專利名稱：集流量和溫度統(tǒng)一測量的超聲波熱量表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種超聲波熱量表的改進(jìn)，具體地說是一種以高精度時間間 隔測量技術(shù)來測量流量和溫度的集流量和溫度統(tǒng)一測量的超聲波熱量表。
背景技術(shù)：
熱量計量裝置是對熱量進(jìn)行定量計量的裝置，需要計量的參數(shù)有熱功率、 累計熱量、累計流量等。而其需要測量的基本參數(shù)只有兩個瞬時流量和溫度(進(jìn) 水溫度、回水溫度)，其他量都是由這兩個基本量計算獲得。因此這兩個基本量 測量得是否準(zhǔn)確便直接影響到整個熱量計量的準(zhǔn)確性。當(dāng)前，對瞬時流量的測 量主要有兩種機(jī)械式和超聲波式；對溫度的測量也有兩種AD轉(zhuǎn)換式和比較 測量式。機(jī)械式測量流量有其固有的缺點受水質(zhì)的影響較大、易阻塞、機(jī)械 轉(zhuǎn)動部分易磨損出現(xiàn)測量不準(zhǔn)確，對水流阻力大，所以很少用。超聲波熱表是 當(dāng)前熱量計量裝置的發(fā)展趨勢。利用超聲波在不同流速的水流中傳播時間不同 的原理，其核心是超聲波傳播時間的測量。但從目前的時間間隔測量技術(shù)來看， 其不足在于 一是測量精度達(dá)不到要求，二是電路復(fù)雜，三是測量穩(wěn)定性差。 溫度測量一般是用鉑電阻，通過鉑電阻的阻值與 度的對應(yīng)關(guān)系獲得溫度。因 此溫度的測量本質(zhì)是鉑電阻阻值的測量。AD轉(zhuǎn)換的方法測量電阻，其不足在于 一是功耗大，二是不利于低功耗運(yùn)行。而比較法測量是利用電容通過電阻的放 電時間與阻值成正比的關(guān)系，先測量一個標(biāo)準(zhǔn)電阻的放電時間，再測量鉑電阻 放電時間，則鉑電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值之比就等同于放電時間之比，因此，其 測量精度取決與放電時間的測量。目前所使用的超聲波熱量表，其結(jié)構(gòu)包括殼體、液晶顯示屏、査詢按鍵、線路板構(gòu)成，在殼體的后壁上設(shè)有傳感器插入孔， 在殼體的后壁內(nèi)側(cè)設(shè)有電池安裝腔，在線路板上設(shè)有中央處理器、溫度測量電 阻電容充放電電路、流量測量脈沖整形模擬信號電路以及各自相對應(yīng)的芯片和 熱量脈沖電路、485通訊電路、紅外通訊電路、雙電源電路、液晶顯示電路，從 結(jié)構(gòu)中看出，流量測量中超聲波傳播時間的測量和溫度測量中的電阻電容充放 電時間的測量是由不同的芯片分開測量的，且超聲波傳播時間是用計數(shù)法或雙 鎖相環(huán)法測量，因此便存在以下缺點1、精度不高、實現(xiàn)復(fù)雜、電流消耗大； 2、由于放電時間的測量是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時器測量，受定時器位數(shù)和單片 機(jī)運(yùn)行速率的限制，所以測量精度也不高；3、由于流量和溫度為分開測量，致
使超聲波熱量表的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、測量精度高、只用一個 芯片即可完成流量和溫度測量的集流量和溫度統(tǒng)一測量的超聲波熱量表。
為達(dá)到以上目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是該集流量和溫度統(tǒng)一測 量的超聲波熱量表，由殼體、蓋板、液晶顯示屏、查詢按鍵、線路板構(gòu)成，在 殼體的后壁上側(cè)設(shè)有傳感器插孔，在殼體的后壁中部設(shè)有電池安裝盒，線路板 安裝在殼體內(nèi)，在線路板上設(shè)有中央處理器、溫度測量電阻電容充放電電路、
