專利名稱：集流量和溫度統(tǒng)一測(cè)量的超聲波熱量表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種超聲波熱量表的改進(jìn)，具體地說(shuō)是一種以高精度時(shí)間間 隔測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)量流量和溫度的集流量和溫度統(tǒng)一測(cè)量的超聲波熱量表。
背景技術(shù)：
熱量計(jì)量裝置是對(duì)熱量進(jìn)行定量計(jì)量的裝置，需要計(jì)量的參數(shù)有熱功率、 累計(jì)熱量、累計(jì)流量等。而其需要測(cè)量的基本參數(shù)只有兩個(gè)瞬時(shí)流量和溫度(進(jìn) 水溫度、回水溫度)，其他量都是由這兩個(gè)基本量計(jì)算獲得。因此這兩個(gè)基本量 測(cè)量得是否準(zhǔn)確便直接影響到整個(gè)熱量計(jì)量的準(zhǔn)確性。當(dāng)前，對(duì)瞬時(shí)流量的測(cè) 量主要有兩種機(jī)械式和超聲波式；對(duì)溫度的測(cè)量也有兩種AD轉(zhuǎn)換式和比較 測(cè)量式。機(jī)械式測(cè)量流量有其固有的缺點(diǎn)受水質(zhì)的影響較大、易阻塞、機(jī)械 轉(zhuǎn)動(dòng)部分易磨損出現(xiàn)測(cè)量不準(zhǔn)確，對(duì)水流阻力大，所以很少用。超聲波熱表是 當(dāng)前熱量計(jì)量裝置的發(fā)展趨勢(shì)。利用超聲波在不同流速的水流中傳播時(shí)間不同 的原理，其核心是超聲波傳播時(shí)間的測(cè)量。但從目前的時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù)來(lái)看， 其不足在于 一是測(cè)量精度達(dá)不到要求，二是電路復(fù)雜，三是測(cè)量穩(wěn)定性差。 溫度測(cè)量一般是用鉑電阻，通過(guò)鉑電阻的阻值與 度的對(duì)應(yīng)關(guān)系獲得溫度。因 此溫度的測(cè)量本質(zhì)是鉑電阻阻值的測(cè)量。AD轉(zhuǎn)換的方法測(cè)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(cè)量是利用電容通過(guò)電阻的放 電時(shí)間與阻值成正比的關(guān)系，先測(cè)量一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻的放電時(shí)間，再測(cè)量鉑電阻 放電時(shí)間，則鉑電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值之比就等同于放電時(shí)間之比，因此，其 測(cè)量精度取決與放電時(shí)間的測(cè)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(cè)量電 阻電容充放電電路、流量測(cè)量脈沖整形模擬信號(hào)電路以及各自相對(duì)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(cè)量中超聲波傳播時(shí)間的測(cè)量和溫度測(cè)量中的電阻電容充放 電時(shí)間的測(cè)量是由不同的芯片分開(kāi)測(cè)量的，且超聲波傳播時(shí)間是用計(jì)數(shù)法或雙 鎖相環(huán)法測(cè)量，因此便存在以下缺點(diǎn)1、精度不高、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、電流消耗大； 2、由于放電時(shí)間的測(cè)量是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器測(cè)量，受定時(shí)器位數(shù)和單片 機(jī)運(yùn)行速率的限制，所以測(cè)量精度也不高；3、由于流量和溫度為分開(kāi)測(cè)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(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、測(cè)量精度高、只用一個(gè) 芯片即可完成流量和溫度測(cè)量的集流量和溫度統(tǒng)一測(cè)量的超聲波熱量表。
為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是該集流量和溫度統(tǒng)一測(cè) 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(cè)量電阻電容充放電電路、
流量測(cè)量脈沖整形模擬信號(hào)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(shí)間間隔測(cè)量芯片 相互連接，高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片同時(shí)與流量測(cè)量脈沖整形模擬信號(hào)電路和溫度測(cè)量電阻電容充放電電路相互連接。 本實(shí)用新型還通過(guò)如下措施實(shí)施
所述的高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片是采用德國(guó)ACAM公司生產(chǎn)的高精度時(shí)間
間隔測(cè)量芯片TDC-GP2專利產(chǎn)品。
所述的溫度測(cè)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(shí)間間隔測(cè)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(yáng)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(cè)放電過(guò)程的開(kāi)始和結(jié)束。
