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浅析超声涡街热量表的研究 热量表技术指标

时间:2020-07-29    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
摘 要: 针对国内外对供热现状的研究以及国家关于集中供热方面政策的较新要求,对超声涡街热量表进行了研究,文章采用超声检测涡街信号的测量方法,以微功耗单片机PIC18F8490为核心芯片,通过采用窄带跟踪滤波原理为主的测量手段实现对流量的测量;采用Pt1000高精度铂电阻对温度进行测量。
关键字: 超声涡街 窄带跟踪滤波 流量 热量表

0 引言

在市场经济条件下“,热”已成为商品。建设节约型社会,城市供热计量收费势在必行。热量表中最主要的部件—流量计,它与国民经济、国防建设、科学研究有密切的关系。特别是在能源危机、工业生产自动化程度愈来愈高的当今时代,流量计在国民经济中的地位与作用更加明显。

1 超声涡街热量表的测量原理

热量表是一种适用于测量在热交换环路中,载热液体所吸收或转换热能的仪器,热量表用法定的计量单位显示热量,既能测量供热系统的供热量又能测量供冷系统的吸热量[1]。

热量表的测量系统主要由一对温度传感器分别安装在通过载热流体的上行管和下行管上,流量计安装在流体入口或回流管上(流量计安装的位置不同,最终的测量结果也不同),流量计发出与流量成正比的脉冲信号,一对温度传感器给出表示温差的模拟信号,热量表采集来自三路传感器的信号,利用积算公式算出热交换系统获得的热量。热量表系统原理图如图1所示。

1.1 温度传感器的选择及测量原理


图1 热量表热计量系统原理图

工业用热电阻分为铂热电阻和铜热电阻2大类。相对与铜热电阻,铂热电阻复现性好,性能稳定,精确度高,在精密测温和控温中广泛应用,可以满足热量表测温度的精度要求,为此选择Pt1000铂电阻温度传感器对热量表进出口温度进行测量。在0~630.75℃的温度范围内,铂电阻的阻值与温度的关系式如下:

R1=R0(1+αθ+bθ2

式中α=3.96847×10-3,b=-5.847×10-7

铂电阻信号通常通过桥式电路转换为电压信号,再经过放大及A/D转换后送微处理器进行处理。

1.2 超声传感器检测原理

超声检测涡街原理是通过超声波通过流体中旋涡时产生的频率变化间接的测量旋涡的脱离频率,在管壁上安装2对超声探头T1,R1,T2,R2,探头T1,T2发射高频、连续声信号,声波横穿流体传播。当旋涡通过声束时,每一对旋转方向相反的旋涡对声波产生一个周期的调制作用,受调制声波被接收探头R1,R2转换成电信号,经放大、检波、整形后得旋涡信号。超声传感器检测原理如图2所示。检测方式是在涡街发生体下游安装超声波发射和接收装置,流体流经超声波束,由于涡街的作用,将改变超声波波形,超声波接收装置接收这个信号,与发射端信号进行比较,经单片机处理后产生一个输出信号,这个信号代表旋涡的数量,而旋涡的数量和流量成正比。


图2 超声式涡街流量传感器

超声涡街热量表主要由以PIC18F8490带有LCD驱动器和纳瓦技术的闪存单片机为核心的温度测量传感器(测量进出口管道温度),温差计算电路,超声涡街信号测量电路等组成。由于单片机的功耗管理功能使得热量表具有分时段的测量方法从而使得仪表功耗大大降低。

1.3 窄带跟踪滤波原理

通过单片机定时开/关捕捉端口实现窄带跟踪滤波。单片机实现的窄带滤波器功能如图3所示。具体实现方式如下:


