专利名称：智能热量表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种以水为介质的供热量计量智能热量表。
背景技术：
目前，集中供热作为城市基础设施，在节约能源、减少环境污染、改善人民生活质量等方面的优点早已成为社会共识。但是长期以来我国的集中供热都是采用计划经济体制下的包费制，随着供热面积的不断扩大，这种供热收费管理体制与市场经济经营机制越来越不相适应。
建设部《建筑节能“九.五”计划和2010年规划》的发展目标中明确指出“对集中供暖的民用建筑安装使用热表及有关调节设备并按表计量收费的工作，1998年通过试点取得成效，开始推广；2000年在重点城市成片推行；2010年基本完成”。在经济发达国家，户用供暖热表的使用已经相当普遍。热表作为热力公司向每个供暖受益者(住户)计价收费的手段和依据，也已广泛被用户接受，而且节能达到20-30％。对中国来说，供暖计量收费势在必行，但目前尚无合适的热量表可供使用。
发明内容
本实用新型的目的是设计一种计热可靠、安装使用方便的智能热量表。
本实用新型的技术方案是一种智能热量表，包括与安装在供水管道上的旋翼式流量计、安装在流量计之前的供水管道上的供水温度传感器、安装在回水管道上的回水温度传感器，其特征是所述的旋翼式流量计、供水温度传感器、回水温度传感器的输出端均与单片机相应的输入/输出脚相连，单片机的输出端与相应的显示装置相连。
显示装置可为LCD显示屏，该LCD显示屏可为单片机自驱动，也可通过相应的与单片机相连的驱动模块驱动的外接式LCD显示屏。
单片机连接有远程数据传输用通讯接口电路。
旋翼式流量计的输出端接单片机的P1.7脚，供水温度传感器的输出端接单片机的P1.2脚，回水温度传感器的输出端通过电阻R2接单片机的1.5脚。
本实用新型的有益效果1、解决了市场急需，为分户计热提供了可靠的计量设备，有利于取暖收费的公平、公正，可从硬件措施上迫使用户提高节能意识，改变过去用多用少一个样的固定式缴费模式，改为多用多付费，可使用户自觉改变过去不良的用热习惯。
2、结构简单。利用单片机作为计算器，通过传感器采集的进、回水温度和公认的热量计算公式自动计算经过用户供水管的热量损失得出相应的用热量。
3、安装使用方便。
图1是本实用新型的结构安装结构示意图。
图2是本实用新型的结构框图。
图3是本实用新型的电路图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1～3所示。
一种智能热量表，包括与安装在供水管道上的旋翼式流量计1(型号可为DN15、20、25、40)、安装在流量计1之前的供水管道7上的供水温度传感器2(型号可为Pt1000)、安装在回水管道8上的回水温度传感器3(型号可为Pt1000)，如图1、2所示，旋翼式流量计1、供水温度传感器2、回水温度传感器的输出端3均与单片机4(型号可为MSP430FW427)相应的输入/输出脚相连，单片机4的输出端与相应的LCD显示屏5相连，此外，单片机4还连接有远程数据传输用通讯接口电路6。本实施例的旋翼式流量计1实际上相当于一个传感器，其产生的用于本身计量的信号可同时发送至单片机4中。
本实施例的电路图如图3所示。
旋翼式流量计1的输出端接单片机4的P1.7脚，供水温度传感器2的输出端接单片机4的P1.2脚，回水温度传感器3的输出端通过电阻R2接单片机的1.5脚。
本实用新型的测量原理为流量计1测量出流经热交换系统的含有一定杂质的热水流量，并将测量结果以脉冲形式传送给单片机4，单片机4再通过与之相连的配对温度传感器2、3测出热交换系统的进口和出口水温，随后根据以下方程计算出系统释放的热量Q＝∫ρq v Δhdτ式中Q热交换系统释放的热量。
ρ流经热交换系统的水的密度kg/m3qv流经热交换系统的水的密度m3/h。
τ时间(h)。
Δh在热交换系统的入口和出口温度下，水的焓值差。
下面对上述实施例的设计过程和参数选择作进一步的说明一、设计依据依据中华人民共和国城镇建设行业标准《CJ-128-2000》及国家质检计量局《JJG-125-2001》。
1、设计目标在保证功耗的前提下，能够正常完成流量信号和两路温度信号的采集工作，并经运算处理后得到循环系统正确的放热热量，以及其它必须的辅助数据，最后再把结果正确地显示在液晶显示器。另外，热量表还要具备故障检测和远传通讯功能。