所述的流量測(cè)量脈沖整形模擬信號(hào)電路，包括開(kāi)始信號(hào)Start整形電路和結(jié)束 信號(hào)Stop整形電路，開(kāi)始信號(hào)Start整形電路的三個(gè)接線分別接高精度時(shí)間間隔 測(cè)量芯片的5、 31、 6腳，開(kāi)始信號(hào)Start整形電路的另一端接上、下游換能器； 結(jié)束信號(hào)Stop整形電路的三個(gè)接線分別接高精度時(shí)間間隔測(cè)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(shí)間間隔測(cè)量芯片通過(guò)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(guó)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(duì)應(yīng)的脈沖。這些都是現(xiàn)有技術(shù)，故不多述。
使用本實(shí)用新型時(shí)，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(cè)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(guò)査詢按鍵和LCD液晶顯示屏査看當(dāng)前計(jì)量數(shù)據(jù)、歷史計(jì)量數(shù)據(jù)、 故障記錄等信息。
本實(shí)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(gè) 芯片同時(shí)測(cè)量流量和溫度，所以使超聲波熱表的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化和微型化；由于 采用專用的可精確到皮秒級(jí)的高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片，所以使測(cè)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(jiǎn)化了程序結(jié)構(gòu)，有更 多時(shí)間和資源專注于數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(cè)量，無(wú)機(jī)械活動(dòng)部分，所以不易損壞、使 用壽命長(zhǎng)。


圖l為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)前視示意圖。 圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)左視示意圖。 圖3為本實(shí)用新型電路原理框圖。
圖4為本實(shí)用新型高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片電路原理示意圖。 圖5為本實(shí)用新型的流量測(cè)量整形電路的開(kāi)始信號(hào)Start整形電路示意圖。 圖6為本實(shí)用新型的流量測(cè)量整形電路的結(jié)束信號(hào)Stop整形電路示意圖。 圖7為本實(shí)用新型溫度測(cè)量電阻電容充放電電路示意圖。
具體實(shí)施方式
參照附圖l、 2、 3、 4、 5、 6、 7制作本實(shí)用新型。該集流量和溫度統(tǒng)一測(cè)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(cè)量電阻電容
充放電電路7、流量測(cè)量脈沖整形模擬信號(hào)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(shí)間間隔測(cè)量芯片14相互連接，高精 度時(shí)間間隔測(cè)量芯片14同時(shí)與流量測(cè)量脈沖整形模擬信號(hào)電路8和溫度測(cè)量電 阻電容充放電電路7相互連接。
所述的高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片14是采用德國(guó)ACAM公司生產(chǎn)的高精度時(shí) 間間隔測(cè)量芯片TDC-GP2專利產(chǎn)品，利用數(shù)字延遲線技術(shù)使時(shí)間間隔的測(cè)量精 度提高到65皮秒，專門用于對(duì)超聲波傳播時(shí)間和鉑電阻放電時(shí)間進(jìn)行高精度的
所述的溫度測(cè)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(shí)間間隔測(cè)量芯片 14的18腳，對(duì)室溫進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)溫度測(cè)量電阻電容充放電電路7作為配合高 精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片14對(duì)鉑電阻的充放電時(shí)間進(jìn)行測(cè)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(yáng)誘電公司生產(chǎn)，為測(cè)量提供穩(wěn)定可 靠的電容，反相器U20監(jiān)測(cè)放電過(guò)程的開(kāi)始和結(jié)束。