流量測量脈沖整形模擬信號電路、熱量脈沖電路、485通訊電路、紅外通訊電路、 雙電源電路和液晶顯示電路，紅外通訊電路、485通訊電路均與中央處理器相互 連接，中央處理器與液晶顯示電路、熱量脈沖電路和査詢按鍵相連接，雙電源 電路與中央處理器相連接，其特征在于中央處理器與高精度時間間隔測量芯片 相互連接，高精度時間間隔測量芯片同時與流量測量脈沖整形模擬信號電路和溫度測量電阻電容充放電電路相互連接。 本實用新型還通過如下措施實施
所述的高精度時間間隔測量芯片是采用德國ACAM公司生產(chǎn)的高精度時間
間隔測量芯片TDC-GP2專利產(chǎn)品。
所述的溫度測量電阻電容充放電電路，包括反相器U20、電容C12、精密1K 標(biāo)準(zhǔn)電阻R26和鉑電阻R25組成，鉑電阻R25接高精度時間間隔測量芯片的18 腳，其充放電電容C12為C0.1uF超低失真多層陶瓷電容器,由太陽誘電公司生產(chǎn)， 反相器U20為NC7S14，具有施密特觸發(fā)輸入和高速、低功耗的特性，其作用是 監(jiān)測放電過程的開始和結(jié)束。
所述的流量測量脈沖整形模擬信號電路，包括開始信號Start整形電路和結(jié)束 信號Stop整形電路，開始信號Start整形電路的三個接線分別接高精度時間間隔 測量芯片的5、 31、 6腳，開始信號Start整形電路的另一端接上、下游換能器； 結(jié)束信號Stop整形電路的三個接線分別接高精度時間間隔測量芯片的5、 6、 30 腳。所述的雙二極管為BAT754C。
所述的中央處理器為MSP430F415，是TI公司生產(chǎn)的超低功耗16單片機(jī)， 與高精度時間間隔測量芯片通過SPI總線連接。
所述的紅外通訊電路、485通訊電路都是數(shù)據(jù)通訊的不同方式，通訊協(xié)議符 合國標(biāo)CJ/T 188-2004標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。所述的熱量脈沖電路，按設(shè)定的脈沖寬度和脈 沖當(dāng)量發(fā)出熱量對應(yīng)的脈沖。這些都是現(xiàn)有技術(shù)，故不多述。
使用本實用新型時，需安裝在超聲波管道上，超聲波管道是一段安裝于散熱 裝置之前的直管段，由管道、上游和下游超聲波換能器、反射片構(gòu)成，用作超聲波流量測量，此也為現(xiàn)有技術(shù)，故不做多述。
所述雙電源電路為電池和市電都可供電的電路。所述査詢按鍵和LCD液晶 顯示屏可通過査詢按鍵和LCD液晶顯示屏査看當(dāng)前計量數(shù)據(jù)、歷史計量數(shù)據(jù)、 故障記錄等信息。
本實用新型的有益效果在于與目前使用的超聲波熱量表相比，由于用一個 芯片同時測量流量和溫度，所以使超聲波熱表的結(jié)構(gòu)大大簡化和微型化；由于 采用專用的可精確到皮秒級的高精度時間間隔測量芯片，所以使測量的精度和 準(zhǔn)確性大大提高；由于采用了專用芯片，使中央處理器簡化了程序結(jié)構(gòu)，有更 多時間和資源專注于數(shù)值計算和數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)存儲等其他功能，增強(qiáng)了系統(tǒng) 的穩(wěn)定性和可靠性；由于為全電子測量，無機(jī)械活動部分，所以不易損壞、使 用壽命長。


圖l為本實用新型結(jié)構(gòu)前視示意圖。 圖2為本實用新型結(jié)構(gòu)左視示意圖。 圖3為本實用新型電路原理框圖。
圖4為本實用新型高精度時間間隔測量芯片電路原理示意圖。 圖5為本實用新型的流量測量整形電路的開始信號Start整形電路示意圖。 圖6為本實用新型的流量測量整形電路的結(jié)束信號Stop整形電路示意圖。 圖7為本實用新型溫度測量電阻電容充放電電路示意圖。