2、设计参数计算显示器(即单片机4及与这相连的LED显示器的组合体)温度范围4℃～95℃环境条件符合CJ 128-2000环境条件B级。
电源内装锂电池，3.6V电池寿命大于6年传感器铂热电阻Pt1000探头直径5.2mm连线1.5mm流量传感器公称直径20mm公称流量2.5/h最小流量0.05/h最大流量5m3/h工作压力＜＝1.0Mpa工作温度＜＝90℃计量单位采用国际标准热计量单位兆焦耳(MJ)或KWh。消耗热量最小计算单位焦耳(J)。
二.技术要求总体性能指标必须满足国家行业标准《热量表》(CJ 128-2000)及《JJG 225-2001》对单片机规定的各项指标，详细技术要求如下1、CPU选择CPU选用TI公司MSP430系列MSP430FW427。
2、电源3.6伏电池。当电源电压不足时，在显示部分给出明确的提示。
3、温度传感器韦根或电感无磁
4、温度传感器温度传感器采用PT1000。通过MSP430芯片内自带的比较器实现16位的AD测量精度，采样分辨率0.01℃。
5、电子日历电子日历采用MSP430芯片内置的RTC，采用内部时钟系统进行时间计时。利用32768手表晶振可以做到精确的计时，计时范围100年。
6、LCD显示片内自带LCD驱动模块，可以驱动96段液晶进行显示。
7、按键共有两个按键显示键和检定键(1)依次按显示键LCD将显示瞬时流量-＞进水温度-＞出水温度-＞累积流量-＞累积热量-＞年月日-＞时分秒-＞故障代码-＞故障时间 (2)按检定键进入检定状态。
8、工作环境<1>、环境温度B级<2>、相对湿度＜93％<3>、电路板PCB应经防水处理。计算器能够通过国家行业标准《热量表》(CJ 128-2000)规定的干热环境、冷却环境、恒定湿热环境、循环湿热环境、电源电压变化以及电磁兼容性试验。
9、计算器功耗<1>、CPU平时处于休眠状态，以0.01M3/H的流量信号通过时处于唤醒状态。
<2>、LCD显示平时处于休眠状态，当进入检定设置及抄表状态进入显示。
<3>计算器在热量表正常工作条件下(q＝1.0m3/h左右)的平均功耗要小于15μA(包括显示器)。
10、温度测量<1>、温度传感器选用PT1000铂电阻，随设计任务书提供分度值表。
<2>、温度测量范围0～100℃，对应于PT1000铂电阻的阻值为1000～1385.055Ω。
<3>、显示分辨率a、进、出水温度的分辨率应达到0.01℃。
b、进、出水温差的分辨率应达到0.01℃。
c、热量的分辨率应达到0.001kWh或0.001MJ。
d、累计流量的分辨率应达到0.00001m3。
<4>、准确值计算器单个温度通道的准确度在±0.003℃以内。
<5>激励电流温度测量的激励电流≤500μA。
<6>、测量时间a、温度测量持续时间不超过100ms。
b、实时测量，每16秒运算一次。
11、流量测量与计算<1>、计算器能精确处理并显示0.05m3/h--7m3/h的流量信号。
<2>、数据处理。
工作状态下，实时测量，实时处理数据。
12、热量测量与计算<1>、计量单位kWh<2>、测量与计算周期工作状态下，每16秒测量并计算一次<3>、当进、出水温度传感器及流量计发生故障时，停止热量运算，并分别记录故障原因及故障时间。
13、数据保护有两种保护功能定时保护和电源中断保护。在正常运行时，在有流量的情况下每天进行一次数据保护。当计算器供电突然中断时，计算器再进行一次重要数据保护。被保护的数据有累积热量、累积流量、累积工作时间和故障起止年月日、时分秒。对保护和断电保护的数据应具有不同的数据区，在电源恢复后，计算器判断断电时所保护数据的完整性，如完整则恢复此数据，否则恢复定时保护数据。
14、数据通讯<1>、能通过RS485、M-BUS接口或红外接口进行数据交换，以实现远程抄表。(此功能为可选配置，生产时可通过选择是否焊接某些器件以决定产品是否具备此功能。相关器件的焊接与否不应影响软件结构和系统运行的可靠性)。
<2>、预留射频卡功能升级空间和源程序。
15、数据储存重要数据储存应＞10年。
三、功能要求计算器的显示功能有用户回路、检定回路两个菜单。显示器在工作状态下，如在用户回路，超过3分钟无动作自动休眠；如在检定回路超过1小时无动作自动休眠。不论从何处进入休眠状态，从休眠状态唤醒后重新回到用户菜单的起始点。
