【文章內(nèi)容簡介】 所示。 (l)應(yīng)用程序。它包含兩個(gè)方面的程序 : 圖 虛擬儀器軟件構(gòu)成 1)實(shí)現(xiàn)虛擬面板功能的前面板軟件程序。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 2)定義儀器測試功能的流程圖軟件程序。 (2)I/O 接口儀器驅(qū)動程序。這類程序用來完成特定外部硬件設(shè)備的擴(kuò)展、驅(qū)動與通信。 NI 的虛擬儀器的開發(fā)平臺助 LabVIEW 作為目前國際上唯一的編譯性圖形化編程語言，把復(fù)雜的語言編程簡化為用菜單或圖表提示的方法選擇功能，并用線條把各種功能連接起來的圖形編程方式。 LabVIEW 中編寫的源代碼接近程序流程圖。除了具備其他語言所提供的常規(guī)函數(shù)外， LabVIEW 中還集成了大量的生成圖形界面的模板以及多種硬件設(shè)備驅(qū)動功能 (包括RS232， GPIB， VXI，數(shù)據(jù)采集板卡 )，另外還提 供了幾十家儀器廠商的源碼級儀器驅(qū)動程序，為用戶開發(fā)儀器控制系統(tǒng)時(shí)節(jié)省大量的編程時(shí)間。將LabVIEW 編程環(huán)境應(yīng)用于儀器儀表測試領(lǐng)域有它的優(yōu)越性 : 1)LabVIEW具有友好的用戶界面 :由于測試人員需要通過不同的按鈕及控制方式來進(jìn)行測試，同時(shí)還需要通過不同的曲線和顏色來顯示經(jīng)過科學(xué)計(jì)算及分析出的測試結(jié)果，因而通過這種圖形化的編程方式可以更直觀有效的完成測試任務(wù)。 2)LabVIEW 不僅是一種圖形化的編程語言，更是一種圖形編程環(huán)境。LabVIEW 具有和常規(guī)編程語言等價(jià)的語言能力，包含了基本的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序控制結(jié)構(gòu)、函數(shù)庫等要素。同時(shí)還提供了兩種運(yùn)行狀態(tài)，即編輯狀態(tài) (Edit)和運(yùn)行狀態(tài) (Run)，給出了多種調(diào)試方法，如數(shù)據(jù)流動態(tài)顯示等，從而將系統(tǒng)的開發(fā)與運(yùn)行環(huán)境有機(jī)地統(tǒng)一起來。 3)LabVIEW 擁有豐富的儀器驅(qū)動庫及統(tǒng)計(jì)分析庫，因而特別適合儀器儀表測試領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集及分析。 4)LabVIEW 具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析功能。 這些軟件開發(fā)工具為用戶設(shè)計(jì)虛擬儀器應(yīng)用軟件提供了最大限度的方便條件與良好的開發(fā)環(huán)境。綜合這些開發(fā)平臺的 優(yōu)缺點(diǎn)，本課題采用的是NI 公司的圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺 。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 3 系統(tǒng)總體規(guī)劃 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)由物業(yè)管理中心 PC 機(jī)及管理軟件、采集器和用戶熱能表等組成，其中物業(yè)管理中心 PC 機(jī)通過 RS485/RS232 轉(zhuǎn)換接口與各采集器通信，完成對采集器送來的各用戶熱能表數(shù)據(jù)的加工處理、報(bào)表生成，對采集器中的儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測、召喚和用戶管理；采集器為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，接收用戶熱能表送來的數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)信息，并負(fù)責(zé) PC 機(jī)和各用戶熱能表之間信息的傳遞；熱能表進(jìn)行各種消耗能源的計(jì)量與顯示，采集器實(shí)現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和采集。 采集器由單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。