（测试计量技术及仪器专业论文）智能低功耗无磁热量表的研制.pdf

摘要 本文设计了一种用于计量一定采暖期内用户消耗热量的智能低功耗无磁热量表。该 热量表主要由流量传感器、配对温度传感器、计算显示器( m c u 和l c d ) 三部分构成。 城市集中供热的能源浪费及不合理的按住宅面积收费问题日益突出，已经制约了城 市集中供热的进一步发展。热量表是实施城市供热体制改革，推行按热量收费的关键设 备，对热量消耗全部智能计算，以用户实际耗用热量为计量收费依据。热量表作为热力 公司向每位住户收费的依据和手段，不仅已广泛被用户所接受，而且由于用热量与费 用直接相关，也加强了住户的节能意识。用热量表进行热计量更为科学、更为合理，既 方便用户，又便于管理。而本课题研究的目的就是为人们提供种能够准确测量热量消 耗，解决收费难的智能仪表。 本文介绍的无磁热量表利用自己设计的l c 振荡器作为流量传感器，p t l 0 0 0 作为温度 传感器，分别将流量信号和温度信号经比较、放大、a d 转换成电信号输出；利用t i 的 1 6 位d g p 4 3 0 f 1 3 5 单片视测量数据，计算流量、热量，判断各种故障：利用e e p r o m - 9 3 c 4 6 存储重要数据，以防止掉电数据丢失；最后利用字符型液晶显示热量、流量、温度以及 各种故障信息和用户信息等，此外，本设计还对功耗进行了分析讨论，给出了软硬件设 计方案。 本文设计的无磁热量表数据观察方便且易于操作、低功耗、高精度、通用性强、性 能可靠，达到国家2 级表标准，能为用户和管理部门提供准确的耗热信息。 关键词：无磁热量表：单片机：低功耗；热量；温度传感器；流量传感器 a b s t r a c t t h i s p a p e ri n t r o d u c e s al o w - p o w e rn o n - m a g n e t i ch e a tm e t e rt h a tm e 勰u r e sh e a t c o n s u m p t i o no fu s e ri nh e a t i n gp e r i o d t h i sh e a tm e t e rm a i n l yc o n s i s t so ff l o ws e n s o r , t e m p e r a t u r es 0 1 o r sa n dm c u t h ep r o b l e mo fe n e r g yw a s t ea sr e s u l to fu r b a nc e n t r a lh e a t i n ga n du n r e a s o n a b l cc h a r g e a c c o r d i n gt ot h ea r e a si so u t s t a n d i n gd a yb yd a y t h i sp r o b l e mh a sa l r e a d yr e s t r i c t e dt h ef l m e t d e v e l o p m e n to fu r b a nc e n t r a lh e a t i n g t h eh e a tm e t e ri sc r u c i a le q m p m e n tw h i c hi m p l e m e n t s s y s t e n lr e f o r mo fu r b a nh e a ts u p p l ya n dc h a r g e sa c c o r d i n gt oh e a t i tm e a s u r e sa n dc h a r g e so n t h eb a s i so ft h eu s e rc o n s u m p t i o nh e a ta c t u a l t h ea d m i n i s t r a t i o na d o p th e a tm e t e rt om e a s u r e h e a tt h a tn o to n l yf a c i l i t a t e st h eu s e r s ，b u te a s yt om a n a g e t h ep u r p o s eo fr e s e a r c h i n gt h e s u b j e c t t oo f f e ru s g t sak i n d o fi n t e l l i g e n c ei n s l a - u m e n tt h a tc a na c c u r a t e l ym e a s u r eh e a t c o n s u m p t i o na n ds o l v et h ed i f f i c u l to f c h a r g i n g t h eh e a tm e t e rt h a tt h i sp a p e ri n t r o d u c e da d o p t sl co s c i l l a t o ra st h ef l o ws e n s o r , p t l 0 0 0 a st e m p e r a t u r es e n s o r t h es i g n a lo ff l o wa n dt e m p e r a t u r ei ss e p a r a t e l ym a g n i f i e da n dc o m p a r e d t os e n dm c u t h em c u a d o p t sm s p 4 3 0 f 1 3 5 ，i ti su s e df o rm e a s u r i n gd a t a , c a l c u l a t i n gf l o w a n dh e a ta n dj u d g i n gv a r i o u sk i n d so ft r o u b l e