 發布時間：2021-01-02 05:54:51
液體流量計是高精度、高可靠流量儀表，采用法拉*電磁感應定律設計而成，傳感器主要組成部分是：測量管、電極、勵磁線圈、鐵芯與磁軛殼體。流量計主要用于測量封閉管道中的導電液體和漿液中的體積流量。包括酸、堿、鹽等強腐蝕性的液體。該產品廣泛應用于石油、化工、冶金、輕紡、造紙、環保、食品等工業部門及市政管理，水利建設、河流疏浚等領域的流量計量。
基于 LoRa 技術的無線流量計在液體流量計內部安裝 LoRa無線數傳模塊數據發送端，在用戶計算機設備上接入 LoRa 無線數傳模塊數據接收端，并配套軟件。這種流量計極大地區別于傳統液晶顯示器流量計，具有其獨特的優勢：投入成本低，擴展靈活性大，跨越空間阻礙。它可以將流量計所測數據**傳遞到管理人員的計算機終端。一名管理人員足不出戶就可以在其辦公室內實現對整片供暖區域的監測管理。基于 LoRa 技術的無線流量計是物流網技術在供暖系統的創新性應用。由于其具有數據傳輸的即時性和快捷性，這種流量計在寒區供暖系統中具有廣泛的應用前景。
1 無線流量計的工作原理
1.1 基本結構
1.1.1 將磁場設置到液體流量計的管道兩端，依據法拉*電磁感應定律，當有液體在管道中流動時，相當于導體在做切割磁感線運動，會在兩個檢測電極上產生感應電勢，感應電勢的大小與流速成正比。液體流量計的密封性能好，而且測量過程中不與流體接觸，不影響流體的自由流動。液體流量計由流量傳感模塊和信號轉換模塊兩部分組成，傳感器可以將流量數據轉換為感應電勢，信號轉換器把電磁傳感器輸出的毫伏級電壓信號放大并轉換為可被工業儀表接收的標準直流電源，電壓或脈沖信號輸出，以便與儀器及調節器配合，實現流量的指示，記錄和運算。1.1.2 LoRa （Long Range），為低功耗廣域網（LowPowerWide Area Network） 通信技術的一種，LoRa 無線技術的出現，改變了關于傳輸距離與功耗的折中考慮方式，不僅可以實現遠距離傳輸，并且同時具備低功耗，低成本的優點，與 WiFi藍牙、ZigBee 等技術相比，真正實現了大區域物聯網低成本全覆蓋。LoRa 設備的傳輸距離在城鎮可達 2-5 千米，在郊區可達 15千米。LoRa 無線技術相比于 NB- U/ r 技術，特點更加突出，是更加適合企業部署的一種物聯網技術。LoRa 的覆蓋距離要比 NB- loT 更遠，抗干擾能力更強，由于低功耗采用空中喚醒技術，這比縮減數據幀更加具有實際意義，針對供暖管道的部署環境復雜，綜合考慮，LoRa 更適合在寒區供暖系統中使用。
1.2 工作原理。
基于 LoRa 技術的無線流量計由控制，計量，通信，電源，存儲五個模塊組成。以液體流量計為主體的計量模塊將采集到的供暖管道數據發送到通信模塊，基于 LoRa 技術的通信模塊將流量數據存儲并且發送到由管理人員監控的控制模塊，管理人員通過控制模塊和通信模塊向流量計發送指示。電源模塊是無線流量計的能源中心，可以為流量計的其他模塊提供動力支持。流量計安裝完畢后可在小區內形成控制網絡，網絡示意圖如圖 1 所示。
2 無線流量計的優勢
2.1 流量計內沒有可動部件，測量流體流量時無能量損失，無機械慣性，所測得流量數據受流量計本身影響較小，反應十分靈敏。
2.2 測量范圍廣，量程比大部分為幾十到一百比一，流速可測范圍為 0.3 到 10 米每秒。
2.3 流量計外接 LoRa 無線射頻模塊，可將流量數據通過無線信號傳送給幾公里范圍內的供暖管道管理人員。
2.4 LoRa 技術在同樣的功耗條件下比其他無線傳輸方式傳播的距離更廣，它在同樣的功耗下比傳統的無線射頻技術距離擴大三到五倍，真正實現低功耗和遠距離的統一。
2.5 安裝方便，施工簡單，克服了傳統電纜傳播信號的操作困難，安裝易受環境影響的缺點，更加適用于寒區復雜的小區供暖系統。
3 無線通信流量計的安裝
3.1 流量計安裝地點說明
3.1.1 傳感器不可安裝在供暖管道頂點水平管段上，管段*高處易集聚氣體，易形成負氣壓從而影響流量計所測數據的準確性；
3.1.2 避免將液體流量計安裝在電動機、變壓器和其他強電源附近，安裝位置應遠離強磁場，安裝位置附近應無動力設備或磁力啟動等；
3.1.3 安裝位置應使液體流量計盡量避免陽光直曬；
