全溫度補償型超聲波熱能表制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種全溫度補償型超聲波熱能表，該超聲波熱能表包括MCU、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21、LCD段式液晶顯示屏、上游換能器、下游換能器、進口溫度傳感器和出口溫度傳感器；所述的MCU通過SPI給時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21發(fā)送控制指令，并接收來自時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21輸出的數(shù)據(jù)，同時還將得到的數(shù)據(jù)輸出給LCD段式液晶顯示屏進行顯示；根據(jù)來自MCU的控制指令，并分別向上游換能器、下游換能器、進口溫度傳感器和出口溫度傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)采集控制指令，同時對接收的數(shù)據(jù)進行處理，得到水流流速、進水溫度值和出水溫度值；本發(fā)明專利技術(shù)的熱能表利用超聲波可以保證10度至90度流量、熱量的準確測量，此外采用智能低功耗芯片，能夠延長了熱能表的使用壽命。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
全溫度補償型超聲波熱能表
本專利技術(shù)涉及一種熱能表，具體涉及一種全溫度補償型超聲波熱能表，屬于智能數(shù)據(jù)采集

技術(shù)介紹
超聲波熱量表根據(jù)超聲波水流流速與超聲波在逆流水中傳播時間與順流傳播時間差成一定比例的原理進行設計和制造的一種熱量計量器具。超聲波熱能表主要包括以下幾個部分：標準測量安裝管段，用于提供超聲波換能器安裝環(huán)境；換能器，是將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量的設備；配對溫度傳感器，用于提供進水管道與出水管道的溫度測量；智能積算儀：提供超聲波測量的電路與軟件智能設計。目前超聲波熱能表存在的問題：管段一致性和重復性表較差；換能器一致性和重復性較差；超聲波熱能表在市場上一般只做高溫85度左右、50度左右、常溫的國標CJ128-2007流量點精確測量；使用2-3年后出現(xiàn)熱量計量不準確現(xiàn)象比較嚴重。由于熱水在主管道流入用戶管道時溫度變化比較大，在供暖時供熱試水階段，熱水處于常溫即10度左右。當正常供暖時，距離主管道近的住戶進水溫度一般都在70度左右，水流流量也比較大，供熱末端一般在50度左右，供熱水流較小。目前一般超聲波熱能表只做50度的熱量校正。因此，對于用戶和供熱單位來說都缺乏公平。目前市場上換能器材料涂層較厚，熱能表在使用過程中，就會因為水流中雜質(zhì)等顆粒影響，使得換能器表面積累水垢，最終影響超聲波熱能表精確計量，且國內(nèi)熱能表一般使用壽命都低于國標要求的6年。
技術(shù)實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)提供了一種全溫度補償型超聲波熱能表，能夠利用超聲波進行精確測量，并能夠?qū)崿F(xiàn)全溫度補償。一種全溫度補償型超聲波熱能表，該超聲波熱能表包括MCU、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21、LCD段式液晶顯示屏、上游換能器、下游換能器、進口溫度傳感器和出口溫度傳感器；所述的上游換能器和下游換能器分別設置在管道的上游和下游，兩者均能夠產(chǎn)生超聲波，并將超聲波信號輸出給時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21，且兩者還接收來自時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21輸出的流速測量指令；所述的進口溫度傳感器和出口溫度傳感器分別設置在管道的進口和出口，分別采集管道進口和出口的溫度，并輸出給時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21，且兩者還接收來自時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21輸出的溫度測量指令；所述的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21接收來自上游換能器和下游換能器產(chǎn)生的超聲波信號，并將超聲波信號轉(zhuǎn)化為脈沖信號，通過SPI輸出給MCU；時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21接收來自口溫度傳感器和出口溫度傳感器采集的溫度值；所述的MCU通過SPI給時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21發(fā)送控制指令，并接收來自時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21輸出的數(shù)據(jù)，同時還將得到的數(shù)據(jù)輸出給LCD段式液晶顯示屏進行顯示；所述的LCD段式液晶顯示屏接收MCU輸出的數(shù)據(jù)，并與按鍵配合用于顯示熱量值、水流流速、進水溫度、出水溫度及錯誤顯示；MCU通過時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21分別向上游換能器、下游換能器、進口溫度傳感器和出口溫度傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)采集控制指令，并對接收的數(shù)據(jù)進行處理，得到水流流速、進水溫度值和出水溫度值；采用溫度10度至90度的溫度補償算法，其具體方法步驟如下：步驟一、進行初始化；步驟二、設置流量測量次數(shù)為N次和每次測量組數(shù)為M，1≤N≤10，1≤M≤10；步驟三、進口溫度傳感器和出口溫度傳感器分別采集進口管路和出口管路的溫度；步驟四、開始流量測量，每次測量均得到M組流量值；步驟五、判斷是否達到流量測量次數(shù)，如果達到，則進入步驟六；如果沒有達到，則返回步驟四，繼續(xù)流量測量；步驟六、采用流量濾波算法對步驟四得到的每M組流量值去除