CN201397206Y

CN201397206Y - 一种双精密电阻热能表

Info

Publication number: CN201397206Y
Application number: CN2009200708965U
Authority: CN
Inventors: 徐秀伟; 赵选林; 万立辉; 周吉
Original assignee: MINUO MEASURING METER (SHANGHAI) CO Ltd
Current assignee: Zenner Meters (Shanghai) Co., Ltd.
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2019-04-22

Abstract

本实用新型的目的是要提供一种测量精确，误差小的双精密电阻热能表，包括单片机和电容，其特征在于：所述的单片机有五个引脚分别为P1.2、P1.3，P1.4、P1.5、P1.6，其中P1.2、P1.3，P1.4、P1.5为一般普通IO引脚，P1.6为捕获触发输入引脚，其中P1.2、P1.3分别与标准精密电阻Rp1和标准精密电阻Rp2串连，P1.4、P1.5分别与铂电阻进水端Rintake和铂电阻回水端Rreturn相连，Rp1、Rp2、Rintake、Rreturn并联后再与P1.6的引脚并联后与电容C1串连。本电路在温差为3K的情况下，测温误差能控制在±0.5％之内。

Description

一种双精密电阻热能表

技术领域

本实用新型涉及一种测量仪表，尤其是一种双精密电阻热能表。

背景技术

热能表是用于测量及显示水流经热交换系统所释放或吸收热量的仪表，安装在热交换回路的入口或出口，用以对采暖设施中的热耗进行准确计量及收费控制。其工作原理是在热交换系统中安装热能表，当水流经系统时，根据流量传感器给出的流量和配对温度传感器给出的供回水温度，以及水流经的时间，通过计算器计算并显示该系统所释放或吸收的热量。其中流量和温度是热能表主要检测的项目，传统的测温原理和方法：温度测量电路如图1所示，标准电阻Rp，热敏电阻Rt，电容C1与MSP430单片机三个引脚相连。其中P1.3，P1.4为一般普通IO引脚，P1.5为捕获触发输入引脚，可以设定上升沿触发捕获中断。

Rp为100kΩ的精密电阻；Rt为100kΩ精度为1％的热敏电阻；C1为100nF的瓷片电容。其工作原理为：

先将P1.3，P1.4，P1.5都设为低电平输出，使C1完全放电。

接着将P1.4，P1.5设置为输入状态，P1.3设为高电平输出，通过Rp电阻对C1充电，同时启动内部定时器从零开始计时。当C1上的电压逐步升高到Vh，P1.5检测出电压达到单片机高电平输入门槛电压时，将定时器计数值捕获，从而测出从开始充电到P1.5转变为高电平的时间Tp。

再次将P1.3，P1.4，P1.5都设为低电平输出，使C1完全放电。

随后将P1.3，P1.5设置为输入状态，P1.4设为高电平输出，通过Rt电阻对C1充电，过程同上，得到时间Tt。

根据电容电压公式：

V_{c} = V_{0} (1 - e^{- \frac{1}{RC}})

可以得到：

\frac{T_{p}}{R_{p}} = \frac{T_{t}}{R_{t}},

即：

R_{t} = \frac{T_{t}}{T_{p}} R_{p}

通过单片机计算得到铂电阻Rt的阻值，并通过查表法可以得到温度值。

缺点是，上述计算公式未考虑标准电阻的温漂，计算时间也仅进行了一次，这样它的计算结果是比较粗糙的，它适用于分辨率为0.1℃、误差在0.5℃以内的使用场合，在更高测量精度和更小误差要求上，它是不适用的。

发明内容

本实用新型的目的是要提供一种测量精确，误差小的双精密电阻热能表。

本实用新型是这样实现的：一种双精密电阻热能表，包括单片机和电容，其特征在于：所述的单片机有五个引脚分别为P1.2、P1.3，P1.4、P1.5、P1.6，其中P1.2、P1.3，P1.4、P1.5为一般普通IO引脚，P1.6为捕获触发输入引脚，其中P1.2、P1.3分别与标准精密电阻Rp1和标准精密电阻Rp2串连，P1.4、P1.5分别与铂电阻进水端Rintake和铂电阻回水端Rreturn相连，Rp1、Rp2、Rintake、Rreturn并联后再与P1.6的引脚并联后与电容C1串连。

其工作原理为：

将P1.3，P1.4，P1.5、P1.6全部置为低电平输出，使C1完全放电。

将P1.6置高电平输出，将P1.2、P1.3，P1.4，P1.5设为输入，给电容C1完全充电，接着将P1.2设为低电位输出，P1.3，P1.4，P1.5设为输入，同时启动内部定时器从零开始计时，使C1通过Rp1放电到门槛电压值，P1.6检测出电压达到单片机低电平输入门槛电压时，将定时器捕获，从而测出从开始放电到P1.6转变为低电平的时间Tp1-1。

重复上述过程，得Tp1-2，Tp1＝(Tp1-1+Tp1-2)/2

接着，将P1.6置高电平输出，将P1.2，P1.3、P1.4，P1.5设为输入，给电容C1完全充电，再将P1.3设为低电位输出，P1.2，、P1.4，P1.5设为输入，同时启动内部定时器从零开始计时，使C1通过Rp2放电到门槛电压值，P1.6检测出电压达到单片机低电平输入门槛电压时，将定时器捕获，从而测出从开始放电到P1.6转变为低电平的时间Tp2-1。

