【文章內(nèi)容簡介】 感器。溫度傳感器應(yīng)經(jīng)過測量選擇配對。 10)熱量表的最大溫差與最小溫差之比應(yīng)大于 10，供貨廠家必須提供最小溫差值。 11)熱量表的電源宜采用內(nèi)裝電池，內(nèi)裝電池的使用壽命應(yīng)大于 5 年。 12)熱量表計量準確度分為三級，采用相對誤差限 E 表示，相對誤差限 E 定義如下： E= %100??ccdV VV (21) 式中 : Vd——顯示的測量 Vc——常規(guī)真實值。 1 級 E=177。(2+4 tt??min + qqp ) (22) 2 級 E=177。(3+4 tt??min + qqp ) (23) 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 5 3 級 E=177。(4+4 tt??min +qqp) (24) 式中 : E——相對誤差限 %； Δtmin——最小溫差 ℃ ； Δt——使用范圍內(nèi)的溫差 ℃ ； qp——常用流量 m3/h； q——使用范圍內(nèi)的流量 m3/h。 整體式熱量表準確度應(yīng)按上述三個等級執(zhí)行。 13)組合式熱量表準確度等級可按分部 件誤差限執(zhí)行。熱量表總誤差為三項誤差的算術(shù)和值 (絕對值和 )。 計算器誤差限 Ec Ec =177。(+ tt??min ) (25) 配對溫度傳感器誤差限 Et Et =177。(+3 tt??min ) (26) 流量傳感器誤差限 Eq 1 級 Eq =177。(1+ qqp ) (27) 2 級 Eq =(2+ qqp ) (28) 3 級 Eq =(3+ qqp ) (29) 各級流量傳感器誤差限最大不應(yīng)超過 5%。 熱量計算原理 熱量的計算公式 熱量的計算公式習慣上分為兩種：直接計算法也稱焓差法見式 (210)和 K 系數(shù)計算法見式 (211)。 h d tqh d tqQ tttt m ???? ?? 1010 ? (210) 式中： Q ──釋放或吸收的熱量 (J 或 hW? )； 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 6 mq ──流經(jīng)熱能表中載熱液體的質(zhì)量流量 ( hkg/ )； q ──流經(jīng)熱能表的水的體積流量 ( hm/3 )； ? ──流經(jīng)熱量表的水的密度 ( 3/mkg )； h? ──在熱交換系統(tǒng)的入口和出口溫度下，水的比焓值 ( kgkJ/ )； t ──時間 (h )。 ? ?? 10VV Td VKQ (211) 式中： Q ──釋放或吸收的熱量 (J 或 hW? )； V ──載熱液體流經(jīng)熱交換系統(tǒng)水的體積 ( 3m )； T? ──熱交換系統(tǒng)中載熱液體入口處和出口處的溫度差 (℃ )； K ──熱系數(shù)，它是載熱液體在相應(yīng)溫度和壓力下的函 [ /J ( 3m ℃ )或/hkW? ( 3m ℃ )]。 由于第 1 種方法采用不同溫度 (和壓力 )下比焓值差和密度值，直接計算出熱量，從理論上說，它較第 2 種 K 系數(shù)方法補償更直接和明確。 將式 210 化為求和式 120 ()nvi t tiQ q h h????? (212) 式中： viq ──第 i 時刻流經(jīng)熱能表水的體積流量； 1th ， 2th ──分別為供水、回水的溫度下對應(yīng)的比焓值； ?──流經(jīng)熱能表的水的密度 ( 3kg/m )。 本熱能表的熱量計算和累積就是根據(jù)式 212 進行的。 熱量計算公式的對比分析選擇 我國供熱體制改革 是借鑒了歐洲的經(jīng)驗下推行的，熱量表行業(yè)的相關(guān)標準以及熱量表鑒定方法及流程是以歐洲標準 EN1434“熱能表 ”為范本，結(jié)合我國具體國情狀況進行制定。根據(jù)歐洲標準下 EN1434“熱能表 ”的 K 系數(shù)的計算公式是： rfrf hhvk ?? ???? 1 (213) 式中： fh ──熱交換回路中入口溫度對應(yīng)的載熱液體的比焓值 ( kgkJ/ )； rh ──熱交換回路中出口溫度對應(yīng)的載熱液體的比焓值 ( kgkJ/ )； f? ──熱交換回路中載熱液體入口處的溫度 (℃ )； r? ──熱交換回路中載熱液體出口處的溫度 (℃ )； v──比容 ( kgm/3 )。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 7 ???? p rRv ?? (214) 式中： R= ? ?KkgJ ?/ ； ? = f? (當體積計量位置在入口處 )或 r? (當體積計量位置在出口處 )。 ? ? ? ? ii JIii i Inr 134 1 ???? ??? ??? (215) 其中： in 、 iI 、 iJ 為常數(shù)； ? ?M p appp ?? ??? ； ??? /.? ( ?? =1386K )。 由式 (213)、 (214)、 (215)可以看出熱系數(shù) K 是由焓差計算得出來的，因此可以說焓差法和熱系數(shù)法在本質(zhì)上是相同的。如果假設(shè)入口溫度為 80℃ ，出口溫度為 50℃ ，壓力為 ，質(zhì)量流量為 6 hkg/ ，在 1h 的時間內(nèi)釋放的熱量。焓差法： 1Q = ；熱系數(shù)法： 2Q = hkW? = 。 兩種方法的計算差別： ? =%。 可以看出兩種計算方法間的計算差別遠小于 1 級熱能表的誤差限 ，所以采用不同方法引起的計算差別是完全可以忽略的。在測量過程中為了計算方便往往在流量傳感器輸出質(zhì)量流量時采用焓差法計算而流量傳感器輸出體積流量時采用熱系數(shù)法計算。 總的來說熱能表熱量計算方法主要有 K 系數(shù)法和焓差法， K 系數(shù)法和焓差法有著相當緊密的聯(lián)系，同時兩種計量方法之間存在著一定的差值，但對于熱能表來說，這一點不一致對計量精度產(chǎn)生的影響，可以忽略不計。根據(jù)實際情況我們選用焓差法進行熱能計算。 流量傳感器的選擇 流量傳感器的選型分析 流量傳感器按照國內(nèi)外市場的情況，主要分為超聲波式、電 磁式、機械式 (其中包括：渦輪式、孔板式、渦街式 )。 為此，對比這三種方案的熱能表，各自具有以下優(yōu)缺點： (1)超聲波式熱能表 采用超聲波式流量計的熱能表的統(tǒng)稱。它是利用超聲波在流動的流體中傳播時，順水流傳播速度與逆水流傳播速度差計算流體的流速，從而計算出流體流量。 優(yōu)點：對介質(zhì)無特殊要求；流量測量的準確度不受被測流體溫度、壓力、密度等參數(shù)的影響，流量測量范圍比一般的機械式熱能表寬，尤其是在測量小流量時準確度比機械式熱能表高。一般 DN40 以上的 熱能表 多采用這種流量計。具有壓損小，不易堵塞，精度高等特點。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 8 缺點 ：初投資相對較高，對于用戶來說要考慮成本因素。氣泡對準確測量干擾很大，安裝時要求進行排氣措施。 (2)電磁式熱能表 采用電磁式流量計的 熱能表 的統(tǒng)稱。是一種測量熱變換系統(tǒng)中載熱流體所釋放的熱量的計量儀表。它使用了高精度、高可靠性電磁流量計作為流量測量，采用高精度、高穩(wěn)定性的鉑金熱電阻做溫度測量。 優(yōu)點：該熱能表具有非常優(yōu)異的測量性能。 缺點：由于成本極高，需要外加電源等原因，所以很少有 熱能表 采用這種方案。 (3)機械式熱能表 采用機械式流量計的 熱能表 的統(tǒng)稱。機械式流量計的結(jié)構(gòu)和原理與熱水表類似。 優(yōu)點：具有制 造工藝簡單，相對成本較低，性能穩(wěn)定，計量精度相對較高等。目前在 DN25 以下的戶用 熱能表 當中，無論是國內(nèi)還是國外，幾乎全部采用機械式流量計。 缺點：受水質(zhì)影響比較大。 以上三種方案中，電磁式熱能表成本極高并且需要外加電源，所以排除這種方案，超聲波式熱能表雖然比機械式熱能表計量精密，但是維護復(fù)雜，初期成本高，故障后只能整體替換，進一步提高了使用該方法的成本。不僅如此，由于采暖過程中，高溫會使管道壁上形成氣泡，這些都會給超聲波熱能表流量計的計量精度帶來巨大影響。機械式流量計對于所處環(huán)境要求較為寬松，價格也較為合理 ，所以三種流量計比較起來選擇機械式熱能表無論是在經(jīng)濟方面還是精度方面均有較大優(yōu)勢。 綜上所述，設(shè)計中采用 LCT9273 系列流量傳感器中的 LCT9273B。 LCT9273B 型流量傳感器簡介 LCT9723 系列 無磁流量傳感器 ，主要用于測量物體的平動位移或轉(zhuǎn)動位移、平動速度或轉(zhuǎn)動速度，輸出數(shù)字信號，優(yōu)良的遠距離傳輸功能，功耗極低 (小于 7μA)，能有效滿足工程測量應(yīng)用的要求。因此可以 解決 上述無磁流量計的諸多弊端 ， 且 具有微功耗(5～ 6μA)，高精度，不受葉輪上下竄動影響，可靠性高，抗干擾能力強 ，耐大溫差等特點，并具有相當好的遠傳能力，詳細指標 可以 參考有關(guān)應(yīng)用說明書。 另外 本 模塊 采用微功耗、高可靠性、大溫差、寬電壓設(shè)計，本芯片尤其是適用于在要求微功耗、高可靠性、大溫差的應(yīng)用環(huán)境中，應(yīng)是優(yōu)良的首選器件，其潛在的及尚未開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛，具有一系列的潛在效益和應(yīng)用前景， 并在 各領(lǐng)域中都具有很大的開發(fā)與應(yīng)用價值 。 