專利名稱：智能熱量表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種以水為介質(zhì)的供熱量計(jì)量智能熱量表。
背景技術(shù)：
目前，集中供熱作為城市基礎(chǔ)設(shè)施，在節(jié)約能源、減少環(huán)境污染、改善人民生活質(zhì)量等方面的優(yōu)點(diǎn)早已成為社會(huì)共識(shí)。但是長(zhǎng)期以來我國(guó)的集中供熱都是采用計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下的包費(fèi)制，隨著供熱面積的不斷擴(kuò)大，這種供熱收費(fèi)管理體制與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)經(jīng)營(yíng)機(jī)制越來越不相適應(yīng)。
建設(shè)部《建筑節(jié)能“九.五”計(jì)劃和2010年規(guī)劃》的發(fā)展目標(biāo)中明確指出“對(duì)集中供暖的民用建筑安裝使用熱表及有關(guān)調(diào)節(jié)設(shè)備并按表計(jì)量收費(fèi)的工作，1998年通過試點(diǎn)取得成效，開始推廣；2000年在重點(diǎn)城市成片推行；2010年基本完成”。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，戶用供暖熱表的使用已經(jīng)相當(dāng)普遍。熱表作為熱力公司向每個(gè)供暖受益者(住戶)計(jì)價(jià)收費(fèi)的手段和依據(jù)，也已廣泛被用戶接受，而且節(jié)能達(dá)到20-30％。對(duì)中國(guó)來說，供暖計(jì)量收費(fèi)勢(shì)在必行，但目前尚無合適的熱量表可供使用。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種計(jì)熱可靠、安裝使用方便的智能熱量表。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種智能熱量表，包括與安裝在供水管道上的旋翼式流量計(jì)、安裝在流量計(jì)之前的供水管道上的供水溫度傳感器、安裝在回水管道上的回水溫度傳感器，其特征是所述的旋翼式流量計(jì)、供水溫度傳感器、回水溫度傳感器的輸出端均與單片機(jī)相應(yīng)的輸入/輸出腳相連，單片機(jī)的輸出端與相應(yīng)的顯示裝置相連。
顯示裝置可為L(zhǎng)CD顯示屏，該LCD顯示屏可為單片機(jī)自驅(qū)動(dòng)，也可通過相應(yīng)的與單片機(jī)相連的驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)的外接式LCD顯示屏。
單片機(jī)連接有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸用通訊接口電路。
旋翼式流量計(jì)的輸出端接單片機(jī)的P1.7腳，供水溫度傳感器的輸出端接單片機(jī)的P1.2腳，回水溫度傳感器的輸出端通過電阻R2接單片機(jī)的1.5腳。
本實(shí)用新型的有益效果1、解決了市場(chǎng)急需，為分戶計(jì)熱提供了可靠的計(jì)量設(shè)備，有利于取暖收費(fèi)的公平、公正，可從硬件措施上迫使用戶提高節(jié)能意識(shí)，改變過去用多用少一個(gè)樣的固定式繳費(fèi)模式，改為多用多付費(fèi)，可使用戶自覺改變過去不良的用熱習(xí)慣。
2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。利用單片機(jī)作為計(jì)算器，通過傳感器采集的進(jìn)、回水溫度和公認(rèn)的熱量計(jì)算公式自動(dòng)計(jì)算經(jīng)過用戶供水管的熱量損失得出相應(yīng)的用熱量。
3、安裝使用方便。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是本實(shí)用新型的電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
如圖1～3所示。