3.1.4 安裝時注意 LoRa 無線射頻模塊發送端與接收端的距離，距離不宜超過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 流量計安裝過程中注意事項
3.2.1 無線通信液體流量計結構為一個整體，安裝過程整體并不復雜，只是電氣和 LoRa 無線射頻模塊與計算機連接方面的要求較嚴格，過程較為繁瑣；
3.2.2 傳感器、轉換器、LoRa 無線射頻模塊、電腦軟件是成套包裝，配套使用，不可隨意更換；
3.2.3為了保證測量精度，在閥門、彎頭、變徑、三通等影響介質狀態穩定的管段上，流量計應安裝在前 10D 后 3D 的直管段，條件實在不能滿足時，上游直管段*少不能低于 5D。3.2.4 管路上的設置的手動閥或自動閥應安裝在流量計水流下游，避免由于水通過閥門時狀態發生變化，從而影響測量精度。
3.2.5 安裝時應保證流量計測管管道內充滿水，避免在管道內聚集氣泡，否則流量數據的精度會受到影響。
3.2.6 安裝完畢后，注意進行數據通信的調試，和 LoRa 軟件的兼容性測試。
4 無線流量計的故障分析
無線流量計在生產運行中常常會出現以下三類故障，*一類一是由于儀表本身故障造成的儀表指示錯誤，包括儀表的結構件或元器件損壞等；*二類是由于安裝過程沒有嚴格按照要求，儀表安裝環境或安裝不規范造成的故障，例如傳感器上下游安裝直管段不滿足要求，被測介質沒有充滿管道，測量環境存在電磁干擾等。三是 LoRa 無線模塊在工作時信號收到干擾，數據傳輸的穩定性收到影響。
針對*一類故障，*先要做到運輸和安裝過程中輕拿輕放，尤其注意保護流量計傳感器和 LoRa 無線射頻模塊這些精密的部分，在安裝完畢后注意做現場測試，在使用過程中注意及時檢修。*二類故障主要由安裝過程的不規范導致，針對這類故障，要確保安裝過程的每一步都嚴格按照安裝規范，注意上文中提到的常見問題。*三類故障往往是由于流量計信號發射端與接收端距離過長所致，因此為了確保數據傳輸的穩定，把使用距離限制在穩定距離內就顯得尤為重要。
結束語
基于 LoRa 技術的無線流量計將新型的物聯網技術與傳統的液體流量計相結合，這種智能流量計在寒區供暖系統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，提高了供暖效率，這種新型流量計必將在我國構建資源節約型社會進程中發揮重要作用。
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基于 LoRa 技術的無線流量計在液體流量計內部安裝 LoRa無線數傳模塊數據發送端，在用戶計算機設備上接入 LoRa 無線數傳模塊數據接收端，并配套軟件。這種流量計極大地區別于傳統液晶顯示器流量計，具有其獨特的優勢：投入成本低，擴展靈活性大，跨越空間阻礙。它可以將流量計所測數據**傳遞到管理人員的計算機終端。一名管理人員足不出戶就可以在其辦公室內實現對整片供暖區域的監測管理。基于 LoRa 技術的無線流量計是物流網技術在供暖系統的創新性應用。由于其具有數據傳輸的即時性和快捷性，這種流量計在寒區供暖系統中具有廣泛的應用前景。
1 無線流量計的工作原理
1.1 基本結構
1.1.1 將磁場設置到液體流量計的管道兩端，依據法拉*電磁感應定律，當有液體在管道中流動時，相當于導體在做切割磁感線運動，會在兩個檢測電極上產生感應電勢，感應電勢的大小與流速成正比。液體流量計的密封性能好，而且測量過程中不與流體接觸，不影響流體的自由流動。液體流量計由流量傳感模塊和信號轉換模塊兩部分組成，傳感器可以將流量數據轉換為感應電勢，信號轉換器把電磁傳感器輸出的毫伏級電壓信號放大并轉換為可被工業儀表接收的標準直流電源，電壓或脈沖信號輸出，以便與儀器及調節器配合，實現流量的指示，記錄和運算。1.1.2 LoRa （Long Range），為低功耗廣域網（LowPowerWide Area Network） 通信技術的一種，LoRa 無線技術的出現，改變了關于傳輸距離與功耗的折中考慮方式，不僅可以實現遠距離傳輸，并且同時具備低功耗，低成本的優點，與 WiFi藍牙、ZigBee 等技術相比，真正實現了大區域物聯網低成本全覆蓋。LoRa 設備的傳輸距離在城鎮可達 2-5 千米，在郊區可達 15千米。LoRa 無線技術相比于 NB- U/ r 技術，特點更加突出，是更加適合企業部署的一種物聯網技術。LoRa 的覆蓋距離要比 NB- loT 更遠，抗干擾能力更強，由于低功耗采用空中喚醒技術，這比縮減數據幀更加具有實際意義，針對供暖管道的部署環境復雜，綜合考慮，LoRa 更適合在寒區供暖系統中使用。