重复上述过程，得Tp2-2，Tp2＝(Tp2-1+Tp2-2)/2

接着，将P1.6置高电平输出，将P1.2，P1.3、P1.4，P1.5设为输入，给电容C1完全充电，再将P1.4设为低电位输出，P1.2，、P1.3，P1.5设为输入，同时启动内部定时器从零开始计时，使C1通过Rintake放电到门槛电压值，P1.6检测出电压达到单片机低电平输入门槛电压时，将定时器捕获，从而测出从开始放电到P1.6转变为低电平的时间Tintake1。

重复上述过程，得Tintake2，Tintake＝(Tintake1+Tintake2)/2

接着，将P1.6置高电平输出，将P1.2，P1.3、P1.4，P1.5设为输入，给电容C1完全充电，再将P1.4设为低电位输出，P1.2，、P1.3，P1.5设为输入，同时启动内部定时器从零开始计时，使C1通过Rintake放电到门槛电压值，P1.6检测出电压达到单片机低电平输入门槛电压时，将定时器捕获，从而测出从开始放电到P1.6转变为低电平的时间Treturn1。重复上述过程，得Treturn2，Treturn＝(Treturn1+Treturn2)/2

根据电容电压公式：

Vt = V 0 (1 - e^{\frac{- 1}{RC}})

可以得到：

\frac{Tp}{RP} = \frac{Tt}{Rt}

在考虑温漂的情况下，

\frac{Rintake}{Tintake} = \frac{{Rp}_{1} + Δ}{{Tp}_{1}}

\frac{Rintake}{Tintake} = \frac{{Rp}_{2} + Δ}{{Tp}_{2}}

\frac{Rintake}{Tintake} = \frac{({Rp}_{1} + Δ) - ({Rp}_{2} + Δ)}{{Tp}_{1} - {Tp}_{2}}

从上述可以看出，该测温电路的误差来源于这几个方面：单片机的定时器精度，精密电阻Rp1和Rp2的精度和精密电阻随温度的变化而阻值的变化量有关，而与单片机的输出电压值、门槛电压值、电容精度无关。因此，适当选取高精度电阻，单片机的工作频率够高，就可以得到较好的测温精度。

本电路中为提高精度，采取了如下措施：

1.Rp1、Rp2的选择：

1)精度Rp1为1kΩ，精度1‰，温度系数：5PPM的精密电阻；

RP2为1.5kΩ，精度1‰，温度系数：5PPM的精密电阻；

2、较高的单片机工作频率为：2MHZ，它可能带来的误差是：0.000001秒。

3、为抑制温漂，采用两标准电阻1K，1.5K，测传感器电阻时，分别采集了电容经两标准电阻时放电的时间，这样可有效地抑制标准电阻温度变化时引起的漂移。

4、测试误差的处理：由于基准电容放电过程的非线性，因此对放电过程的时间取值的方法是：分别测量两次，Tp1，Tp2，Tintake，Treturn的值分别是两次测试的平均值。

5、两PT铂电阻进行配对时，它的配对误差允许值为t*0.005±0.3℃(t为摄氏温度)，本产品的软件中对两铂电阻进行校准时，将消除配对误差。

采用了以上措施，本电路在温差为3K的情况下，测温误差能很好地控制在±0.5％之内，远小于标准规定的±3.5％。

附图说明

图1是背景技术的测温电路图；

图2是本实用新型实施例的测温电路图；

具体实施方式

下面结合附图和典型实施例对本实用新型作进一步说明。

在图2中，单片机有五个引脚分别为P1.2、P1.3，P1.4、P1.5、P1.6，其中P1.2、P1.3，P1.4、P1.5为一般普通IO引脚，P1.6为捕获触发输入引脚，其中P1.2、P1.3分别与标准精密电阻Rp1和标准精密电阻Rp2串连，P1.4、P1.5分别与铂电阻进水端Rintake和铂电阻回水端Rreturn相连，Rp1、Rp2、Rintake、Rreturn并联后再与P1.6的引脚并联后与电容C1串连。温度测量电路中标准精密电阻Rp1＝1K，标准精密电阻Rp2＝1.5K，铂电阻进水端Rintake，铂电阻回水端Rreturn，极性电容C1106与MSP430单片机五个引脚相连。其中P1.2、P1.3，P1.4、P1.5为一般普通IO引脚，P1.6为捕获触发输入引脚，可以设定上升沿触发捕获中断。

Rp1为1kΩ，精度1‰，温度系数：5PPM的精密电阻；

RP2为1.5kΩ，精度1‰，温度系数：5PPM的精密电阻；

Rintake和Rreturn为Pt1000铂电阻，1.5m线长，B级精度；

C1为10uFΔ电容。

1.Rp1、Rp2的选择：

1)精度Rp1为1kΩ，精度1‰，温度系数：5PPM的精密电阻；

RP2为1.5kΩ，精度1‰，温度系数：5PPM的精密电阻；

Claims

1.一种双精密电阻热能表，包括单片机和电容，其特征在于：所述的单片机有五个引脚分别为P1.2、P1.3，P1.4、P1.5、P1.6，其中P1.2、P1.3，P1.4、P1.5为一般普通IO引脚，P1.6为捕获触发输入引脚，其中P1.2、P1.3分别与标准精密电阻Rp1和标准精密电阻Rp2串连，P1.4、P1.5分别与铂电阻进水端Rintake和铂电阻回水端Rreturn相连，Rp1、Rp2、Rintake、Rreturn并联后再与P1.6的引脚并联后与电容C1串连。