一種智能熱量表，包括與安裝在供水管道上的旋翼式流量計(jì)1(型號(hào)可為DN15、20、25、40)、安裝在流量計(jì)1之前的供水管道7上的供水溫度傳感器2(型號(hào)可為Pt1000)、安裝在回水管道8上的回水溫度傳感器3(型號(hào)可為Pt1000)，如圖1、2所示，旋翼式流量計(jì)1、供水溫度傳感器2、回水溫度傳感器的輸出端3均與單片機(jī)4(型號(hào)可為MSP430FW427)相應(yīng)的輸入/輸出腳相連，單片機(jī)4的輸出端與相應(yīng)的LCD顯示屏5相連，此外，單片機(jī)4還連接有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸用通訊接口電路6。本實(shí)施例的旋翼式流量計(jì)1實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)傳感器，其產(chǎn)生的用于本身計(jì)量的信號(hào)可同時(shí)發(fā)送至單片機(jī)4中。
本實(shí)施例的電路圖如圖3所示。
旋翼式流量計(jì)1的輸出端接單片機(jī)4的P1.7腳，供水溫度傳感器2的輸出端接單片機(jī)4的P1.2腳，回水溫度傳感器3的輸出端通過電阻R2接單片機(jī)的1.5腳。
本實(shí)用新型的測(cè)量原理為流量計(jì)1測(cè)量出流經(jīng)熱交換系統(tǒng)的含有一定雜質(zhì)的熱水流量，并將測(cè)量結(jié)果以脈沖形式傳送給單片機(jī)4，單片機(jī)4再通過與之相連的配對(duì)溫度傳感器2、3測(cè)出熱交換系統(tǒng)的進(jìn)口和出口水溫，隨后根據(jù)以下方程計(jì)算出系統(tǒng)釋放的熱量Q＝∫ρq v Δhdτ式中Q熱交換系統(tǒng)釋放的熱量。
ρ流經(jīng)熱交換系統(tǒng)的水的密度kg/m3qv流經(jīng)熱交換系統(tǒng)的水的密度m3/h。
τ時(shí)間(h)。
Δh在熱交換系統(tǒng)的入口和出口溫度下，水的焓值差。
下面對(duì)上述實(shí)施例的設(shè)計(jì)過程和參數(shù)選擇作進(jìn)一步的說明一、設(shè)計(jì)依據(jù)依據(jù)中華人民共和國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《CJ-128-2000》及國(guó)家質(zhì)檢計(jì)量局《JJG-125-2001》。
1、設(shè)計(jì)目標(biāo)在保證功耗的前提下，能夠正常完成流量信號(hào)和兩路溫度信號(hào)的采集工作，并經(jīng)運(yùn)算處理后得到循環(huán)系統(tǒng)正確的放熱熱量，以及其它必須的輔助數(shù)據(jù)，最后再把結(jié)果正確地顯示在液晶顯示器。另外，熱量表還要具備故障檢測(cè)和遠(yuǎn)傳通訊功能。
2、設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算顯示器(即單片機(jī)4及與這相連的LED顯示器的組合體)溫度范圍4℃～95℃環(huán)境條件符合CJ 128-2000環(huán)境條件B級(jí)。
電源內(nèi)裝鋰電池，3.6V電池壽命大于6年傳感器鉑熱電阻Pt1000探頭直徑5.2mm連線1.5mm流量傳感器公稱直徑20mm公稱流量2.5/h最小流量0.05/h最大流量5m3/h工作壓力＜＝1.0Mpa工作溫度＜＝90℃計(jì)量單位采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)熱計(jì)量單位兆焦耳(MJ)或KWh。消耗熱量最小計(jì)算單位焦耳(J)。
二.技術(shù)要求總體性能指標(biāo)必須滿足國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《熱量表》(CJ 128-2000)及《JJG 225-2001》對(duì)單片機(jī)規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)，詳細(xì)技術(shù)要求如下1、CPU選擇CPU選用TI公司MSP430系列MSP430FW427。
2、電源3.6伏電池。當(dāng)電源電壓不足時(shí)，在顯示部分給出明確的提示。
3、溫度傳感器韋根或電感無磁
4、溫度傳感器溫度傳感器采用PT1000。通過MSP430芯片內(nèi)自帶的比較器實(shí)現(xiàn)16位的AD測(cè)量精度，采樣分辨率0.01℃。
