智能超低功耗超聲熱量表的研究與開(kāi)發(fā).pdf

1、目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的熱量表產(chǎn)品，其流量測(cè)量部件多采用葉輪結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)水質(zhì)要求較高，葉輪材質(zhì)及結(jié)構(gòu)受溫度影響大，并且對(duì)于戶用小流量流體測(cè)量精度不高。針對(duì)這些缺點(diǎn)，研制了以超聲波流量測(cè)量為原理的低功耗超聲式熱量表。從世界范圍內(nèi)看，低功耗超聲熱量表也是供熱系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展需求。 本文首先對(duì)超聲波熱量表的研究背景和意義以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀等進(jìn)行了綜述性介紹，并對(duì)目前熱量表亟待解決的難題和主要研究?jī)?nèi)容作了介紹。 其次，在深入探討現(xiàn)代超聲

2、檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，本文采用了固定短管式Z式超聲探頭配置方式，插入型管道安裝。提出了超聲多次連續(xù)低壓脈沖激發(fā)，磁環(huán)濾波技術(shù)極大地降低了超聲處理功耗，為系統(tǒng)整體低功耗設(shè)計(jì)有著巨大貢獻(xiàn)。同時(shí)突破以往的回波處理技術(shù)，設(shè)計(jì)了全新的不對(duì)稱RC構(gòu)成的雙T選頻濾波網(wǎng)絡(luò)放大器作為自動(dòng)增益放大器，保證了在回波信號(hào)不失真的情況下有效地濾除干擾信號(hào)，放大微弱回波信號(hào)。對(duì)于回波工作點(diǎn)的確定，提出了基于多脈沖測(cè)量法的計(jì)數(shù)一搜索算法，保證了回波準(zhǔn)確無(wú)誤的判斷，大大提

3、高了時(shí)差計(jì)量精度，進(jìn)而提高了流量檢測(cè)精度。對(duì)于超聲波的時(shí)差法，設(shè)計(jì)出獨(dú)特的充放電電路間接測(cè)量方案，解決了小管徑、低流速情況下計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)精度問(wèn)題。文中也對(duì)超聲流量測(cè)量誤差做了理論上的分析。 第三，本文提出了類∑一△算法，結(jié)合單片機(jī)自帶的內(nèi)部比較器實(shí)現(xiàn)了高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換。這種方法具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、成本低、溫度測(cè)量實(shí)時(shí)性好、穩(wěn)定性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)。 第四，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的熱量算法分析，考慮到比熱容c和載熱流體密度p都是與溫度和壓

4、力相關(guān)的函數(shù)，本文在改進(jìn)的算法中將這兩個(gè)參量作為溫度的變量考慮，采用查表法計(jì)算，該算法比較簡(jiǎn)單，避免了對(duì)溫度和密度進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)校正。并且，對(duì)于實(shí)測(cè)溫度，采用線性插值法，通過(guò)與其距離最近的點(diǎn)計(jì)算相應(yīng)的焓值，從而得出該時(shí)刻消耗的熱量，保證測(cè)量精度。 第五，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)過(guò)程，選用低功耗單片機(jī)MSP430F448開(kāi)發(fā)超聲熱量表的電子控制單元，完成硬件電路和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了超聲熱量表的高度智能化和超低功耗。