s t h ei m p o r t a n td a t aa l es t o r e di n e e p r o m 9 3 c 4 6t oa v o i dl o s i n g a l li n f o r m a t i o nm a yb ed i s p l a y e do nl c d b e s i d c s ，w e a n a l y s ea n dd i s c u s st h ec o n s u m p t i o n , a n da l s og i v eo u tt h ep l a no fs o f t w a r ea n dh a r d w a r e d e s i g n t h eh e a tm e t e rt h a tw ed e s i g n e dh a sm a n yv i r t u e s ，s u c ha sl o w - p o w e r , h i 业a c c u r a c y , e a s y t oo p e r a t e ，s t r o n gc o m m o n a b i h t ya n dr c h a b l ep e r f o r m a n c e t h i sh e a tm e t e rr e a c h e ss e c o n d s t a n d a r di nt h ec o u n t r ya n di tc a l lo f f e rt h ea c c u r a t eh e a tc o n s u m p t i o ni n f o r m a t i o nf o rt h eu s e r s a n da d m i n i s t r a t i v ed e p a r t m e n t k e yw o r d s ：n o n m a g n e t i ch e a tm e t e r ；, s i n g l ec h i pm i c y o c o ；l o w p o w e r ；, h e a t ；t e m p e r a t u r e s e n s o r ；f l o ws e n s o r 智能低功耗无磁热量袭的研制 1绪论 目前我国城镇住宅的用水、电、燃气已基本做到按户计量收费，取得了极好的节能 效果。随着供暖收费制度的改革和改变供暖收费难这一被动局面的需要，实现供暖“按 户计量、分户控制”势在必行川。户用热量表是供暖商品化必不可少的工具，它的开发 也是建筑节能的一项重要措施，它的普遍应用必将促进供暖事业的发展。 1 1 热量表概述 热量表是能够测量热水的流量与供回水温差，计算二者乘积并进行累计的仪表( 羽。 个完整的热量表由三个部分组成：流量传感器，用以测量流经热交换系统的热水流量； 配对温度传感器，分别狈4 量供暖进水和回水温度；计算显示器，根据与其相连的流量传 感器和温度传感器提供的流量和温度数据，通过热量公式计算出用户从热交换系统获得 的热量【3 】。一般都显示输出总耗热量、总耗水量、瞬时热量、瞬时流量、供回水温度、 温差、最高温度、时间等参数【4 】。其技术参数还有存储数据性能、传输数据性能、寿命 与可靠性、自备电源或电池等。 按照热量表计量原理( 流量测量方式) 的不同，户用型热量表可以分为叶轮式、涡 轮式、压差式、电磁式、超声波式等种类净】。这类仪表可直接测得热量，属必须校正的 仪表。因为它的价格较贵，不可能按房间来安装，一般都是按户来安装，对居民用户通 常都是采用小型的，标准流量为0 6 立方米4 , 时的热量表。这类仪表按照制作标准所 匹配的温度传感器精度，在标准流量情况下，采暖的给回水温差在o o 表示系统从外界吸收热量，确切的说，系统通过热传递方 式从外界获得了能量，内能增加；q o 表示系统向外界放热，确切的说，系统通过热 传递方式向外界输出能量，内能减少。 如果封闭系统的状态变化不仅是热传递，还伴随着做功，而这时外界对系统做功为 职系统内能增量为e ，则系统从外界吸热妒一研矾或经历初、终两态闰无穷 小的过程，吸热变为d q = d u d w ，因此在一般情况下，封闭系统所吸收的热量等于 系统内能的增量与外界对系统所做功之差。 由此我们知道，在图3 1 所示的计热系统中，热量的能量变化和机械功会影响到系 统的状态，若采用不可压缩的液体作为热载体( 如水) ，则机械功可忽略。能量的交化 量等于比焓变化量。 在r 时间内，热载体带入系统的能量( 磊棚) 是比焓和质量流量孙 k g s 的函数： e 扩l q 。h 。d t 其中，h j k g 是温度为弓【 时的比焓值： h t ? = 毫c p ( t ) d t ( 3 - 1 ) ( 3 2 ) 其中，g j k g c 是一定压力下的比热熔系数，它是温度的函数。 在r 时间内，热载体释放的的能量为： 疋。= 【b d t ( 3 3 ) 系统的耗热量q j 是由输入、输出能量差决定的，即； q 2 j ( 弓一惋) 饥 ( 3 4 ) 式( 3 4 ) 就是由理论 2 6 】推出的热量表精确计热原理的数学模型。 在实际应用中，无法像理论那样进行精确的计算，只能用乘积代替积分、用温差代 替焓变来近似计算热载体带走的热量总数。在图3 1 所示系统中，通过的热载体体积可 以由流量计测的。在这里我们用体积流量g 玎m s 】代替质量流量如，即： g ，= p q r ( 3 - 5 ) 智能低功耗无磁热量表的研制 式中肼碚m 3 为介质密度。 流量计的脉冲数量与流经的热水体积啊m 3 成正比，即： v = n h v ( 3 6 ) 式中i 1 为脉冲个数，h , , e m 3 为流量计的参数。因此热量g 可以通过下面的公式计算， o = n h p p ( h n h c ) ( 3 7 ) 如果我们把p 和印视为恒量，那么q 可以写成如下形式： q = n h ，疋( 0 一t ) ( 3 8 ) 这里的k 是热焓修正系数，等于比热熔与密度的乘积。在以前的系统设计中，曾作