专利名称：集流量和温度统一测量的超声波热量表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种超声波热量表的改进，具体地说是一种以高精度时间间 隔测量技术来测量流量和温度的集流量和温度统一测量的超声波热量表。
背景技术：
热量计量装置是对热量进行定量计量的装置，需要计量的参数有热功率、 累计热量、累计流量等。而其需要测量的基本参数只有两个瞬时流量和温度(进 水温度、回水温度)，其他量都是由这两个基本量计算获得。因此这两个基本量 测量得是否准确便直接影响到整个热量计量的准确性。当前，对瞬时流量的测 量主要有两种机械式和超声波式；对温度的测量也有两种AD转换式和比较 测量式。机械式测量流量有其固有的缺点受水质的影响较大、易阻塞、机械 转动部分易磨损出现测量不准确，对水流阻力大，所以很少用。超声波热表是 当前热量计量装置的发展趋势。利用超声波在不同流速的水流中传播时间不同 的原理，其核心是超声波传播时间的测量。但从目前的时间间隔测量技术来看， 其不足在于 一是测量精度达不到要求，二是电路复杂，三是测量稳定性差。 温度测量一般是用铂电阻，通过铂电阻的阻值与 度的对应关系获得温度。因 此温度的测量本质是铂电阻阻值的测量。AD转换的方法测量电阻，其不足在于 一是功耗大，二是不利于低功耗运行。而比较法测量是利用电容通过电阻的放 电时间与阻值成正比的关系，先测量一个标准电阻的放电时间，再测量铂电阻 放电时间，则铂电阻与标准电阻的阻值之比就等同于放电时间之比，因此，其 测量精度取决与放电时间的测量。目前所使用的超声波热量表，其结构包括壳体、液晶显示屏、査询按键、线路板构成，在壳体的后壁上设有传感器插入孔， 在壳体的后壁内侧设有电池安装腔，在线路板上设有中央处理器、温度测量电 阻电容充放电电路、流量测量脉冲整形模拟信号电路以及各自相对应的芯片和 热量脉冲电路、485通讯电路、红外通讯电路、双电源电路、液晶显示电路，从 结构中看出，流量测量中超声波传播时间的测量和温度测量中的电阻电容充放 电时间的测量是由不同的芯片分开测量的，且超声波传播时间是用计数法或双 锁相环法测量，因此便存在以下缺点1、精度不高、实现复杂、电流消耗大； 2、由于放电时间的测量是利用单片机内部的定时器测量，受定时器位数和单片 机运行速率的限制，所以测量精度也不高；3、由于流量和温度为分开测量，致
使超声波热量表的结构复杂化。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、体积小、测量精度高、只用一个 芯片即可完成流量和温度测量的集流量和温度统一测量的超声波热量表。
为达到以上目的，本实用新型所采用的技术方案是该集流量和温度统一测 量的超声波热量表，由壳体、盖板、液晶显示屏、查询按键、线路板构成，在 壳体的后壁上侧设有传感器插孔，在壳体的后壁中部设有电池安装盒，线路板 安装在壳体内，在线路板上设有中央处理器、温度测量电阻电容充放电电路、
流量测量脉冲整形模拟信号电路、热量脉冲电路、485通讯电路、红外通讯电路、 双电源电路和液晶显示电路，红外通讯电路、485通讯电路均与中央处理器相互 连接，中央处理器与液晶显示电路、热量脉冲电路和査询按键相连接，双电源 电路与中央处理器相连接，其特征在于中央处理器与高精度时间间隔测量芯片 相互连接，高精度时间间隔测量芯片同时与流量测量脉冲整形模拟信号电路和温度测量电阻电容充放电电路相互连接。 本实用新型还通过如下措施实施
所述的高精度时间间隔测量芯片是采用德国ACAM公司生产的高精度时间
间隔测量芯片TDC-GP2专利产品。
所述的温度测量电阻电容充放电电路，包括反相器U20、电容C12、精密1K 标准电阻R26和铂电阻R25组成，铂电阻R25接高精度时间间隔测量芯片的18 脚，其充放电电容C12为C0.1uF超低失真多层陶瓷电容器,由太阳诱电公司生产， 反相器U20为NC7S14，具有施密特触发输入和高速、低功耗的特性，其作用是 监测放电过程的开始和结束。