具體實施方式
參照附圖l、 2、 3、 4、 5、 6、 7制作本實用新型。該集流量和溫度統(tǒng)一測量 的超聲波熱量表，由殼體l、蓋板2、液晶顯示屏3、查詢按鍵4、線路板構(gòu)成，在殼體1的后壁上側(cè)設(shè)有傳感器插孔5，在殼體1的后壁中部設(shè)有電池安裝盒 15，線路板安裝在殼體l內(nèi)，在線路板上設(shè)有中央處理器6、溫度測量電阻電容
充放電電路7、流量測量脈沖整形模擬信號電路8、熱量脈沖電路9、 485通訊 電路10、紅外通訊電路11、雙電源電路12和液晶顯示電路13，紅外通訊電路 11、 485通訊電路10均與中央處理器6相互連接，中央處理器6與液晶顯示電 路13、熱量脈沖電路9和査詢按鍵4相連接，雙電源電路12與中央處理器6相 連接，其特征在于中央處理器6與高精度時間間隔測量芯片14相互連接，高精 度時間間隔測量芯片14同時與流量測量脈沖整形模擬信號電路8和溫度測量電 阻電容充放電電路7相互連接。
所述的高精度時間間隔測量芯片14是采用德國ACAM公司生產(chǎn)的高精度時 間間隔測量芯片TDC-GP2專利產(chǎn)品，利用數(shù)字延遲線技術(shù)使時間間隔的測量精 度提高到65皮秒，專門用于對超聲波傳播時間和鉑電阻放電時間進(jìn)行高精度的
所述的溫度測量電阻電容充放電電路7，包括反相器U20、電容C12、精密 1K標(biāo)準(zhǔn)電阻R26和鉑電阻R25組成，鉑電阻R25接高精度時間間隔測量芯片 14的18腳，對室溫進(jìn)行測量，通過溫度測量電阻電容充放電電路7作為配合高 精度時間間隔測量芯片14對鉑電阻的充放電時間進(jìn)行測量，其充放電電容C12 為CO.luF超低失真多層陶瓷電容器，由太陽誘電公司生產(chǎn)，為測量提供穩(wěn)定可 靠的電容，反相器U20監(jiān)測放電過程的開始和結(jié)束。
所述的流量測量脈沖整形模擬信號電路8，包括開始信號Start整形電路和結(jié) 束信號Stop整形電路，開始信號Start整形電路的三個接線分別接高精度時間間 隔測量芯片14的5、 31、 6腳，開始信號Start整形電路的另一端接上、下?lián)Q能器;結(jié)束信號Stop整形電路的三個接線分別接高精度時間間隔測量芯片14的5、 6、 30腳。通過流量測量脈沖整形模擬信號電路8，用作配合高精度時間間隔測 量芯片14對超聲波管道中水流的流量進(jìn)行測量。脈沖整形，其任務(wù)是為高精度 時間間隔測量芯片14提供時間測量所需要的Start開始信號和Stop結(jié)束信號。 當(dāng)高精度時間間隔測量芯片14發(fā)出超聲波換能器的驅(qū)動脈沖后，雙二極管Dl 立即將此信號送到時間測量單元的Start端，作為開始信號?；夭ǖ竭_(dá)后，通過 一閾值可調(diào)的高速滯回比較器LMV7239將紡錘形的回波整形成脈沖，送到時間 測量單元的Stop端，作為結(jié)束信號。則超聲波在管道中的傳播時間即是Start 和Stop之間的時間。通過模擬開關(guān)NLASB3157切換測量超聲波的順流傳播時 間和逆流傳播時間即可計算出管道中水流的流量。所述的雙二極管為BAT754C。
所述的中央處理器6為MSP430F415，是TI公司生產(chǎn)的超低功耗16單片機(jī)， 具有豐富的外設(shè)和極低的運(yùn)行電流，并可通過設(shè)置不同的運(yùn)行模式進(jìn)入不同的
省電模式，進(jìn)一步降低功耗。中央處理器MSP430F415負(fù)責(zé)整個程序的運(yùn)行，
并于其他部分配合完成相對應(yīng)的功能。其與高精度時間間隔測量芯片14通過'SPI