5、電子日歷電子日歷采用MSP430芯片內(nèi)置的RTC，采用內(nèi)部時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間計(jì)時(shí)。利用32768手表晶振可以做到精確的計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)范圍100年。
6、LCD顯示片內(nèi)自帶LCD驅(qū)動(dòng)模塊，可以驅(qū)動(dòng)96段液晶進(jìn)行顯示。
7、按鍵共有兩個(gè)按鍵顯示鍵和檢定鍵(1)依次按顯示鍵LCD將顯示瞬時(shí)流量-＞進(jìn)水溫度-＞出水溫度-＞累積流量-＞累積熱量-＞年月日-＞時(shí)分秒-＞故障代碼-＞故障時(shí)間 (2)按檢定鍵進(jìn)入檢定狀態(tài)。
8、工作環(huán)境<1>、環(huán)境溫度B級(jí)<2>、相對(duì)濕度＜93％<3>、電路板PCB應(yīng)經(jīng)防水處理。計(jì)算器能夠通過國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《熱量表》(CJ 128-2000)規(guī)定的干熱環(huán)境、冷卻環(huán)境、恒定濕熱環(huán)境、循環(huán)濕熱環(huán)境、電源電壓變化以及電磁兼容性試驗(yàn)。
9、計(jì)算器功耗<1>、CPU平時(shí)處于休眠狀態(tài)，以0.01M3/H的流量信號(hào)通過時(shí)處于喚醒狀態(tài)。
<2>、LCD顯示平時(shí)處于休眠狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)入檢定設(shè)置及抄表狀態(tài)進(jìn)入顯示。
<3>計(jì)算器在熱量表正常工作條件下(q＝1.0m3/h左右)的平均功耗要小于15μA(包括顯示器)。
10、溫度測(cè)量<1>、溫度傳感器選用PT1000鉑電阻，隨設(shè)計(jì)任務(wù)書提供分度值表。
<2>、溫度測(cè)量范圍0～100℃，對(duì)應(yīng)于PT1000鉑電阻的阻值為1000～1385.055Ω。
<3>、顯示分辨率a、進(jìn)、出水溫度的分辨率應(yīng)達(dá)到0.01℃。
b、進(jìn)、出水溫差的分辨率應(yīng)達(dá)到0.01℃。
c、熱量的分辨率應(yīng)達(dá)到0.001kWh或0.001MJ。
d、累計(jì)流量的分辨率應(yīng)達(dá)到0.00001m3。
<4>、準(zhǔn)確值計(jì)算器單個(gè)溫度通道的準(zhǔn)確度在±0.003℃以內(nèi)。
<5>激勵(lì)電流溫度測(cè)量的激勵(lì)電流≤500μA。
<6>、測(cè)量時(shí)間a、溫度測(cè)量持續(xù)時(shí)間不超過100ms。
b、實(shí)時(shí)測(cè)量，每16秒運(yùn)算一次。
11、流量測(cè)量與計(jì)算<1>、計(jì)算器能精確處理并顯示0.05m3/h--7m3/h的流量信號(hào)。
<2>、數(shù)據(jù)處理。
工作狀態(tài)下，實(shí)時(shí)測(cè)量，實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)。
12、熱量測(cè)量與計(jì)算<1>、計(jì)量單位kWh<2>、測(cè)量與計(jì)算周期工作狀態(tài)下，每16秒測(cè)量并計(jì)算一次<3>、當(dāng)進(jìn)、出水溫度傳感器及流量計(jì)發(fā)生故障時(shí)，停止熱量運(yùn)算，并分別記錄故障原因及故障時(shí)間。
13、數(shù)據(jù)保護(hù)有兩種保護(hù)功能定時(shí)保護(hù)和電源中斷保護(hù)。在正常運(yùn)行時(shí)，在有流量的情況下每天進(jìn)行一次數(shù)據(jù)保護(hù)。當(dāng)計(jì)算器供電突然中斷時(shí)，計(jì)算器再進(jìn)行一次重要數(shù)據(jù)保護(hù)。被保護(hù)的數(shù)據(jù)有累積熱量、累積流量、累積工作時(shí)間和故障起止年月日、時(shí)分秒。對(duì)保護(hù)和斷電保護(hù)的數(shù)據(jù)應(yīng)具有不同的數(shù)據(jù)區(qū)，在電源恢復(fù)后，計(jì)算器判斷斷電時(shí)所保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性，如完整則恢復(fù)此數(shù)據(jù)，否則恢復(fù)定時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)。
