無磁熱量表的設計體會
無磁熱量表的設計體會
利爾達科技****陳振華
摘要：本文介紹一種新型的無磁流量檢測技術，即電極檢測技術，電極取樣原理，溫度感測器電路的設計及能量計算方法。
關鍵詞：msp430f135，pt1000溫度感測器
一、引言
熱量表的流量檢測方法有韋根、lc等感測器設計方法，但這些設計從嚴格意思上講都屬於磁場感應原理，都屬於有磁的感測器設計，電極式的設計原理則完全脫離了電磁場的感應，此方法在國外產品上已經得到了廣泛的應用。
二、描述
無磁熱能表主要由無磁流量計、配對溫度感測器和積算儀等幾個部分構成，是一種包含機械、電子和資訊科技的高科技產品。很高興藉此機會與大家共同**在無磁熱能表設計的過程中關於流量感測器、溫度感測器以及熱能計算的問題。以下的**觀點僅代表我們就技術層面的認識，希望本**能起到拋磚引玉的作用，也希望能贏得業內同仁更為深入的討論。
在熱能表的開發過程中，核心的設計部分有流量和溫度的測量，能量計算公式中水的密度及熱焓值的計算。下面分別從這三個方面介紹。
流量感測器
對於流量的檢測傳統的方法很多，如：幹簧管、霍爾、電感及韋根等；在這裡我主要介紹我們所採用的無磁流量檢測方法，如利用電渦流原理測量電極在流體中的阻抗、利用金屬片觸發lc感測器測量阻尼的磁滯門限方法。
溫度感測器
在這裡我們所採用的溫度感測器型別為pt1000，因受溫漂、噪音等因素的影響，使得溫度的測量很難達到精度的要求，所以在軟硬體的設計上就要做一些相應的處理。
積算儀積算儀是熱能量的計算與智慧型控制的核心，在熱計量積分計算（熱焓值、密度值及溫度值）的過程中存在很多複雜的運算，對微控制器來說乙個好的補償計算方法是關鍵。
能量的計量公式：
q= qδhdt=ρqδh dt
q——流經熱量表的水的質量流量,（kg/h）；
q——流經熱量表的水的體積流量,（m/h）；
ρ——流經熱量表的水的密度, （kg/m）；
δh——在熱交換系統的入口和出口溫度下，水的比焓值差(kj/kg)；
t——時間，(s).
三、原理分析
用於流量檢測的方法有很多種，如採用幹簧管、霍爾、電感、韋根及超聲波等，在實際應用中，採用無磁流量感測器是熱能表的發展趨勢。
如圖1所示：當裝置置於流體中時，通過發射電訊號，測量金屬片的電阻值，經ad轉換電路處理，從而檢測到阻尼材料在三個電極間的電壓值。
圖1四、硬體設計
由於無磁流量感測器與普通流量計有著本質上的區別，對微功耗檢測技術提出較高要求，採用不同的微控制器及不同的電路設計都至關重要；業內採用較多的是ti公司的msp430微控制器。
整機靜態能耗：
感測器電路靜態能耗+外圍介面電路靜態能耗+微控制器的靜態能耗
整機動態能耗：
微控制器執行功耗+外圍電路平均功耗
晶元描述如下：
1、電路原理
無磁流量部分採用pic16f676進行檢測，電路原理如下圖所示：
溫度採用msp430f135內部的adc12進行測量，lm334為恆流源，經hc4052模擬開關切換到高精度的標準電阻和pt1000溫度感測器，如下圖所示：
2、主mcu部分
五、軟體設計
採用上圖的測溫電路可以很好地減少由於標準電阻的漂移造成的測量誤差，因為所測的每只感測器的電阻值都是標準電阻的比值，所以兩隻感測器之間的相對溫漂得以抵消，但這樣一來所帶來的代價就是成本的增加，因為必須在每塊表上增加乙個標準電阻。除此之外也可以採用溫度標定的方法進行測量，就是出廠之前對每塊表進行獨立的溫度標定，方法就是採用乙隻標準電阻在一定的溫度範圍內對每塊表進行標定，溫度範圍一般設為室溫，再把最終的測量結果以表的形式傳到新錶中，作為今後溫度測量的基準，這種方法成本較低，因相對測量的量程較寬，測量精度有所提高，但所帶來的是增加了對錶的標定流程，同時絕對溫度相差較大。
1、程式設計流程圖
2、溫度測量
分別對溫度感測器進行多次測量，然後取測量的平均值，測量的結果可以進行累加，這實際上可以認為擴大了測量的量程，實驗中發現，採取多次重複測量可以有效地提高測量精度，結合電路圖發現通過hc4052進行感測器間的轉換，旁路電容很重要，連續兩次間的取樣及軟體對ad取樣時進行的處理都是保證溫度取樣的關鍵。
3、程式設計
void temp_ad(ulong *t1,ulong *t2,ulong *t3)
hca_0;
hcb_1;
delay3s(50);
adc12mctl1=0x11;
for(i=0;i<30;i++)
hca_1;
hcb_1;
delay3s(50);
adc12mctl1=0x12;
for(i=0;i<30;i++) }
*t1=teml;
*t2=tem2;
*t3=tem3;
adc12ctl0=0;
hclm_1;
hca_0;
hcb_0;}
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