基于單片機和串行總線技術(shù)的熱量表設計

　　我國居民取暖計量收費已是大勢所趨，但也是一個熱點、難點問題。計量準確與否直接關(guān)系到熱量的合理收費和用戶的切身利益，也關(guān)系到供熱事業(yè)的生存和發(fā)展。熱量表是用于測量熱交換系統(tǒng)中載熱流體釋放熱量多少的計量器具，用法定計量單位顯示熱量。

　　熱量表

　　熱量計量框圖如圖1。

圖1 熱量計量框圖

　　將經(jīng)過嚴格配對的溫度傳感器，分別安裝于熱交換回路的入口和出口的管道上；流量傳感器安裝于出口或入口管道上。配對溫度傳感器檢測熱交換系統(tǒng)進口和出口流體的溫度，流量傳感器檢測流經(jīng)熱交換系統(tǒng)的流量。微控制器將采集到的溫度、流量數(shù)據(jù)進行處理，計算出熱交換系統(tǒng)所釋放的熱量，并進行存儲或顯示。熱量表主要由溫度檢測、流量檢測和微控制器組成。

　　熱量的計算公式為：式中Q載熱液體釋放的熱量(KJ)，qm流經(jīng)熱量表載熱液體的質(zhì)量流量(Kg/s)，hi,h0熱交換系統(tǒng)入口溫度和出口溫度對應的載熱液體的焓值(KJ/Kg)，t時間(s)。

　　從上式可以看出，要計算熱量，必須首先檢測進出口溫度，然后根據(jù)溫度查表計算對應的熱焓值。熱焓值在不同溫度下其值不同，既是溫差相同，但進出口溫度不同，所釋放的熱量也不相同。

　　熱量表電路設計

　　溫度檢測電路

　　溫度傳感器選鉑電阻PT1000，鉑電阻溫度傳感器化學性質(zhì)穩(wěn)定，準確度高，使用方便，不需冷端補償。熱量表測溫范圍不大(0~95℃)，能夠滿足要求。溫度-電壓轉(zhuǎn)換采用橋路方式實現(xiàn)，電路如圖2。

圖2 溫度檢測電路

　　橋路電源Vref由MAX6192-2.5V 基準電壓源提供，溫漂5ppm/℃。橋臂電阻R1、R2、R4選用同溫度系數(shù)的精密電阻，減少環(huán)境溫度變化引起橋路輸出的漂移。另外，為減少鉑電阻自熱溫升，R1、R2阻值選用49K，橋臂電流為0.05mA ,這樣因自熱溫升而產(chǎn)生的測量誤差可忽略不計。鉑電阻的非線性通過軟件的方式進行線性處理。

　　流量檢測

　　流量傳感器選用遠傳熱水流量計，工作溫度0~95℃ ，傳感器為磁敏感器件。當熱水流過并達到1升或10升時發(fā)出脈沖，該脈沖經(jīng)過濾波處理送給微控制器，作為流量質(zhì)量累計和熱量計算的基本質(zhì)量體積單位，即1升/每脈沖或10升/每脈沖。