所述的流量测量脉冲整形模拟信号电路，包括开始信号Start整形电路和结束 信号Stop整形电路，开始信号Start整形电路的三个接线分别接高精度时间间隔 测量芯片的5、 31、 6脚，开始信号Start整形电路的另一端接上、下游换能器； 结束信号Stop整形电路的三个接线分别接高精度时间间隔测量芯片的5、 6、 30 脚。所述的双二极管为BAT754C。
所述的中央处理器为MSP430F415，是TI公司生产的超低功耗16单片机， 与高精度时间间隔测量芯片通过SPI总线连接。
所述的红外通讯电路、485通讯电路都是数据通讯的不同方式，通讯协议符 合国标CJ/T 188-2004标准规定。所述的热量脉冲电路，按设定的脉冲宽度和脉 冲当量发出热量对应的脉冲。这些都是现有技术，故不多述。
使用本实用新型时，需安装在超声波管道上，超声波管道是一段安装于散热 装置之前的直管段，由管道、上游和下游超声波换能器、反射片构成，用作超声波流量测量，此也为现有技术，故不做多述。
所述双电源电路为电池和市电都可供电的电路。所述査询按键和LCD液晶 显示屏可通过査询按键和LCD液晶显示屏査看当前计量数据、历史计量数据、 故障记录等信息。
本实用新型的有益效果在于与目前使用的超声波热量表相比，由于用一个 芯片同时测量流量和温度，所以使超声波热表的结构大大简化和微型化；由于 采用专用的可精确到皮秒级的高精度时间间隔测量芯片，所以使测量的精度和 准确性大大提高；由于采用了专用芯片，使中央处理器简化了程序结构，有更 多时间和资源专注于数值计算和数据通讯、数据存储等其他功能，增强了系统 的稳定性和可靠性；由于为全电子测量，无机械活动部分，所以不易损坏、使 用寿命长。
图l为本实用新型结构前视示意图。 图2为本实用新型结构左视示意图。 图3为本实用新型电路原理框图。
图4为本实用新型高精度时间间隔测量芯片电路原理示意图。 图5为本实用新型的流量测量整形电路的开始信号Start整形电路示意图。 图6为本实用新型的流量测量整形电路的结束信号Stop整形电路示意图。 图7为本实用新型温度测量电阻电容充放电电路示意图。
具体实施方式
参照附图l、 2、 3、 4、 5、 6、 7制作本实用新型。该集流量和温度统一测量 的超声波热量表，由壳体l、盖板2、液晶显示屏3、查询按键4、线路板构成，在壳体1的后壁上侧设有传感器插孔5，在壳体1的后壁中部设有电池安装盒 15，线路板安装在壳体l内，在线路板上设有中央处理器6、温度测量电阻电容
充放电电路7、流量测量脉冲整形模拟信号电路8、热量脉冲电路9、 485通讯 电路10、红外通讯电路11、双电源电路12和液晶显示电路13，红外通讯电路 11、 485通讯电路10均与中央处理器6相互连接，中央处理器6与液晶显示电 路13、热量脉冲电路9和査询按键4相连接，双电源电路12与中央处理器6相 连接，其特征在于中央处理器6与高精度时间间隔测量芯片14相互连接，高精 度时间间隔测量芯片14同时与流量测量脉冲整形模拟信号电路8和温度测量电 阻电容充放电电路7相互连接。
所述的高精度时间间隔测量芯片14是采用德国ACAM公司生产的高精度时 间间隔测量芯片TDC-GP2专利产品，利用数字延迟线技术使时间间隔的测量精 度提高到65皮秒，专门用于对超声波传播时间和铂电阻放电时间进行高精度的
所述的温度测量电阻电容充放电电路7，包括反相器U20、电容C12、精密 1K标准电阻R26和铂电阻R25组成，铂电阻R25接高精度时间间隔测量芯片 14的18脚，对室温进行测量，通过温度测量电阻电容充放电电路7作为配合高 精度时间间隔测量芯片14对铂电阻的充放电时间进行测量，其充放电电容C12 为CO.luF超低失真多层陶瓷电容器，由太阳诱电公司生产，为测量提供稳定可 靠的电容，反相器U20监测放电过程的开始和结束。