14、數(shù)據(jù)通訊<1>、能通過RS485、M-BUS接口或紅外接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表。(此功能為可選配置，生產(chǎn)時(shí)可通過選擇是否焊接某些器件以決定產(chǎn)品是否具備此功能。相關(guān)器件的焊接與否不應(yīng)影響軟件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性)。
<2>、預(yù)留射頻卡功能升級(jí)空間和源程序。
15、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存重要數(shù)據(jù)儲(chǔ)存應(yīng)＞10年。
三、功能要求計(jì)算器的顯示功能有用戶回路、檢定回路兩個(gè)菜單。顯示器在工作狀態(tài)下，如在用戶回路，超過3分鐘無動(dòng)作自動(dòng)休眠；如在檢定回路超過1小時(shí)無動(dòng)作自動(dòng)休眠。不論從何處進(jìn)入休眠狀態(tài)，從休眠狀態(tài)喚醒后重新回到用戶菜單的起始點(diǎn)。
1.用戶回路菜單該回路主要面向用戶，為用戶提供必要的使用信息。
2、累積熱量連續(xù)記錄循環(huán)回路消耗或吸收的熱量。單位KWH；顯示到小數(shù)點(diǎn)后三為，即0.001KWH，累積顯示。當(dāng)顯示數(shù)據(jù)大于99999.999KWH時(shí)，將顯示精度降到1KWH，使最大顯示范圍達(dá)到99999999KWH，數(shù)據(jù)益處自動(dòng)歸零。
3、累積流量連續(xù)記錄介質(zhì)流經(jīng)循環(huán)回路的體積。單位m3；當(dāng)工作狀態(tài)顯示到小數(shù)點(diǎn)后三位，即0.001m3，累積顯示。當(dāng)顯示數(shù)據(jù)大于99999.999m3時(shí)，將顯示精度降到1m3，使最大顯示范圍達(dá)到99999999m3，數(shù)據(jù)益處自動(dòng)歸零。當(dāng)進(jìn)入檢定狀態(tài)顯示到小數(shù)點(diǎn)后五位，即0.00001m3。
4、進(jìn)水溫度單位℃，有效位數(shù)0.001℃。
5、出水溫度單位℃，有效位數(shù)0.01℃。
6、溫差單位℃，有效位數(shù)0.01℃。
7、瞬時(shí)流量單位m3/h，有效位數(shù)0.001m3/h，數(shù)據(jù)顯示間隔小于10秒。
8.工作時(shí)間記錄熱量表出廠后的累計(jì)工作時(shí)間，單位為小時(shí)。
9、故障時(shí)間當(dāng)熱量表沒有故障發(fā)生時(shí)，故障代碼菜單不顯示，直接轉(zhuǎn)到累計(jì)熱量代碼菜單；當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，顯示引起故障的原因代碼。該代碼應(yīng)有明確的解釋并簡(jiǎn)潔易記。當(dāng)出現(xiàn)“電量不足”故障時(shí)，要把重要數(shù)據(jù)累積熱量、累計(jì)流量、累積工作時(shí)間以及故障時(shí)間保存下來(見5.8數(shù)據(jù)保護(hù)部分)。當(dāng)排除故障后，顯示恢復(fù)正常，熱量表根據(jù)累積熱量和工作時(shí)間，計(jì)算出發(fā)生故障這段時(shí)間所消耗的熱量，計(jì)算公式為故障期用熱量Kwh故障時(shí)間*當(dāng)日最大瞬時(shí)用熱量，并加入到累積熱量中。
