一體式預(yù)付費型超聲波熱量表的原理及設(shè)計

熱量表是供熱體系中的關(guān)鍵儀表。本文在介紹超聲波時差法流量及熱量測量原理的基礎(chǔ)上,采用低功耗的高性能單片機(jī)和高性能的信號處理專用芯片,解決了高精度超聲波傳輸時間測量及流體溫度測量問題,開發(fā)了超聲波熱量表。實驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有較高的測量精度、對管徑的適應(yīng)性強(qiáng)、非接觸流體、不會改變流體的流動狀態(tài)、不產(chǎn)生附加阻力、易于數(shù)字化管理等優(yōu)點,是理想的節(jié)能型熱量表。

現(xiàn)有超聲波熱量表方案大都采用專用集成芯片測量流量和溫度,然后通過單片機(jī)計算得到熱量。該方案使用簡單方便,但是成本高。該設(shè)計以低功耗單片機(jī)pic24fj128ga310為主要控制器,流量采用時差法原理進(jìn)行測量,使用ctmu模塊完成時間差的精確測量;溫度測量采用signa-deltaa/d方法。文中詳細(xì)介紹了ctmu的結(jié)構(gòu)、使用方法及測量校正方法,該方案大大降低了超聲波熱量表的成本,通過校驗臺測試,產(chǎn)品穩(wěn)定,性能滿足設(shè)計要求。

低功耗與高精度是熱量表的關(guān)鍵。本文設(shè)計了基于超低功耗單片機(jī)msp430系列為主要控制器和高精度tdc-gp21為主測量芯片的的小管道超聲波式熱量表。液晶漢顯,用戶界面良好。通信方式多樣,抄表方便。實驗表明,本設(shè)計具有超功耗低、精度高、對外界環(huán)境要求低,易于集中管理等優(yōu)點。

低功耗與高精度是熱量表的關(guān)鍵。本文設(shè)計了基于超低功耗單片機(jī)msp430系列為主要控制器和高精度tdc-gp21為主測量芯片的的小管道超聲波式熱量表。液晶漢顯,用戶界面良好。通信方式多樣,抄表方便。實驗表明,本設(shè)計具有超功耗低、精度高、對外界環(huán)境要求低,易于集中管理等優(yōu)點。

鑒于超聲波傳感器在管道上的安裝問題,設(shè)計了直通式管道,徹底解決了超聲波傳感器的入射角問題,采用高精度的時間測量芯片tdc-gp2解決了時差法的測量精度問題,并采用了當(dāng)前最流行的低功耗單片機(jī)msp430作為積算儀,通過軟件設(shè)置,使系統(tǒng)能以較低的功耗工作。

該文設(shè)計了一種低功耗高精度的超聲波熱量表。熱量表采用msp430作為mcu,使用時間測量芯片tdc-gp21來測量超聲波前向和后向傳播時間,利用熱敏電阻pt1000測量進(jìn)水口和出水口處溫度。文中從硬件設(shè)計入手,探討了熱量表的組成原理,并基于該硬件設(shè)計了熱量計算軟件。實際測試結(jié)果表明,該熱量表具有較高的計量精度和良好的穩(wěn)定性。

超聲波熱量表的安裝 超聲波熱量表 超聲波熱量表的安裝及注意事項: 配置:超聲波熱量表、測溫球閥、電動溫控閥、熱量表配套活接、過濾器、 手動球閥(或鎖閉閥)。 (1)熱量表、測溫球閥、電動溫控閥安裝示意圖 (2)施工條件 a)系統(tǒng)及過濾器雜質(zhì)排除干凈,管道系統(tǒng)中無雜質(zhì); b)安裝熱量表的環(huán)境中無漏水情況,相對空氣濕度不超過85%。 c)超聲波熱量表調(diào)試,必須要從過濾器排污,排污時將熱量表用塑料袋套住, 防止排污泄水導(dǎo)致熱量表進(jìn)水損壞。 (3)熱量表安裝 1、安裝位置:熱量表按設(shè)計安裝在進(jìn)水管(供水管)。電動溫控閥安裝在回水管 測溫球閥后。 a,熱量表要安裝在合適的位置,以便于操作、讀取與維護(hù)維修。 b,熱量表上的鉛封不能損壞。 c,安裝時應(yīng)嚴(yán)格要求,謹(jǐn)慎操作,防止人為損壞。 超聲波熱量表的安裝 d,超聲波熱量表可水平或垂直安裝,垂直安裝時,應(yīng)使進(jìn)