图3 窄带滤波原理图

(1)单片机打开捕捉端口捕捉到2个连续脉冲信号,其间隔时间作为基准T0,然后关断捕捉端口。

(2)在7/8T0后打开捕捉端口,1/4T0后关断端口。这就形成宽度为1/4T0的捕捉窗口1。

(3)如果在窗口1捕捉到脉冲信号,与上次脉冲信号间隔记为T1。如果窗口1捕捉到脉冲信号则根据T1,按照打开窗口1方式打开窗口2;如果窗口1未捕捉到脉冲信号则根据T0在15/8T0后打开窗口2,其宽度仍为1/4T0。如果在规定时间内一直未测到脉冲信号则认为该组测量值都为0。

以上步骤实现跟踪以频率1/T0为中心,窄带频率范围为(64T0/81,64T0/49)的带通滤波器。由此可以看出T0是每次测量脉冲周期的关键所在,按照同样方法以每组间隔一定时间再测得另外2组数据,各组测得的有效数据取平均值得到每组算术平均值Ti0由于3组测得数据是在间隔很短时间内测得的,具有数值的相似性即流量的变化在很短时间内不会有大的突变,他们之间多大偏差范围之内可以判断为涡街脉冲信号是模糊的。

2 硬件电路的整体结构设计

从抗干扰和降低功耗2个角度考虑,设计了脉冲输出型数字涡街流量计的硬件电路,整体结构框图如图4所示,采用了以PIC18F8490单片机为核心的硬件结构单片机强大的控制功能和超低功耗特性于一体。热量表的整体结构可分为超声检测涡街信号电路,温度测量电桥电路等。从而实现了涡街信号采集,数据传输,数据处理,现场显示等功能。


图4 硬件电路的整体设计

3 软件设计

单片机程序的主程序设计流程图如图5所示。单片程序设计采用汇编语言编写,虽然,采用C语言编程会提高编程速度,但是执行效率不高,由于整个程序非常庞杂需要对程序的执行效率进行优化。


图5 主程序流程

高性能芯片PIC18F8490使用。随着芯片技术不断进步,高性能的微型计算机不断的面市,性价比不断提高,使得现代仪表的性能不断地提高,PIC18F8490单片机就是其中之一,它具有丰富的外设和指令集,并且功耗很低,作为超声涡街热量表的核心芯片,简化了系统电路,降低了热量表整体功耗,满足电池供电工作11年之久。

参考文献:
[1]李晶,莫德举.户用低功耗超声式热量表的研究[J].北京化工大学学报:自然科学版,2005,32(1):74-77.
[2]赵伟国,梁国伟,李文军.低功耗远传热能表的研究[J].电测与仪表,2005,11(12):26-28.
[3]朱善安,陈伟.智能型低功耗热量表研究[J].机电工程,2001,9(5):18-22.
超声波热量表的相关结构介绍

    超声波热量表主要是用来计量用户用热多少的一种仪表,它是热力公司与用热用户之间进行热量结算的依据;

    本文就针对超声波热量表的结构和材料为大家做个简单的介绍。

    关于超声波热量表的结构和材料,我们需要了解的是:

    1、超声波热量表的结构:

    热量表由流量传感器、配对温度传感器和计算器构成。超声波热量表进水口宜安装过滤装置。

    2、流量传感器的结构和材料:

    流量传感器应根据温度、压力等使用条件,选用适合的结构形式和材料,并应具有足够的机械强度和耐蚀性。

    超声波热量表结构和材料

    3、温度传感器的结构和材料:

    (1)温度测量宜采用配对铂电阻温度传感器,其结构和安装应符合GB/T32224-2015附录B的规定。

    (2)温度传感器与管路采用螺纹连接时,螺纹规格应符合GB/T32224-2015附录B的规定。

    (3)温度传感器的绝缘性能应符合JB/T8622-1997的规定。

标签: 超声波热量表
超声波热量表 超声波热量表的相关结构介绍_超声波热量表
超声波热量表性能特点及安装详解

    超声波热量表通过超声波的方法测量流量及显示水流经热交换系统所释放或吸收热能量的仪表。它通过两种传感器测得的物理量--热载体的流量和进出口的温度,再经过密度和热焓值的补偿及积分计算,才能得到热量值。它是一种以微处理器和高精度传感器为基础的机电一体化产品。