采集器定時(shí)或?qū)崟r(shí)巡檢各戶機(jī)，接收各表具送來的數(shù)據(jù)信息和工作信息。采集器利用 RS485 串行接口完成與 PC 機(jī)通信或與下位機(jī)的各表具通信的功能。智能熱能表 (或采集器 )安裝于每個(gè)用戶家中，包括流量傳感器、溫度傳感器、單片機(jī)系統(tǒng)等部分，其原理框圖見第四章。流量傳感器用以檢測熱媒的流量，兩只溫度傳感器分別測量供暖裝置的進(jìn)水溫度和回水溫度。三個(gè)信號在單片機(jī)中進(jìn)行處理和積算后得到用戶的耗用熱能。 熱量計(jì)算方法 當(dāng)熱媒以一定溫度從進(jìn)水管流入一個(gè)熱交換器（散熱片、換熱器等），用戶在通過熱交換而獲取熱量的同時(shí)，熱媒便以較低 (高 )的溫度從回水管流出。在一定的時(shí)間內(nèi)，用戶所獲得的熱量可以下列方程計(jì)算出： TKVV）TT（KQ outin ??? () 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 式中： Q熱交換的熱量； K—— 熱水比重、熱焓修正系數(shù)； Δ T—— 進(jìn)、回水溫度差； V—— 流過供熱系統(tǒng)的熱水流量。 引入修正系數(shù) K 是因?yàn)檫M(jìn)水（或回水）溫度不同，即使在進(jìn)回水溫差相同的條件下，從流進(jìn)系統(tǒng)等量熱水中獲得的熱量也是不同的，此外相同體積的比重是隨水溫變化的。 由式 ()可知 ,交換熱量大小主要由流量 V 和溫差Δ T 確定。由于供暖系統(tǒng)的負(fù)荷是季節(jié)性的 ,其大小隨室外溫度的變化而變化。同時(shí) ,為了保證供暖質(zhì)量 ,防止水壓失調(diào) ,又要求供暖系統(tǒng)分階段改變流量調(diào)節(jié)運(yùn)行。因此 ,系統(tǒng)中熱交換的熱量的兩個(gè)參數(shù) V 和Δ T 都是變量 ,其大小應(yīng)由積分計(jì)算得到 ,即 dt）T,(Q 0 ?? ?t Vf () 實(shí)際測量時(shí) ,假設(shè)測量的時(shí)間間隔 dt 很小 ,則水溫變化也很小 ,可近似認(rèn)為溫差Δ T 為一定值 ,因此積分計(jì)算可由累加和求得： n1nn1i inqQqQ ??? ?? () iii VTKq ??? () iV? —— 第 i 次測量的瞬時(shí)流量； iT? —— 第 i 次測量的瞬時(shí)溫差 iq —— 第 i 次測量的瞬時(shí)用熱量； Q—— n 次測量所得的累積用熱量 實(shí)際測量時(shí)，可以定時(shí)間間隔 dt 進(jìn)行測量，也可以定瞬時(shí)流量進(jìn)行山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 測量，第二種方法具體來講就是當(dāng)流量測量儀計(jì)量到一定量的水量流過時(shí)就對進(jìn)、回水管道中的水溫之差進(jìn)行一次測量，按式 ()計(jì)算出 ，并對累計(jì)用熱量進(jìn)行一次累加計(jì)算，一定的水量可由程序設(shè)定。顯然，定流量測量方法比定時(shí)間間隔測量更為簡便，而且在水流量大時(shí)測量間隔較短，水流量小時(shí)測量間隔長，可保證熱量計(jì)量精確。因此，本系統(tǒng)采用定流量的方法進(jìn)行測量。 流量的測量 流量的概念 單位時(shí)間內(nèi)通過流動的流體中任意一橫截面的流體數(shù)量，稱為“瞬時(shí)流量”，用 q 表示；在一定的時(shí)間間隔內(nèi)流過該截面的流體總量，稱為“累積總量”，用 Q 表示。兩者之間的關(guān)系是： ?? 21tQ t qdt () 根據(jù)計(jì)算流體數(shù)量的辦法或單位不同，可分為質(zhì)量流量 (表示為 ，單位為 Kg/h)和體積流量 (表示為 ，單位為 h/m3 )。 兩者之間的關(guān)系是： vm qq ?? () ρ為流體的密度，隨流體的溫度、壓力而變化的。與 之 相對應(yīng)，累積總量 Q 也可分為累積總質(zhì)量 (單位為 Kg)及累積總體積 (單位為 3m ) 。 質(zhì)量流量不受溫度或密度等流體諸條件的影響，但由于不容易測定，所以一般是先測定體積流量，必要時(shí)加以密度修正，然后求質(zhì)量流量。流量測定大致可分為兩大類，即直接測定流量的方式和先求流速再通過流速乘以橫截面積來求流量等方式。由于流量測量儀表比溫度、壓力儀表受介質(zhì)特性的影響要突出的多，流體的粘度、腐蝕性、導(dǎo)電性的不同都對流量測量儀表山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 有不同的要求，因此，要根據(jù)科研和生產(chǎn)的具休目的，合理選用原理和儀器。 