供暖热量测量方法的分析.doc

河北科技师范学院2014届本科毕业设计供暖热量的测量方法分析作者：钟林辉ABSTRACT:In thecentral heatingand central air-conditioninguse chargingprocess,stillin accordance with the construction areacalculation,thismethod has not been suitable to the management of the marketrequirements,there is an urgent need for appropriatecalculation of theconsumption of energy users,in order to safeguardthe interests of both theuserand heating,but nowidely usedthesimilarinstruments.This is because theheat measurementis difficult,thesimilarappearance anddevelopmentlimited.KEY WORDS：Central ait-conditioning Calrimeter Application摘要：在集中供暖和中央空调使用收费过程中，目前仍按照建筑面积计算，该方法已不适应市场化管理的要求，迫切需要对用户消耗的热量进行相应的计算，以维护用户和供暖双方的利益，但目前未见该类似仪表的广泛应用。这是由于热量计量存有困难，使该类似仪表和开发收到限制。关键词：中央空调 热量计 应用一 概述 在理论上，热流率的测量在稳定流动中可以归结为流体质量流量与其温度差以及定压比热的乘积，即：在实验中对热流率的测量主要采取直接法，并假设流体定压比热恒定不变，即简化为质量流率与其温差的测量，要对热量进行计量就必需连续对热流率进行测量并累加求和。该类计量仪表的研究对供暖通风，能源利用，实验研究等领域具有重要意义，但该类仪表的开发研究比较困难，要实现对热量的精确计量，只有充分发挥微型计算机的软硬件结合优势，实现对小流量，小温差的测量以及数据的存储，计算，显示等一系列功能。本文充分发挥单片微机系统具有易开发，功能强，体积小，价格便宜等特点，开发了一套热量计量仪，实验证明该系统具有稳定性好，精确度高，功能强，自动化程度高，易用于维护保养等特点。二 热量的测量 在热能工程及材料科学的研究和生产工程中对热量的测量一般采用间接法，该类仪表大多仅是对热流进行测量，目前工业化的产品有辐射式热流计，热阻式热流计等，该类仪表均需实验标定仪表常数，存在误差大，测量滞后的缺点，本文以热量理论计算式的离散化方程式为基础，充分利用MCS51单片机系统具有易开发，软硬件结合的优势，实现了热量的智能化计算，结合热量测量的难点，使该智能化仪表很好的实现了以下功能：（1）温差的测量：该功能由两级放大电路，A/D转换电路，有关采集软件完成。（2）小流量的测量：主要靠磁电感应元件将流量信号转化为标准频率信号，由MCS51单片机及有关采集软件，实现频率信号的累计计算。（3）热量的累计计算以及数据的存储功能：主要有软件和相应的寄存器来完成。（4）断电保护功能，系统由于外部断电：重要数据将被写入有关存储器并保持，系统自备电源将开始工作，并开始记录断电开始时间以及来电时间，来电后将自动断电时间累加后存入外置RAM内存储。为实现仪表的以上功能，系统硬件主要由以下模块组成：由单片机MCS51为主附加外部晶振电路以及复位电路组成的基本模块，电源模块，放大及A/D转换模块，外置RAM及电压监控模块，外置时钟及流量测量模块，键盘及显示模块等。其中各模块的组成以及主要实现的功能如下：单片机MCS51为主组成的基本模块式该系统的核心部分，主要完成系统采集到的数据进行相关处理，协调其他模块的工作，使整个系统步调一致的工作，使整个系统步调一致的工作，选用的芯片是8051型单片机，具有5个中断，4K的ROM程序存储器，使用极为方便而设计的，与键盘的功能复位相连。系统电源模块：主要完成向系统供5V标准直流工作电压，包括系统中单片机，运放。LCD显示以及A/D转换的工作电压以及标准比较电压等均由此电源提供，该电源的精密程度对整个系统的影响极大，主要有变压器，整流电路，稳压管和比较电路组成，该电源输出的电压由6.5位的KEITHLEY2000多功能表测量得到其输出范围可稳定在：4.9999-5.0001V，其精确度是极高的，作为基准电压对系统造成的误差可以忽略不计。外置RAM及电压监控模块：外置RAM主要完成对重要数据的存储，尤其在系统掉电的情况下对所采集的热量进行存储以及掉电时间进行记忆，便于管理，其主要芯片是X24C45，该芯片具有非易失性，便于在线写入等特点。电压监控电路主要完成功的功能是：在主电源失效时将备用电池自动接入电路，当主电源恢复时将备用电池断开，以达到保存系统数据的目的，主要芯片是INP708，该芯片带有看门狗定时器以及降压检测的P监控电路。外置时钟即流量测量模块：主要完成对单片机的运算提供时间记数以及断电时使用电池电源继续工作，为记录断电时间提供时间钟，主要芯片是DSI302，属于点滴式充电记时芯片，流量测量电路主要完成流量信号的转换及测量，流体流动经过磁电感应器，光电耦合器等转换成频率信号与流量的对应常数的标定，及最小流量的影响。三 热量计的应用 随着流量的增大，无论是水表还是热量计测量的流量值越来越精确，其中对热量计和水表而言都存在着启动最小流量，但热量计的启动流量要比水表的启动流速要小，分析认为：主要是热量计的启动阻力比水表要小的多。在热量计流量大于启动流速后，其总体误差小于4%，这一精确度满足集中供暖和中央空调系统对热量计量的精确度要求。热量计的启动流速较小，随着流速的增大的测量相对误差在减小，当流速大于0.9m/s后，水表的测量相对误差小于热量计测量相对误差，这与测量误差的来源不同有关，热量计工作流速大于启动流速后，误差主要来自流量变送器和温度测量的误差，基本上是恒定的，但总体相对误差不大于4%，实验结果表明：该系统达到了设计要求。四 总结 本文针对热量过程中存在的问题，开发了一套热量计量系统，以满足集中供暖和中央空调系统的热量计量，具有广阔的市场前景，该系统的开发成功对集中供暖和中央空调系统的市场管理具有重要意义。该系统具有：智能化程度高，性能稳定，精确度高，功能齐全，易于安装等特点；经试验校验表明：（1）该系统具有启动流速小的特点，启动流速小于0.2629m/s，比水表启动的流速小；而在正常流速下，其总体误差小于4%，这一精确度满足集中供暖和中央空调系统的热量计量的精确度要求。（2）该系统充分利用单片机具有易开发等特点，充分利用其强大的软件处理及数据采集运算能力，实现了纯机械系统无法实现的功能，达到自动记录，处理，显示数据等智能化要求，自动修正测温误差等功能。降低了硬件成本，有利于市场化。（3）外置ROM，电源监控以及外置时钟，电源设置，使单片机系统具有内外资源结合利用，在停电的情况下系统自动转入计时，为集中供暖，中央空调的管理提供了极大的便利，数据的存储等功能得到了强化，完全实现了自动化。（4）该系统还具有运行部件少，使用寿命长，功耗低，易维护和改型，可以满足不同流量测量范围，易形成系列化生产，同时具有运行稳定，复现性好等特点。 参考文献 1.武汉力源电子器件用户手册，武汉：武汉力源电子股份有限公司，2000 2.吕崇德，姜学智，杨献等，热工参数测量与处理，北京：清华大学出版社，19903.王仁祥.电力新技术概论M.北京.中国电力出版社，2009.4.戈东方.电力工程电气设计手册.第1册.电气一次部分M.北京：中国电力出版社，1989.5.姚志松，姚磊，中小型变压器实用手册M。机