最大值和最小值，得到M-2組流量值，并對M-2組流量值求平均值為每次測量的最終流量值，N次測量共得到N個最終流量值；步驟七：讀取步驟三采集得到的溫度值，判斷溫度處于哪個區(qū)間，溫度區(qū)間如下：10-20℃、20-30℃、30-40℃、70-80℃、80-90℃，每個溫度區(qū)間對應流量的補償系數(shù)如下：10-20℃：大流量0.978，中間流量Ⅰ:0.969，中間流量Ⅱ:0.962，小流量：0.983；20-30℃：大流量0.979，中間流量Ⅰ:0.978，中間流量Ⅱ:0.962，小流量：0.978；30-40℃:大流量0.996，中間流量Ⅰ:0.982，中間流量Ⅱ:0.981，小流量：0.934；70-80℃:大流量1.021，中間流量Ⅰ:1.027，中間流量Ⅱ:1.037，小流量：1.005；80-90℃:大流量1.035，中間流量Ⅰ:1.037，中間流量Ⅱ:1.029，小流量：1.028；所述大流量為2500～5000L/h，中間流量Ⅰ為750～2500L/h，中間流量Ⅱ為250～750L/h，小流量為50～250L/h；步驟八、根據(jù)步驟七得到的溫度值所處的不同溫度區(qū)間，對步驟六得到的N個最終流量值進行流量補償，將流量值乘以補償系數(shù)得到所需的流量值；步驟九、結(jié)束。所述上游換能器和下游換能器表面材料涂層的厚度小于1.5毫米。有益效果：本專利技術(shù)采用低功耗MCU以及設定較長溫度和流量測量周期，使得超聲波熱能表靜態(tài)功耗小于10微安，采用溫度10度至90度的溫度補償算法，可以保證10度至90度流量、熱量的準確測量，且采用每個溫度區(qū)間所對應的流量補償系數(shù)，從而可以提高流量補償精度。附圖說明圖1為本專利技術(shù)全溫度補償型超聲波熱能表的原理圖。圖2為本專利技術(shù)全溫度補償方法的流程圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本專利技術(shù)進行詳細描述。如附圖1所示，本專利技術(shù)提供了一種全溫度補償型超聲波熱能表，該超聲波熱能表包括MCU、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21、LCD段式液晶顯示屏、上游換能器、下游換能器、進口溫度傳感器和出口溫度傳感器，利用MCU和時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21采集流速與溫度值，并根據(jù)Q＝C×M×△T得到熱量值，其中Ｑ為消耗熱量，Ｃ為水的比熱，Ｍ為流經(jīng)管道的水的質(zhì)量，△Ｔ為進水溫度與出水溫度差。MCU通過SPI給時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21發(fā)送控制指令，并接收來自時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21輸出的數(shù)據(jù)，同時還將得到的數(shù)據(jù)輸出給LCD段式液晶顯示屏進行顯示。時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21根據(jù)來自MCU的控制指令，并分別向上游換能器、下游換能器、進口溫度傳感器和出口溫度傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)采集控制指令，同時對接收的數(shù)據(jù)進行處理，得到水流流速、進水溫度值和出水溫度值。當時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21接收到MCU的溫度測量指令，時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21就會對測溫電路放電，通過對溫度傳感器放電時間測量，以及標準溫度電阻放電，測的放電時間，配對溫度傳感器放電時間與標準溫度電阻的比值，就可以計算出進水溫度和出水溫度。當時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21接收到MCU的流速測量指令，將上游換能器和下游換能器輸出的超聲波信號轉(zhuǎn)換為脈沖，從而得到超聲波傳播時間。流速測量原理為：水流流速與下游飛行時間減去上游飛行時間差成一定的數(shù)據(jù)關系，因此時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21測的上下游飛行時間差，就可以反推出水流流速，根據(jù)流速以及進出水溫度差，就可以得到熱量消耗，達到計量目的。LCD段式液晶顯示屏接收MCU輸出的數(shù)據(jù)，并與按鍵配合用于顯示熱量值、水流流速、進水溫度、出水溫度及錯誤顯示，當按鍵次數(shù)不同時，LCD段式液晶顯示屏就會顯示本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種全溫度補償型超聲波熱能表，其特征在于，該超聲波熱能表包括MCU、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC?GP21、LCD段式液晶顯示屏、上游換能器、下游換能器、進口溫度傳感器和出口溫度傳感器；所述的上游換能器和下游換能器分別設置在管道的上游和下游，兩者均能夠產(chǎn)生超聲波，并將超聲波信號輸出給時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC?GP21，且兩者還接收來自時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC?GP21輸出的流速測量指令；所述的進口溫度傳感器和出口溫度傳感器分別設置在管道的進口和出口，分別采集管道進口和出口的溫度，并輸出給時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC?GP21，且兩者還接收來自時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC?GP21輸出的溫度測量指令；所述的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC?GP21接收來自上游換能器和下游換能器產(chǎn)生的超聲波信號，并將超聲波信號轉(zhuǎn)化為脈沖信號，通過SPI輸出給