流量傳感器的分類 按照測量的方法可分為速度式、容積式和質(zhì)量式流量傳感器。 (1)速度式傳感器以測量流體在管道內(nèi)的速度作為測量依據(jù)，有差壓式、轉(zhuǎn)子式、機(jī)械式、電磁式、靶式、超聲波式和渦街式流量傳感器等。 (2)容積式傳感器以單位時(shí)間內(nèi)所排出流體的固定容積的數(shù)量作為測量依據(jù)，有橢圓齒輪式、活塞式、腰輪和刮板式流量傳感器等。 (3)質(zhì)量式傳感器是一種以測量流過的質(zhì)量為依據(jù)，有慣性力式質(zhì)量流量傳感器和補(bǔ)償式質(zhì)量流量傳感器。 流量傳感器 的選擇 集中供熱供冷計(jì)費(fèi)中常用的流量傳感器主要有電磁及超聲波流量傳感器、機(jī)械式流量傳感器和壓差式流量傳感器幾大類。 （ 1） 、超聲波流量傳感器 超聲波流量 傳感器是非接觸式測量流量的傳感器。利用超聲波在流體中的傳播特性來測量流體的流速和流量，通常測量超聲波在順流與逆流中的傳播速度差。它沒有插入被測流體管道的部件，故沒有壓頭損失；傳感器不與流體接觸，對腐蝕性很強(qiáng)的流體也同樣可準(zhǔn)確測量。傳感器可在管外壁安裝，故安裝和檢修時(shí)對流體流動和管道都無影響。其缺點(diǎn)為造價(jià)太貴。 （ 2） 、電磁流量傳感器 電磁流量傳感器是測量導(dǎo)電性流體流量的傳感器。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定理，導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動并切割磁力線時(shí)，導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢，電磁流量傳感器正是基于這個(gè)原理工作的。傳感器無阻流元件 ，阻力損失極微，流場影響小，精確度高，可以測量含有固體顆?；蚶w維的液體、腐蝕性及非腐蝕性液體。 （ 3） 、差壓式流量傳感器 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 差壓式 (也稱節(jié)流式 )流量傳感器利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測量的。它是工業(yè)生產(chǎn)中測量流量最成熟、最常用的傳感器。 （ 4） 機(jī)械式流量傳感器：從葉輪形式可以分成以下五種流量計(jì)： 1)單束旋翼式 2)多束旋翼式 3)垂直螺翼式 4)水平螺翼式 5)渦輪式 超聲波流量傳感器的測量精度高，使用壽命長，雖然價(jià)格較貴，但將來應(yīng)有一定的前途。四種傳感器中，機(jī)械式流量傳感器因其價(jià)格便宜、維修方便和對工作條件的要求相對不高，使得現(xiàn)在世界上 80%以上的集中供熱供冷計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的流量計(jì)量裝置采用的是機(jī)械式流量傳感器。其具有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1)壓損小，量程比大：由于其他原理的傳感器需要較高的啟動流速，安裝時(shí)需要大幅度地縮徑，造成很大的壓損。由于機(jī)械式流量傳感器的啟動流速小，故量程比 (Qmax： Qmin)可達(dá) 40： 1 甚至 480： 1。 2)測量精度高，抗干擾性好：超聲波和電磁式流量傳感器的測量精度受水質(zhì)和管道形狀的影響很大。當(dāng)管網(wǎng)中有微小的焊渣和其它顆粒時(shí)，管道中的超聲波和電磁信號會被嚴(yán)重?cái)_亂。管道振動和周圍電磁波強(qiáng)度對非機(jī)械式流量傳感器的正常工作都有影響，而機(jī)械式流量傳感器有良好的適應(yīng)性和測量精度。 3)安裝維修方便：機(jī)械式傳感器安裝時(shí)，直管段要求較低，可以選擇水平或垂直位置安裝。當(dāng)傳感器發(fā)生故障，維修十分方便。 4)結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)批量大，價(jià)格比其它原理的流量傳感器低廉得多。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，智能熱能表需要測量瞬時(shí)流量，若流量測量儀的輸出是與流 量成正比的頻率信號，就可以通過計(jì)數(shù)器簡單的得到累計(jì)值。