1.2 工作原理。
基于 LoRa 技術的無線流量計由控制，計量，通信，電源，存儲五個模塊組成。以液體流量計為主體的計量模塊將采集到的供暖管道數據發送到通信模塊，基于 LoRa 技術的通信模塊將流量數據存儲并且發送到由管理人員監控的控制模塊，管理人員通過控制模塊和通信模塊向流量計發送指示。電源模塊是無線流量計的能源中心，可以為流量計的其他模塊提供動力支持。流量計安裝完畢后可在小區內形成控制網絡，網絡示意圖如圖 1 所示。
2 無線流量計的優勢
2.1 流量計內沒有可動部件，測量流體流量時無能量損失，無機械慣性，所測得流量數據受流量計本身影響較小，反應十分靈敏。
2.2 測量范圍廣，量程比大部分為幾十到一百比一，流速可測范圍為 0.3 到 10 米每秒。
2.3 流量計外接 LoRa 無線射頻模塊，可將流量數據通過無線信號傳送給幾公里范圍內的供暖管道管理人員。
2.4 LoRa 技術在同樣的功耗條件下比其他無線傳輸方式傳播的距離更廣，它在同樣的功耗下比傳統的無線射頻技術距離擴大三到五倍，真正實現低功耗和遠距離的統一。
2.5 安裝方便，施工簡單，克服了傳統電纜傳播信號的操作困難，安裝易受環境影響的缺點，更加適用于寒區復雜的小區供暖系統。
3 無線通信流量計的安裝
3.1 流量計安裝地點說明
3.1.1 傳感器不可安裝在供暖管道頂點水平管段上，管段*高處易集聚氣體，易形成負氣壓從而影響流量計所測數據的準確性；
3.1.2 避免將液體流量計安裝在電動機、變壓器和其他強電源附近，安裝位置應遠離強磁場，安裝位置附近應無動力設備或磁力啟動等；
3.1.3 安裝位置應使液體流量計盡量避免陽光直曬；
3.1.4 安裝時注意 LoRa 無線射頻模塊發送端與接收端的距離，距離不宜超過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 流量計安裝過程中注意事項
3.2.1 無線通信液體流量計結構為一個整體，安裝過程整體并不復雜，只是電氣和 LoRa 無線射頻模塊與計算機連接方面的要求較嚴格，過程較為繁瑣；
3.2.2 傳感器、轉換器、LoRa 無線射頻模塊、電腦軟件是成套包裝，配套使用，不可隨意更換；
3.2.3為了保證測量精度，在閥門、彎頭、變徑、三通等影響介質狀態穩定的管段上，流量計應安裝在前 10D 后 3D 的直管段，條件實在不能滿足時，上游直管段*少不能低于 5D。3.2.4 管路上的設置的手動閥或自動閥應安裝在流量計水流下游，避免由于水通過閥門時狀態發生變化，從而影響測量精度。
3.2.5 安裝時應保證流量計測管管道內充滿水，避免在管道內聚集氣泡，否則流量數據的精度會受到影響。
3.2.6 安裝完畢后，注意進行數據通信的調試，和 LoRa 軟件的兼容性測試。
4 無線流量計的故障分析
無線流量計在生產運行中常常會出現以下三類故障，*一類一是由于儀表本身故障造成的儀表指示錯誤，包括儀表的結構件或元器件損壞等；*二類是由于安裝過程沒有嚴格按照要求，儀表安裝環境或安裝不規范造成的故障，例如傳感器上下游安裝直管段不滿足要求，被測介質沒有充滿管道，測量環境存在電磁干擾等。三是 LoRa 無線模塊在工作時信號收到干擾，數據傳輸的穩定性收到影響。
針對*一類故障，*先要做到運輸和安裝過程中輕拿輕放，尤其注意保護流量計傳感器和 LoRa 無線射頻模塊這些精密的部分，在安裝完畢后注意做現場測試，在使用過程中注意及時檢修。*二類故障主要由安裝過程的不規范導致，針對這類故障，要確保安裝過程的每一步都嚴格按照安裝規范，注意上文中提到的常見問題。*三類故障往往是由于流量計信號發射端與接收端距離過長所致，因此為了確保數據傳輸的穩定，把使用距離限制在穩定距離內就顯得尤為重要。
結束語
基于 LoRa 技術的無線流量計將新型的物聯網技術與傳統的液體流量計相結合，這種智能流量計在寒區供暖系統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，提高了供暖效率，這種新型流量計必將在我國構建資源節約型社會進程中發揮重要作用。