10、參數(shù)補(bǔ)償設(shè)定溫度量程參數(shù)設(shè)定0℃～30℃、30℃～60℃、60℃～90℃溫度補(bǔ)償，以及為滿足溫度測(cè)量精度而設(shè)定的其它范圍的溫度補(bǔ)償參數(shù)設(shè)定(50L/H～100L/h、100L/h～500L/h、500L/h～1000L/h、1000L/h～1500L/h、1500L/h～3250L/h、3250L/h～5000L/h)熱量補(bǔ)償參數(shù)設(shè)定，以及由乙方為滿足熱量計(jì)算精度而設(shè)定的其它補(bǔ)償參數(shù)設(shè)定(含溫度范圍的熱量補(bǔ)償)；參數(shù)設(shè)定功能的進(jìn)入應(yīng)做到保密性，即無特權(quán)即無法進(jìn)入，操作應(yīng)盡量簡(jiǎn)單易行。
11.熱量值的計(jì)算應(yīng)參照熱力學(xué)有關(guān)壓力與密度，進(jìn)而影響熱焓值溫度對(duì)于熱焓值影響的相關(guān)計(jì)算公式(經(jīng)驗(yàn)公式)，對(duì)于不同壓力下(用流量值間接判斷)，不同溫度下的等體積的水的質(zhì)量進(jìn)行修正，并選擇用質(zhì)量計(jì)算熱量的公式計(jì)算出熱量，如無法按公式進(jìn)行質(zhì)量修正，則應(yīng)選用補(bǔ)償表法進(jìn)行修正。
12.檢定回路菜單此功能為質(zhì)量和故障維護(hù)時(shí)提供更為詳細(xì)的信息，無論在檢定菜單如何操作，都不影響用戶的計(jì)量精度。
13、當(dāng)進(jìn)入檢定功能后，顯示系統(tǒng)應(yīng)處于常顯狀態(tài)。各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)入實(shí)時(shí)檢測(cè)狀態(tài)，并能夠依據(jù)各檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算和顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，要求顯示更新時(shí)間小于15秒，如未達(dá)到采樣時(shí)間，可參照用插值預(yù)估，測(cè)值補(bǔ)正的辦法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，但相應(yīng)數(shù)據(jù)測(cè)量的間隔時(shí)間應(yīng)能在保證測(cè)量精度的條件下，達(dá)到最短。
權(quán)利要求1.一種智能熱量表，包括與安裝在供水管道上的旋翼式流量計(jì)、安裝在旋翼式流量計(jì)之前的供水管道上的供水溫度傳感器、安裝在回水管道上的回水溫度傳感器，其特征是所述的旋翼式流量計(jì)、供水溫度傳感器、回水溫度傳感器的輸出端均與單片機(jī)相應(yīng)的輸入/輸出腳相連，單片機(jī)的輸出端與相應(yīng)的顯示裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能熱量表，其特征是所述的顯示裝置為L(zhǎng)ED顯示屏。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能熱量表，其特征是單片機(jī)連接有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸用通訊接口電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能熱量表，其特征是旋翼式流量計(jì)的輸出端接單片機(jī)的P1.7腳，供水溫度傳感器的輸出端接單片機(jī)的P1.2腳，回水溫度傳感器的輸出端通過電阻R2接單片機(jī)的1.5腳。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種計(jì)熱可靠、安裝使用方便的熱量表，包括與安裝在供水管道上的旋翼式流量計(jì)、安裝在旋翼式流量計(jì)之前的供水管道上的供水溫度傳感器、安裝在回水管道上的回水溫度傳感器，其特征是所述的旋翼式流量計(jì)、供水溫度傳感器、回水溫度傳感器的輸出端均與單片機(jī)相應(yīng)的輸入/輸出腳相連，單片機(jī)的輸出端與相應(yīng)的顯示裝置相連。
文檔編號(hào)G01K17/00GK2804826SQ200520073670
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2005年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月18日
發(fā)明者吳興中 申請(qǐng)人:吳興中