CN103257002A

CN103257002A - 超低功耗智能控制高精度超声波热量表

Info

Publication number: CN103257002A
Application number: CN2013101624629A
Authority: CN
Inventors: 程波
Original assignee: SHENYANG CITY HANGYUXING INSTRUMENT CO Ltd
Current assignee: SHENYANG CITY HANGYUXING INSTRUMENT CO Ltd
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2013-08-21

Abstract

超低功耗智能控制高精度超声波热量表，包括超声波热量表、主控制器。所述的超声波热量表包括表体、支架、测量管、反射镜、换能器、积分仪。所述的支架装在表体内，测量管装在支架内，位于测量管两端设有与支架连接的反射镜，相对反射镜的上方表体内装设有换能器，表体顶端的表盘底座上装有仪表盒座，带有热能表探头的积分仪与仪表盒座一侧铰接。所述主控制器为MSP430F413单片机，设有电源模块、按键控制模块、存储模块、读写卡模块、红外通讯模块、MCU处理控制模块、韦根信号采集模块和液晶显示模块。本发明具有体积小、功耗低、精度高的优点。

Description

超低功耗智能控制高精度超声波热量表

技术领域

本发明涉及计量仪表技术领域，特别是涉及用于住房单元采暖的新型户用超低功耗智能控制高精度超声波热量表。

背景技术

目前，最接近本发明的已经存在的现有技术是天津金凤科技发展有限公司公开的一种超声波热量表（实用新型专利）。该表包括表体、反射片、设于表体接收口处的第一换能器和设于表体发射口处的第二换能器，表体的顶部的中部设有圆形开口，反射片通过螺栓固定于的圆形开口处，反射片的反射面的一侧延伸于表体内。通过将反射片螺装于表体顶部的中部的圆形开口处，当管道内由于长期使用结垢时，打开四个固定螺钉，取出不锈钢反射片进行清洗后安装好，达到了不用拆表即可使表继续使用的目的，通过将反射片的反射面的一侧延伸于表体内，反射片探入管道的一部分，可以有效解决气泡问题，达到准确计量的目的。

杭州富阳仪表总厂和杭州中导科技开发有限公司研制的一种低功耗热量表（实用新型专利）。该产品韦根信号采集模块采集管道中的流量信息，输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；温度测量模块采集分别采集进水温度和回水温度，输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；按键控制模块的输出端、液晶显示模块的输入端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接。存储模块、阀门控制模块、读写卡模块和红外通信模块分别与MCU处理控制模块的I/O口信号连接。按键控制模块包括按键K1，通过确认按键K1的按下次数分别使能读写卡模块或红外通信模块。采用Cortex-M3内核设计的32位单片机后，功耗更低。

天津市中天电子发展有限公司研制的超声波热量表（实用新型专利），包括表体、反射片以及设置在表体中的两个换能器，其特征在于：所述表体内壁上设有两个沉降孔，所述沉降孔与所述换能器相对应，沉降孔上安装有用于放置反射片的支撑柱。本实用新型的有益效果是:通过弃用占用管道空间较大的反射片支架，采用对管道流量影响较小的支撑柱用于放置反射片，大大降低管道压损，延长了表具的使用寿命，并有效防止由于支架变形导致水流产生紊流，影响到测流的准确性。

欧福数控技术（大连）有限公司研制的一种新型热量表（实用新型专利），包括液晶屏、机壳和探头，机壳上方设置有液晶屏，机壳一侧设置有探头，机壳表面设置有查询按键，机壳一端设置有磁卡插槽，机壳可以向上抬起。本实用新型安装于暖气管道的进水口，并且要求水平安装。探头用于测量热量。使用时，将磁卡插入机壳的磁卡插槽，使用查询按键，液晶屏上便会显示当时暖气管道的热量，为方便使用及读取数据，机壳可以向上抬起一定的角度。本实用新型的优点在于：安装方便、操作简单，价格便宜，实现每家每户的独立计费，机壳的设计人性化，方便阅读，磁卡插槽的设计，方便使用，省心省力。