    与建筑业过去已普遍使用的户用计量表--水表、电表、煤气表相比,有更复杂的设计和更高的技术含量。超声波热量表是一种包含机械、电子和信息技术的高科技产品,目前在许多领域获得了成功的应用。

 

    超声波热量表的特点

    1、本表流量传感器 计量准确,不受水中铁锈影响及外界磁场干扰,适合中国供暖水质,壳体采用优质黄铜,经硬模锻造、数控机床和组合机床加工,机械强度好,尺寸精度高。轴承部位使用硬质合金轴和刚玉轴套,经过特殊工艺加工,保证了产品长期运行的稳定性和准确性。

    2、温度传感器采用Pt1000铂电阻配对温度传感器,配合高精度AD电路实现高精度的温度测量。

    3、系列超低功耗微处理器,功能强、功耗低、抗电磁干扰能力强。

    4、具有自我诊断、故障显示和断电数据保护功能,当热能表偶然出现故障时,显示故障代码并且自动保存当前数据。

    5、采用液晶显示器,显示数据完整、准确,读取数据方便、快捷。

    6、采用环保锂电池,电池使用寿命8年以上(理论计算大于10年)。

    7、一体式结构,外形美观,显示器可水平旋转、垂直翻盖,读数方便;单键设计,操作简便,显示屏水平方向360度旋转,垂直方向180度旋转,方便安装。

    8、配合本公司生产的暖通智能控制阀使用,可实现预付费功能。

    9、接口齐全,可扩展MBUS总线接口、RS485总线接口、光电隔离脉冲接口、红外接口,实现数据远程抄收和集中控制。

    10、安装、维护方便,具有防尘、防潮、防水、防拆卸,防止人为破坏等功能。

 

    安装注意事项:

    安装前应彻底清洗管道系统,清除支管内的麻丝、沙石等杂物,以免造成热量表故障。

    热量表可水平或垂直安装,为了便于超标显示窗口可根据安装情况调整位置,水流方向应与热量表上的箭头标示相一致。

    前后管道直径要与热量表口径相符,超声波热量表前应留5D,表后应留2D的支管段(D为热量表的口径)。

    流量计两端应设置污物过滤器、关闭阀,以便于滤除污物和维修、更换,安装完毕后应在热量表进口连接螺母与、热量表之间、测温球阀与铂电阻之间打铅封。

    带有红色标签的温度传感器安装在热量表的出水口,用来测量进口水温度,带有蓝色标签的温度传感器安装在回水管道,必须安装在专用的测温球阀或测温三通上。

 

    安装方式:

    水平管段安装方式:当热量表水平安装时积分仪的方向朝上,如果积分仪方向朝着侧面时两个换能器不在一个水平面上,在高处的那个换能器处可能会聚集空气造成热量表计量不准或不计量

    垂直管段安装方式:热量表垂直安装是一定要安装在水流向上的直管道上,因为水流朝下的管道内水无法满管,此时也会影响热量表计量不准甚至造成不计量

    “U”型管段安装方式:当超声波热量表安装在U型管道处时需要将热量表安装在最低处,管道高处会有气泡,造成热量表计量不准或不计量

    未来,超声波热量表应用必然会更加广泛,因为其使用寿命超过10年,通过2轮?耐久性测试;换能器、反射镜、测量管等核心部件采用特殊工艺和进口材料。并且重复性达到国际主流水平,通过6个采暖季的实际使用验证仍能稳定准备工作;始动流量低,全部达到二级表标准,当然,它更能够很好的适应国内复杂的水质环境。

    还有一点大家要注意,就是超声波热量表产品样式多样化,但是其特性终究归其一,在此提醒大家,超声波热量表的购买不仅要看其满足的特性,还要考虑到自己的需求,多方面综合考虑。

标签: 超声波热量表
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