所述的流量测量脉冲整形模拟信号电路8，包括开始信号Start整形电路和结 束信号Stop整形电路，开始信号Start整形电路的三个接线分别接高精度时间间 隔测量芯片14的5、 31、 6脚，开始信号Start整形电路的另一端接上、下换能器;结束信号Stop整形电路的三个接线分别接高精度时间间隔测量芯片14的5、 6、 30脚。通过流量测量脉冲整形模拟信号电路8，用作配合高精度时间间隔测 量芯片14对超声波管道中水流的流量进行测量。脉冲整形，其任务是为高精度 时间间隔测量芯片14提供时间测量所需要的Start开始信号和Stop结束信号。 当高精度时间间隔测量芯片14发出超声波换能器的驱动脉冲后，双二极管Dl 立即将此信号送到时间测量单元的Start端，作为开始信号。回波到达后，通过 一阈值可调的高速滞回比较器LMV7239将纺锤形的回波整形成脉冲，送到时间 测量单元的Stop端，作为结束信号。则超声波在管道中的传播时间即是Start 和Stop之间的时间。通过模拟开关NLASB3157切换测量超声波的顺流传播时 间和逆流传播时间即可计算出管道中水流的流量。所述的双二极管为BAT754C。
所述的中央处理器6为MSP430F415，是TI公司生产的超低功耗16单片机， 具有丰富的外设和极低的运行电流，并可通过设置不同的运行模式进入不同的
省电模式，进一步降低功耗。中央处理器MSP430F415负责整个程序的运行，
并于其他部分配合完成相对应的功能。其与高精度时间间隔测量芯片14通过'SPI
总线连接，对流量和温度测量进行配置，并发出测量命令；测量结束后通过SPI
总线将结果读出，做进一步的数值计算和处理。
所述的红外通讯电路11、 485通讯电路10都是数据通讯的不同方式，通讯
协议符合国标CJ/T 188-2004标准规定。所述的热量脉冲电路9，按设定的脉冲 宽度和脉冲当量发出热量对应的脉冲。这些都是现有技术，故不多述。
权利要求1、一种集流量和温度统一测量的超声波热量表，由壳体(1)、盖板(2)、液晶显示屏(3)、查询按键(4)、线路板构成，在壳体(1)的后壁上侧设有传感器插孔(5)，在壳体(1)的后壁中部设有电池安装盒(15)，线路板安装在壳体(1)内，在线路板上设有中央处理器(6)、温度测量电阻电容充放电电路(7)、流量测量脉冲整形模拟信号电路(8)、热量脉冲电路(9)、485通讯电路(10)、红外通讯电路(11)、双电源电路(12)和液晶显示电路(13)，红外通讯电路(11)、485通讯电路(10)均与中央处理器(6)相互连接，中央处理器(6)与液晶显示电路(13)、热量脉冲电路(9)和查询按键(4)相连接，双电源电路(12)与中央处理器(6)相连接，其特征在于在线路板的下侧设有高精度时间间隔测量芯片(14)，中央处理器(6)与高精度时间间隔测量芯片(14)相互连接，高精度时间间隔测量芯片(14)同时与流量测量脉冲整形模拟信号电路(8)和温度测量电阻电容充放电电路(7)相互连接。
2、 根据权利要求1所述的集流量和温度统一测量的超声波热量表，其特征 在于所述的温度测量电阻电容充放电电路(7)，包括反相器U20、电容C12、精 密1K标准电阻R26和铂电阻R25组成，铂电阻R25接高精度时间间隔测量芯 片(14)的18脚。
3、根据权利要求1所述的集流量和温度统一测量的超声波热量表，其特征 在于所述的流量测量脉冲整形模拟信号电路(8)，包括开始信号Start整形电路 和结束信号Stop整形电路，开始信号Start整形电路的三个接线分别接高精度时 间间隔测量芯片(14)的5、 31、 6脚，开始信号Start整形电路的另一端接上、 下游换能器；结束信号Stop整形电路的三个接线分别接高精度时间间隔测量芯 片(14)的5、 6、 30脚。
专利摘要本实用新型公开了一种集流量和温度统一测量的超声波热量表，由壳体(1)、盖板(2)、液晶显示屏(3)、查询按键(4)、线路板构成，其特征在于在线路板的下侧设有高精度时间间隔测量芯片(14)，中央处理器(6)与高精度时间间隔测量芯片(14)相互连接，高精度时间间隔测量芯片(14)同时与流量测量脉冲整形模拟信号电路(8)和温度测量电阻电容充放电电路(7)相互连接。该集流量和温度统一测量的超声波热量表，由于用一个芯片同时测量流量和温度，所以使超声波热表的结构大大简化和微型化；由于为全电子测量，无机械活动部分，所以不易损坏、使用寿命长。
文档编号G01K7/20GK201392255SQ20092002119
公开日2010年1月27日 申请日期2009年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者王士莹, 高绍亭 申请人:山东力创科技有限公司