所述的流量測(cè)量脈沖整形模擬信號(hào)電路8，包括開(kāi)始信號(hào)Start整形電路和結(jié) 束信號(hào)Stop整形電路，開(kāi)始信號(hào)Start整形電路的三個(gè)接線分別接高精度時(shí)間間 隔測(cè)量芯片14的5、 31、 6腳，開(kāi)始信號(hào)Start整形電路的另一端接上、下?lián)Q能器;結(jié)束信號(hào)Stop整形電路的三個(gè)接線分別接高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片14的5、 6、 30腳。通過(guò)流量測(cè)量脈沖整形模擬信號(hào)電路8，用作配合高精度時(shí)間間隔測(cè) 量芯片14對(duì)超聲波管道中水流的流量進(jìn)行測(cè)量。脈沖整形，其任務(wù)是為高精度 時(shí)間間隔測(cè)量芯片14提供時(shí)間測(cè)量所需要的Start開(kāi)始信號(hào)和Stop結(jié)束信號(hào)。 當(dāng)高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片14發(fā)出超聲波換能器的驅(qū)動(dòng)脈沖后，雙二極管Dl 立即將此信號(hào)送到時(shí)間測(cè)量單元的Start端，作為開(kāi)始信號(hào)。回波到達(dá)后，通過(guò) 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(shí)間 測(cè)量單元的Stop端，作為結(jié)束信號(hào)。則超聲波在管道中的傳播時(shí)間即是Start 和Stop之間的時(shí)間。通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)NLASB3157切換測(cè)量超聲波的順流傳播時(shí) 間和逆流傳播時(shí)間即可計(jì)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(guò)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(gè)程序的運(yùn)行，
并于其他部分配合完成相對(duì)應(yīng)的功能。其與高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片14通過(guò)'SPI
總線連接，對(duì)流量和溫度測(cè)量進(jìn)行配置，并發(fā)出測(cè)量命令；測(cè)量結(jié)束后通過(guò)SPI
總線將結(jié)果讀出，做進(jìn)一步的數(shù)值計(jì)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(guó)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(duì)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(cè)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(cè)量電阻電容充放電電路(7)、流量測(cè)量脈沖整形模擬信號(hào)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(shí)間間隔測(cè)量芯片(14)，中央處理器(6)與高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片(14)相互連接，高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片(14)同時(shí)與流量測(cè)量脈沖整形模擬信號(hào)電路(8)和溫度測(cè)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(cè)量的超聲波熱量表，其特征 在于所述的溫度測(cè)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(shí)間間隔測(cè)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(cè)量的超聲波熱量表，其特征 在于所述的流量測(cè)量脈沖整形模擬信號(hào)電路(8)，包括開(kāi)始信號(hào)Start整形電路 和結(jié)束信號(hào)Stop整形電路，開(kāi)始信號(hào)Start整形電路的三個(gè)接線分別接高精度時(shí) 間間隔測(cè)量芯片(14)的5、 31、 6腳，開(kāi)始信號(hào)Start整形電路的另一端接上、 下游換能器；結(jié)束信號(hào)Stop整形電路的三個(gè)接線分別接高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯 片(14)的5、 6、 30腳。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種集流量和溫度統(tǒng)一測(cè)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(shí)間間隔測(cè)量芯片(14)，中央處理器(6)與高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片(14)相互連接，高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片(14)同時(shí)與流量測(cè)量脈沖整形模擬信號(hào)電路(8)和溫度測(cè)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(cè)量的超聲波熱量表，由于用一個(gè)芯片同時(shí)測(cè)量流量和溫度，所以使超聲波熱表的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化和微型化；由于為全電子測(cè)量，無(wú)機(jī)械活動(dòng)部分，所以不易損壞、使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)G01K7/20GK201392255SQ20092002119
公開(kāi)日2010年1月27日 申請(qǐng)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(qǐng)人:山東力創(chuàng)科技有限公司