MCU；時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC?GP21接收來自口溫度傳感器和出口溫度傳感器采集的溫度值；所述的MCU通過SPI給時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC?GP21發(fā)送控制指令，并接收來自時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC?GP21輸出的數(shù)據(jù)，同時還將得到的數(shù)據(jù)輸出給LCD段式液晶顯示屏進行顯示；所述的LCD段式液晶顯示屏接收MCU輸出的數(shù)據(jù)，并與按鍵配合用于顯示熱量值、水流流速、進水溫度、出水溫度及錯誤顯示；MCU通過時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC?GP21分別向上游換能器、下游換能器、進口溫度傳感器和出口溫度傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)采集控制指令，并對接收的數(shù)據(jù)進行處理，得到水流流速、進水溫度值和出水溫度值；采用溫度10度至90度的溫度補償算法，其具體方法步驟如下：步驟一、進行初始化；步驟二、設置流量測量次數(shù)為N次和每次測量組數(shù)為M，1≤N≤10，1≤M≤10；步驟三、進口溫度傳感器和出口溫度傳感器分別采集進口管路和出口管路的溫度；步驟四、開始流量測量，每次測量均得到M組流量值；步驟五、判斷是否達到流量測量次數(shù)，如果達到，則進入步驟六；如果沒有達到，則返回步驟四，繼續(xù)流量測量；步驟六、采用流量濾波算法對步驟四得到的每M組流量值去除最大值和最小值，得到M?2組流量值，并對M?2組流量值求平均值為每次測量的最終流量值，N次測量共得到N個最終流量值；步驟七：讀取步驟三采集得到的溫度值，判斷溫度處于哪個區(qū)間，溫度區(qū)間如下：10?20℃、20?30℃、30?40℃、70?80℃、80?90℃，每個溫度區(qū)間對應流量的補償系數(shù)如下：10?20℃：大流量0.978，中間流量Ⅰ:0.969，中間流量Ⅱ:0.962，小流量：0.983；20?30℃：大流量0.979，中間流量Ⅰ:0.978，中間流量Ⅱ:0.962，小流量：0.978；30?40℃:大流量0.996，中間流量Ⅰ:0.982，中間流量Ⅱ:0.981，小流量：0.934；70?80℃:大流量1.021，中間流量Ⅰ:1.027，中間流量Ⅱ:1.037，小流量：1.005；80?90℃:大流量1.035，中間流量Ⅰ:1.037，中間流量Ⅱ:1.029，小流量：1.028；所述大流量為2500～5000L/h，中間流量Ⅰ為750～2500L/h，中間流量Ⅱ為250～750L/h，小流量為50～250L/h；步驟八、根據(jù)步驟七得到的溫度值所處的不同溫度區(qū)間，對步驟六得到的N個最終流量值進行流量補償，將流量值乘以補償系數(shù)得到所需的流量值；步驟九、結(jié)束。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種全溫度補償型超聲波熱能表，其特征在于，該超聲波熱能表包括MCU、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21、LCD段式液晶顯示屏、上游換能器、下游換能器、進口溫度傳感器和出口溫度傳感器；所述的上游換能器和下游換能器分別設置在管道的上游和下游，兩者均能夠產(chǎn)生超聲波，并將超聲波信號輸出給時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21，且兩者還接收來自時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21輸出的流速測量指令；所述的進口溫度傳感器和出口溫度傳感器分別設置在管道的進口和出口，分別采集管道進口和出口的溫度，并輸出給時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21，且兩者還接收來自時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21輸出的溫度測量指令；所述的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21接收來自上游換能器和下游換能器產(chǎn)生的超聲波信號，并將超聲波信號轉(zhuǎn)化為脈沖信號，通過SPI輸出給MCU；時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21接收來自進口溫度傳感器和出口溫度傳感器采集的溫度值；所述的MCU通過SPI給時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21發(fā)送控制指令，并接收來自時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21輸出的數(shù)據(jù)，同時還將得到的數(shù)據(jù)輸出給LCD段式液晶顯示屏進行顯示；所述的LCD段式液晶顯示屏接收MCU輸出的數(shù)據(jù)，并與按鍵配合用于顯示熱量值、水流流速、進水溫度、出水溫度及錯誤顯示；MCU通過時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21分別向上游換能器、下游換能器、進口溫度傳感器和出口溫度傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)采集控制指令，并對接收的數(shù)據(jù)進行處理，得到水流流速、進水溫度值和出水溫度值；采用溫度10度至90度的溫度補償算法，其具體方法步驟如下：步驟一、進行初始化；步驟二、設置流量測量次數(shù)為N次和每次測量組數(shù)為M，1≤N≤10，1≤M≤10；步驟三、進口溫度傳...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王世程，董偉，劉福強，劉磊，
申請(專利權(quán))人：中國航天科技集團公司第五研究院第五一三研究所，山東省德魯計量科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37