技术问题：

目前，国内市场上的超声波热量表由于设计上的缺陷，常常造成压力增大堵塞，配件误差大影响计量的精确度；大多数表型普遍对检定和工作状态流量信号釆用不同数值的采样间隔时间（检定状态通常为1～2秒，而工作状态时通常为30～60秒）。这种较长时间“休眠”型的工作模式是假设“休眠”期间的载热流体流速是稳定且一成不变的工况作为工作原理而设计的，显然这种假设与实际工况有较大岀入，是以牺牲仪表精确度为代价的；把采样间隔时间设计为二个不同的状态（检定状态和工作状态），掩盖了这种工作模式给仪表工作性能带来的计量精确度不确定性，又逃避了被检定的风险，作为贸易结算的计量仪表这种工作模式的设计是很不妥当的，因为它隔断了计量标准的可追朔性，是有悖于计量法法规的；一些企业的超声波热能表大多釆用时差法单通道的超声波检测载热流体流速，是仅对超声波束通过流速场的那一局部采样检测流速﹙即点速采样﹚，取代整个流速场的流速，因此这种以点代面的检测流速的采样工作模式的假设前堤是整个流速场在一个截面上是均匀且稳定的，这种工作状态显然只有在检定装置上才有可能存在，现场工况是不太可能的，这就使超声波热能表在现场使用检测流速场的平均流速时岀现极大的偏差，从而为超声波热能表在现场使用的质量埋下了隐患；国内集中供热的水质比较特殊，不仅“硬度”较高，高温下极易结垢，而且存在各种颗粒状杂质（如磁化粒子，鉄屑杂质等）、少量的气泡、甚至会岀现“絮状物”等污染物。在这样比较特殊的集中供热水质现状下，目前集中供热安装使用的热量表(90%以上都是各种型号的超声波式热量表)，由于存在一些致命的质量隐患，已经出现了较大面积的耐久性可靠性质量问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种有效防止铁锈杂质对表的影响，无磁化传感，耐磨、耐腐蚀、防攻击，寿命长，提高测量精度和灵敏度的超低功耗智能控制高精度超声波热量表。

采用的技术方案是：

超低功耗智能控制高精度超声波热量表，包括超声波热量表、主控制器。所述的超声波热量表包括表体、支架、测量管、反射镜、换能器、积分仪。所述的支架装在表体内，支架两端以O型圈与表体密封，支架通过装入表体上端的定位销在表体内定位，定位销以紧定螺钉与表体固定，并通过定位销O型圈密封。所述测量管装在支架内，位于测量管两端设有与支架连接的反射镜，相对反射镜的上方表体内装设有换能器，并以换能器O型圈密封，换能器通过上端装有的垫环、端盖、上盖压紧，所述表体顶端连接表盘底座且为一个整体，表盘底座上装有仪表盒座，仪表盒座以十字槽盘头螺钉与上盖固定，通过表盘底座O型圈与仪表盒座密封，带有热能表探头的积分仪与仪表盒座一侧铰接，构成超声波热量表。

上述的主控制器为MSP430F413单片机，设有电源模块、按键控制模块、存储模块、读写卡模块、红外通讯模块、MCU处理控制模块、韦根信号采集模块和液晶显示模块。韦根信号采集模块采集测量管中的流量信息，韦根信号采集模块的输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；温度测量模块采集分别进水温度和回水温度，温度测量模块与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；按键控制模块的输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；液晶显示模块的输入端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；存储模块、读写卡模块和红外通信模块分别与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；电源模块为按键控制模块、读写卡模块、MCU处理控制模块和韦根信号采集模块提供电源。

本发明具有体积小、功耗低、精度高的优点，其支持USB通信方式，使用M-bus传送方式、并且实现了冷热设计重切换，为热量计量提供了新思路。

附图说明

图1为本发明超声波热量表示意图。

具体实施方式

超低功耗智能控制高精度超声波热量表，包括超声波热量表、主控制器。所述的超声波热量表包括表体1、支架2、测量管3、反射镜5、换能器7、积分仪18。所述的支架2装在表体1内，支架2两端以O型圈4与表体1密封，支架2通过装入表体1上端的定位销11在表体1内定位，定位销11以紧定螺钉13与表体1固定，并通过定位销O型圈12密封。所述测量管3装在支架2内，位于测量管3两端设有与支架连接的反射镜5，相对反射镜5的上方表体内装设有换能器7，并以换能器O型圈6密封，换能器7通过上端装有的垫环8、端盖9、上盖10压紧，所述表体1顶端连接表盘底座14且为一个整体，表盘底座14上装有仪表盒座16，仪表盒座16以十字槽盘头螺钉17与上盖10固定，通过表盘底座O型圈15与仪表盒座16密封，带有热能表探头的积分仪18与仪表盒座16一侧铰接，构成超声波热量表。所述主控制器为MSP430F413单片机，设有电源模块、按键控制模块、存储模块、读写卡模块、红外通讯模块、MCU处理控制模块、韦根信号采集模块和液晶显示模块。韦根信号采集模块采集测量管中的流量信息，韦根信号采集模块的输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；温度测量模块分别采集进水温度和回水温度，温度测量模块与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；按键控制模块的输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；液晶显示模块的输入端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；存储模块、读写卡模块和红外通信模块分别与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；电源模块为按键控制模块、读写卡模块、MCU处理控制模块和韦根信号采集模块提供电源。