本設(shè)計選用的 LCT9723B：藍色圓形封裝 ，內(nèi)含探頭，外帶三芯屏蔽線和接地線，適用基表類型為浪花、連利的小口徑基表，暫無可選配件。其外接 17cm 長的三芯屏蔽線， 5cm 長的接地線。其外觀如 下圖 23 所示。三芯屏蔽線中： 1 白色線：電源－； 2 紅石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 9 色線：電源＋； 3 黃綠線：接地線， 4 黃色線：信號。 圖 23 LCT9723B 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 10 第 3 章 熱能表硬件系統(tǒng)設(shè)計 STC12LE5616AD 單片機的選擇和簡介 STC12LE5616AD 是 STC12C5620AD 系列單片機之一，該系列單片機由 STC 生產(chǎn)的單時鐘 /機器周期 (1T)的單片機，是具有高速、低功耗、超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051，但速度快 812 倍。內(nèi)部 集成 MAX810 專用復(fù)位電路， 4 路 PWM， 8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，針對電機控制，強干擾場合。其它特點如下： 1. 增強型 8051CPU， 1T，單時鐘 /機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。 2. 工作電壓： STC12LE5620AD 系列工作電壓： (3V 單片機 )。 3. 工作頻率范圍： 0~35MHz，相當于普通 8051 的 0~420MHz。 4. 用戶應(yīng)用程序空間 16K 字節(jié)。 5. 片上集成 768 字節(jié) RAM。 6. 通用 I/O 口 23 個，復(fù)位后為：準雙向口 /弱上拉 (普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口 )可設(shè)置成四種模式：準雙向口 /弱上拉，強推挽 /強上拉，僅為輸入 /高阻，開漏每個 I/O 驅(qū)動能力均可達到 20mA，但整個芯片最大不要超過 55mA。 7. 有 ISP(在系統(tǒng)可編程 )/IAP(在應(yīng)用可編程 )，無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口 ()直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。 8. 有 EEPROM 功能。 9. 看門狗。 10. 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路 (外部晶體 20M 以下時，可省外部復(fù)位電路 )。 11. 時鐘源：外部高精度晶體 /時鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器。 用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用 內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 /時鐘 常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： ~。 精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準。 12. 共 6 個 16 位定時器。 兩個傳統(tǒng) 8051 兼容的定時器 /計數(shù)器， 16 位定時器 T0 和 T1，沒有定時器 2， PCA模塊可再實現(xiàn) 4 個 16 為定時器。 13. 2 個時鐘輸出口，可由 T0 的溢出在 輸出時鐘，可由 T1 的溢出在 輸出時鐘。 14. 外部中斷 9 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， PAC 模塊可分別或同時支持上石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 11 升沿中斷 /下降沿中斷， Power Down 模式可由外部中斷喚醒， 0INT /， 1INT /，T1/， RxD/， PCA0/， PCA2/， PCA3/。 15. PWM(4 路