總線連接，對流量和溫度測量進(jìn)行配置，并發(fā)出測量命令；測量結(jié)束后通過SPI
總線將結(jié)果讀出，做進(jìn)一步的數(shù)值計算和處理。
所述的紅外通訊電路11、 485通訊電路10都是數(shù)據(jù)通訊的不同方式，通訊
協(xié)議符合國標(biāo)CJ/T 188-2004標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。所述的熱量脈沖電路9，按設(shè)定的脈沖 寬度和脈沖當(dāng)量發(fā)出熱量對應(yīng)的脈沖。這些都是現(xiàn)有技術(shù)，故不多述。
權(quán)利要求1、一種集流量和溫度統(tǒng)一測量的超聲波熱量表，由殼體(1)、蓋板(2)、液晶顯示屏(3)、查詢按鍵(4)、線路板構(gòu)成，在殼體(1)的后壁上側(cè)設(shè)有傳感器插孔(5)，在殼體(1)的后壁中部設(shè)有電池安裝盒(15)，線路板安裝在殼體(1)內(nèi)，在線路板上設(shè)有中央處理器(6)、溫度測量電阻電容充放電電路(7)、流量測量脈沖整形模擬信號電路(8)、熱量脈沖電路(9)、485通訊電路(10)、紅外通訊電路(11)、雙電源電路(12)和液晶顯示電路(13)，紅外通訊電路(11)、485通訊電路(10)均與中央處理器(6)相互連接，中央處理器(6)與液晶顯示電路(13)、熱量脈沖電路(9)和查詢按鍵(4)相連接，雙電源電路(12)與中央處理器(6)相連接，其特征在于在線路板的下側(cè)設(shè)有高精度時間間隔測量芯片(14)，中央處理器(6)與高精度時間間隔測量芯片(14)相互連接，高精度時間間隔測量芯片(14)同時與流量測量脈沖整形模擬信號電路(8)和溫度測量電阻電容充放電電路(7)相互連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集流量和溫度統(tǒng)一測量的超聲波熱量表，其特征 在于所述的溫度測量電阻電容充放電電路(7)，包括反相器U20、電容C12、精 密1K標(biāo)準(zhǔn)電阻R26和鉑電阻R25組成，鉑電阻R25接高精度時間間隔測量芯 片(14)的18腳。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的集流量和溫度統(tǒng)一測量的超聲波熱量表，其特征 在于所述的流量測量脈沖整形模擬信號電路(8)，包括開始信號Start整形電路 和結(jié)束信號Stop整形電路，開始信號Start整形電路的三個接線分別接高精度時 間間隔測量芯片(14)的5、 31、 6腳，開始信號Start整形電路的另一端接上、 下游換能器；結(jié)束信號Stop整形電路的三個接線分別接高精度時間間隔測量芯 片(14)的5、 6、 30腳。
專利摘要本實用新型公開了一種集流量和溫度統(tǒng)一測量的超聲波熱量表，由殼體(1)、蓋板(2)、液晶顯示屏(3)、查詢按鍵(4)、線路板構(gòu)成，其特征在于在線路板的下側(cè)設(shè)有高精度時間間隔測量芯片(14)，中央處理器(6)與高精度時間間隔測量芯片(14)相互連接，高精度時間間隔測量芯片(14)同時與流量測量脈沖整形模擬信號電路(8)和溫度測量電阻電容充放電電路(7)相互連接。該集流量和溫度統(tǒng)一測量的超聲波熱量表，由于用一個芯片同時測量流量和溫度，所以使超聲波熱表的結(jié)構(gòu)大大簡化和微型化；由于為全電子測量，無機(jī)械活動部分，所以不易損壞、使用壽命長。
文檔編號G01K7/20GK201392255SQ20092002119
公開日2010年1月27日 申請日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者王士瑩, 高紹亭 申請人:山東力創(chuàng)科技有限公司