由于流量測量儀需安裝在每個(gè)暖氣用戶家中的供暖管道上，要考慮到成本及工藝等問題。 鑒于以上原因，系統(tǒng)選用的是機(jī)械式流量傳感器。具體型號為可遠(yuǎn)傳脈沖水表：當(dāng)流體沖擊葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪的轉(zhuǎn)速與瞬時(shí)流量成正比，一段時(shí)山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 間內(nèi)的轉(zhuǎn)速與該時(shí)間段內(nèi)的累積總流量成正比。水表全部材料均采用高強(qiáng)度，耐腐蝕，耐高溫，耐磨損材料，能長久承受高溫高壓。量程大，計(jì)量準(zhǔn)確，靈敏度高，低啟動水流性能，低壓頭損失，可靠耐用，調(diào)整維修簡易方便。同時(shí)可配裝遠(yuǎn)距離傳輸用水量信號裝置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)量，其 參數(shù)為：工作水溫不大于 900℃；公稱壓力 ； Mpa；可在潮濕環(huán)境中使用；遠(yuǎn)傳信號為開關(guān)脈沖信號，每流過 升或 25 升 (任選 )發(fā)送一個(gè)脈沖信號；脈沖信號高電平 15ms，低電平多 15ms。 溫度的測量 溫度傳感器的分類 在不同的測溫范圍和不同的使用場合，有下列幾種測量原理和方法。 (1)利用液體或固體熱脹冷縮的特性，以液體的體積變化或固體的變形來測量溫度，如玻璃管液體溫度傳感器和雙金屬溫度傳感器等。 (2)利用液體或氣體在定容下熱脹冷縮后的壓力變化或液體的飽和蒸氣壓力隨溫度變化的特性，如充液、充氣和充蒸氣的壓力表式溫度傳感器。 (3)利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體熱電效應(yīng)的特性測量溫度，如熱電偶溫度傳感器。 (4)利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻隨溫度而變化的特性來測量溫度，如熱電阻溫度傳感器和熱敏電阻溫度傳感器。 (5)利用晶體二極管或三極管 PN 結(jié)電壓隨溫度變化的特性測量溫度。如 PN 結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器 (半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器 )等。 (6)利用物體熱輻射強(qiáng)度隨溫度而變化的特性來測量溫度，如光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì) 、全輻射式高溫計(jì)和紅外線高溫計(jì)等。 溫度傳感器 的選擇 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 集中供熱供冷計(jì)費(fèi)中常用熱電阻式、熱敏電阻式和集成溫度傳感器等幾大類溫度傳感器，它們各有其獨(dú)自的特點(diǎn)。 (1)熱敏電阻溫度傳感器是以金屬導(dǎo)體制成的熱電阻作為感溫元件。其電阻隨溫度變化而變化，通過測量其電阻得到與其對應(yīng)的介質(zhì)的溫度值。根據(jù)溫度系數(shù)分為兩類：電阻系數(shù)為正的 PTC 熱敏電阻和系數(shù)為負(fù)的 NTC 熱敏電阻。其靈敏度高、體積小、熱慣性小、價(jià)格低、但非線形嚴(yán)重、穩(wěn)定性較差、有老化現(xiàn)象、參數(shù)一致性較差，一般用于溫度補(bǔ)償，或用于精度不高的溫度測 量。 (2)集成溫度傳感器是半導(dǎo)體集成電路，利用晶體管的 be 結(jié)壓降的不飽和值 V 與熱力學(xué)溫度 T 和通過發(fā)射極電流 I 的關(guān)系實(shí)現(xiàn)對溫度的檢測。 q/）KTlnI（VRE ? （ ） 式中 K 為玻爾茲常數(shù)， q 為電子電荷絕對值。其線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)為對量程和時(shí)間的穩(wěn)定性較差，無法滿足長期溫度測量的精度要求。 (3)熱電阻式溫度傳感器也是電阻式溫度傳感器。其具有較高的測量精度和靈敏度，便于信號的遠(yuǎn)距離傳送，適宜于低、中溫的測量。 綜上所述，熱電阻式傳感器能較好地用于本系統(tǒng)。在熱電阻式溫度傳感器中，主要有銅電阻、鉑電阻和鎳電阻溫度傳感器三種。鉑電阻有很好的穩(wěn)定性和測量精度，測溫范圍寬，性能可靠。其缺點(diǎn)為價(jià)格較貴。銅電阻的電阻值與溫度的關(guān)系是線性的，電阻