熱計量施工圖、說明 1 超聲波熱量表 超聲波熱量表的安裝及注意事項: 配置：超聲波熱量表、測溫球閥、電動溫控閥、熱量表配套活接、過濾器、 手動球閥（或鎖閉閥）。 (1)熱量表、測溫球閥、電動溫控閥安裝示意圖 (2)施工條件 a）系統(tǒng)及過濾器雜質(zhì)排除干凈，管道系統(tǒng)中無雜質(zhì)； b）安裝熱量表的環(huán)境中無漏水情況，相對空氣濕度不超過85%。 c）超聲波熱量表調(diào)試，必須要從過濾器排污，排污時將熱量表用塑料袋 套住，防止排污泄水導(dǎo)致熱量表進(jìn)水損壞。 (3)熱量表安裝 1.安裝位置：熱量表按設(shè)計安裝在進(jìn)水管（供水管）。電動溫控閥安裝在回水 管測溫球閥后。 a，熱量表要安裝在合適的位置，以便于操作、讀取與維護(hù)維修。 b，熱量表上的鉛封不能損壞。 c，安裝時應(yīng)嚴(yán)格要求，謹(jǐn)慎操作，防止人為損壞。 熱計量施工圖、說明 2 d，超聲波熱量表可水平或垂直安裝，垂直安裝時，應(yīng)使進(jìn)水方向由下進(jìn)水；

超聲波熱量表的持久性檢驗

超聲波熱量表的安裝

超聲波流量計、超聲波熱量表

按熱量計價收費將成為供熱供暖工作的重點;為此,對熱量計量裝置進(jìn)行了深入研究,提出了一種基于時差法的高精度超聲波熱量表設(shè)計方案;設(shè)計選用低功耗μpd78f0485單片機(jī)作為微控制器,結(jié)合高精度時間測量芯片tdc-gp21,將熱量計量主要參數(shù)溫度和流量的測量全部轉(zhuǎn)換成對時間的測量,簡化了測量指標(biāo),最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸功能;測試結(jié)果表明該超聲波熱量表測量精度達(dá)到了國家2級熱量表的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),具有一定的工程價值和良好的應(yīng)用前景。

本文提供了一種低功耗智能超聲波熱量表的實現(xiàn)方案，包括mcu以及分別與mcu連接的液晶顯示電路，紅外通信電路，按鍵，電壓轉(zhuǎn)換電路，電壓檢測電路，閥門，時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及mbus通信電路。時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采用tdc—gp21，其上分別連接有熱敏電阻和超聲波換能器。mcu與tdc—gp21均具有低功耗的優(yōu)勢，同時，tss721a是用于儀表總線的收發(fā)器集成芯片，對從機(jī)不增加功率需求，總線可無極性連接，綜合使得整機(jī)的功耗更低，延長熱量表的電池壽命，間接降低了整表對于電池的需求成本。

超聲波熱量表安裝原則 一、管段式超聲熱量表安裝原則 1.直管段要求 熱量表的安裝位置、被測管道的狀態(tài)均對測量精度有影響，因此選擇滿足下 列條件的場所。 ?上游側(cè)10d，下游側(cè)5d以上的直管段；若安裝管道遇到縮管、擴(kuò)管、 彎頭等阻流連接件時，請選擇合適的安裝位置。 ?上游側(cè)30d以內(nèi)，確保無擾動流動的因素（泵、閥、節(jié)流孔等）。 最短直管段長度表（d為公稱直徑） 超聲波熱量表安裝原則 2.建議安裝位置 ?首選液體向上（或斜向上）流動的豎直管道，其次是水平管道，盡量避 開液體向下（或斜向下）流動的管道，防止液體不滿管。 ?安裝位置不要選在管道走向的最高點，防止管道內(nèi)因有氣泡聚集而造成 測量不正常（如下圖所示）。 安裝位置示意圖 ?熱量表在水平管道上安裝時，儀表面板要保持水平，特殊情況需要傾斜 時，傾斜角度不超過30°。 ?管段式超聲熱量表具體安裝方法因熱表種