1.用户回路菜单该回路主要面向用户，为用户提供必要的使用信息。
2、累积热量连续记录循环回路消耗或吸收的热量。单位KWH；显示到小数点后三为，即0.001KWH，累积显示。当显示数据大于99999.999KWH时，将显示精度降到1KWH，使最大显示范围达到99999999KWH，数据益处自动归零。
3、累积流量连续记录介质流经循环回路的体积。单位m3；当工作状态显示到小数点后三位，即0.001m3，累积显示。当显示数据大于99999.999m3时，将显示精度降到1m3，使最大显示范围达到99999999m3，数据益处自动归零。当进入检定状态显示到小数点后五位，即0.00001m3。
4、进水温度单位℃，有效位数0.001℃。
5、出水温度单位℃，有效位数0.01℃。
6、温差单位℃，有效位数0.01℃。
7、瞬时流量单位m3/h，有效位数0.001m3/h，数据显示间隔小于10秒。
8.工作时间记录热量表出厂后的累计工作时间，单位为小时。
9、故障时间当热量表没有故障发生时，故障代码菜单不显示，直接转到累计热量代码菜单；当发生故障时，显示引起故障的原因代码。该代码应有明确的解释并简洁易记。当出现“电量不足”故障时，要把重要数据累积热量、累计流量、累积工作时间以及故障时间保存下来(见5.8数据保护部分)。当排除故障后，显示恢复正常，热量表根据累积热量和工作时间，计算出发生故障这段时间所消耗的热量，计算公式为故障期用热量Kwh故障时间*当日最大瞬时用热量，并加入到累积热量中。
10、参数补偿设定温度量程参数设定0℃～30℃、30℃～60℃、60℃～90℃温度补偿，以及为满足温度测量精度而设定的其它范围的温度补偿参数设定(50L/H～100L/h、100L/h～500L/h、500L/h～1000L/h、1000L/h～1500L/h、1500L/h～3250L/h、3250L/h～5000L/h)热量补偿参数设定，以及由乙方为满足热量计算精度而设定的其它补偿参数设定(含温度范围的热量补偿)；参数设定功能的进入应做到保密性，即无特权即无法进入，操作应尽量简单易行。
11.热量值的计算应参照热力学有关压力与密度，进而影响热焓值温度对于热焓值影响的相关计算公式(经验公式)，对于不同压力下(用流量值间接判断)，不同温度下的等体积的水的质量进行修正，并选择用质量计算热量的公式计算出热量，如无法按公式进行质量修正，则应选用补偿表法进行修正。
12.检定回路菜单此功能为质量和故障维护时提供更为详细的信息，无论在检定菜单如何操作，都不影响用户的计量精度。
13、当进入检定功能后，显示系统应处于常显状态。各项参数进入实时检测状态，并能够依据各检测数据实时计算和显示相关数据，要求显示更新时间小于15秒，如未达到采样时间，可参照用插值预估，测值补正的办法实现数据的实时显示，但相应数据测量的间隔时间应能在保证测量精度的条件下，达到最短。
权利要求1.一种智能热量表，包括与安装在供水管道上的旋翼式流量计、安装在旋翼式流量计之前的供水管道上的供水温度传感器、安装在回水管道上的回水温度传感器，其特征是所述的旋翼式流量计、供水温度传感器、回水温度传感器的输出端均与单片机相应的输入/输出脚相连，单片机的输出端与相应的显示装置相连。
2.根据权利要求1所述的智能热量表，其特征是所述的显示装置为LED显示屏。
3.根据权利要求1所述的智能热量表，其特征是单片机连接有远程数据传输用通讯接口电路。
4.根据权利要求1所述的智能热量表，其特征是旋翼式流量计的输出端接单片机的P1.7脚，供水温度传感器的输出端接单片机的P1.2脚，回水温度传感器的输出端通过电阻R2接单片机的1.5脚。
专利摘要本实用新型公开了一种计热可靠、安装使用方便的热量表，包括与安装在供水管道上的旋翼式流量计、安装在旋翼式流量计之前的供水管道上的供水温度传感器、安装在回水管道上的回水温度传感器，其特征是所述的旋翼式流量计、供水温度传感器、回水温度传感器的输出端均与单片机相应的输入/输出脚相连，单片机的输出端与相应的显示装置相连。
文档编号G01K17/00GK2804826SQ200520073670
公开日2006年8月9日 申请日期2005年7月18日 优先权日2005年7月18日
发明者吴兴中 申请人:吴兴中