本发明

Figure 2013101624629100002DEST_PATH_IMAGE001

采用了多次连续低压脉冲激发技术，极大地降低了超声工作时的功耗；设计了全新的不对称RC构成的双T选频滤波网络放大器作为自动增益放大器，保证了在回波信号不失真的情况下有效地滤除了干扰信号，放大了微弱的回波信号。

设计出独特的充放电电路用来问接测量超声波时差法方案，解决了小管径、低流速情况下计数器计时精度问题。采用了响应时间短、性能高的Ptl000热电阻作为温度传感器，解决了测温响应时差滞后较大的问题，同时使得测量信噪比提高了2～10倍。结合单片机自带的内部比较器以及以前的既有理论自创了类∑一△算法实现了高精度模数转换。

Figure 2013101624629100002DEST_PATH_IMAGE003

韦根信号采集模块采集管道中的流量信息，韦根信号采集模块的输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；温度测量模块采集分别采集进水温度和回水温度；按键控制模块的输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；液晶显示模块的输入端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；温度测量模块、存储模块、阀门控制模块、读写卡模块和红外通信模块分别与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；电源模块为按键控制模块、阀门控制模块、读写卡模块、MCU处理控制模块和韦根信号采集模块提供电源。

采用Cortex-M3内核设计的32位单片机后，比传统的430单片机处理能力更强,功

耗更低,低功耗模式下唤醒时间更短，大大减低了电路的功耗，静态工作电流小于4μA，一般工作电流小于12μA.延长了电池的使用寿命，达到节能效果。

电路更加的紧凑简单、功耗更低、精度更高。通过建立热量表数学模型、选择热焓值法作为数据处理的算法，设计了基于MSP430微处理器的高精度热量表。为了降低功耗，尽量缩短CPU的运行时间，利用MSP430的各工作模式，进行合理的切换和利用I／O口对模块供电进行控制，上述构成超低功耗智能控制高精度超声波热量表。

Claims

1.超低功耗智能控制高精度超声波热量表，包括超声波热量表、主控制器,所述的超声波热量表包括表体（1）、支架（2）、测量管（3）、反射镜（5）、换能器（7）、积分仪（18），其特征在于所述的支架（2）装在表体（1）内，支架（2）两端以O型圈（4）与表体(1)密封，支架(2)通过装入表体(1)上端的定位销(11)在表体(1)内定位，定位销(11)以紧定螺钉(13)与表体(1)固定，并通过定位销O型圈(12)密封,测量管(3)装在支架(2)内，位于测量管（3）两端设有与支架连接的反射镜（5），相对反射镜（5）的上方表体内装设有换能器(7)，并以换能器O型圈（6）密封，换能器(7)通过上端装有的垫环(8)、端盖(9)、上盖（10）压紧，表体（1）顶端连接表盘底座（14）且为一个整体，表盘底座（14）上装有仪表盒座（16），仪表盒座（16）以十字槽盘头螺钉（17）与上盖（10）固定，通过表盘底座O型圈（15）与仪表盒座（16）密封，带有热能表探头的积分仪（18）与仪表盒座（16）一侧铰接，构成超声波热量表。

2. 根据权利要求1所述的超低功耗智能控制高精度超声波热量表，其特征在于所述的主控制器为MSP430F413单片机，设有电源模块、按键控制模块、存储模块、读写卡模块、红外通讯模块、MCU处理控制模块、韦根信号采集模块和液晶显示模块，韦根信号采集模块采集测量管中的流量信息，韦根信号采集模块的输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；温度测量模块分别采集进水温度和回水温度，温度测量模块与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；按键控制模块的输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；液晶显示模块的输入端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；存储模块、读写卡模块和红外通信模块分别与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；电源模块为按键控制模块、读写卡模块、MCU处理控制模块和韦根信号采集模块提供电源。