設(shè)計以超低功耗單片機(jī)msp430f4371為主要控制器的小管道熱量表。采用高精度時間測量芯片tdc-gp21實現(xiàn)溫度測量并通過超聲波實現(xiàn)管道液體流量測量;采用m-bus和紅外實現(xiàn)通信并數(shù)據(jù)加密,可實現(xiàn)現(xiàn)場手持儀抄表和遠(yuǎn)程抄表;采用漢顯,方便居民查看。通過校表臺試驗,本產(chǎn)品功耗低、誤差小于1%且穩(wěn)定。

針對供熱系統(tǒng)分戶式熱量計量要求,設(shè)計了一種基于相差積分法的超聲波熱量表。主要介紹了相差積分法的超聲波流量測量原理和實現(xiàn)方法,以及方案中所涉及到的熱量計算、溫度測量原理等;根據(jù)測量要求,設(shè)計了以msp430f437為控制核心的硬件測試電路。由于熱量表需用電池供電,為了保證熱量表的長期運行,在硬件和軟件上都進(jìn)行了低功耗設(shè)計。最后,對整個系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)機(jī)調(diào)試和測試實驗,并對流量測量結(jié)果作了簡單的誤差分析。

為解決戶用超聲波熱量表對熱量的高精度計量,在對戶用超聲波熱量表流量測量方案及工作原理分析基礎(chǔ)上,提出應(yīng)用時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器tdc-gp21實現(xiàn)時間和溫度的高精度、低功耗測量方案,并且完成了以msp430低功耗單片機(jī)為核心的系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計,實現(xiàn)了高精度、低功耗、低成本的戶用超聲波熱量表設(shè)計。該方案所體現(xiàn)的設(shè)計思路不僅適用于戶用超聲波熱量表,對其它大口徑、大流量超聲波熱量表同樣具有參考意義。

分析超聲波熱量表流量測量原理及誤差產(chǎn)生原因,同時基于流體力學(xué)修正流量原理并結(jié)合大量實驗數(shù)據(jù)提出一種新的流量修正方法——查表法。實驗結(jié)果表明,用查表法修正流量后,測量誤差小于±2%,達(dá)到了超聲波熱量表二級表的國家標(biāo)準(zhǔn)。

為了延長超聲波熱量表的使用周期,設(shè)計了一種能夠自動降低功耗的超聲波熱量表。該設(shè)備采用智能測量頻率技術(shù),即根據(jù)檢測到的流速情況調(diào)節(jié)檢測頻率,從而達(dá)到降低功耗,延長電池壽命的目的,此外還簡單介紹了專門設(shè)計的數(shù)據(jù)采集模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、時鐘模塊和串口模塊。

從易于批量生產(chǎn)的角度設(shè)計了一款高精度超聲波熱量表。熱量表處理器選用低功耗cpu芯片msp430f4371,時間測量芯片選用了高精度的tdc-gp21,配合超聲波換能器測量水的流速,配合pt1000測量入水口和出水口的水溫?；碓O(shè)計為u型方案,此外系統(tǒng)留有紅外通信接口和m_bus接口兩種通信方式。測試結(jié)果表明,熱量表通過批量生產(chǎn)依然可以保持較低的功耗,具有較高的精確度和良好的穩(wěn)定性。

針對傳統(tǒng)熱量表測量時,由于流體在管道內(nèi)的流速隨截面分布的不同,流速大小亦不同,造成管壁上很容易結(jié)垢,信號逐漸衰減,高精度測量困難,使用壽命較短等缺點。本文將開發(fā)低功耗、高精度的熱量表融入其中,并將束流管件嵌入熱量表內(nèi),設(shè)計出一種超聲波熱量表束流管件。該管件能夠提高流場均勻分布、保證計量精度,降低機(jī)械加工難度,有效信號不易衰減,提高產(chǎn)品的使用壽命。

目前,供熱服務(wù)首要關(guān)心的是高精度的測量、計費和管理,因此設(shè)計出超低功耗、計量準(zhǔn)確的熱量表成為首要解決的問題。熱量屬于過程量,傳統(tǒng)的測量方法對過程計量的本身就存在較大的難度,而且存在測量誤差大、修正因素多等問題,對于小溫差、小流速流體,很難完成溫度的高精度測量;并且很多熱量表的功耗很大,無法滿足電池長時期驅(qū)動的要求。熱量表由流量計、配對溫度計和積算儀等部分組成,提出的基于msp430fw42x的熱量表能夠?qū)崿F(xiàn)功耗低、測量準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)存儲量大的特點,具有性能優(yōu)越、功能完善、使用范圍廣、長期使用穩(wěn)定性高、體積小巧、使用安裝便捷的特點。