具有防盗功能的热量表的研制

　　1　简介

　　热量表主要技术指标如下:

　　温度测量范围:0度~99.9度;工作电流:<3mA;温度测量精度:0.1度;流量测量精度:0.01m3。原理框图如图1所示。热量表主要由流量传感器,温度传感器,单片机,显示器及脉冲电磁阀组成。流量传感器把测得的流量值传送到单片机,同时温度传感器把测得的暖气入口和出口温度值传送到单片机。单片机按照热量计算公式(1)计算出热量值,并由显示器显示。断电时,脉冲电磁阀自动关闭。

　　其中Q为热量(kJ),qm为热量表中载热体的体积流量,Δh为入口和出口载热液体的热焓之间的焓差,dt为时间增量。

　　2　硬件构成及工作原理

　　2.1　流量传感器

　　在流量表的指针上安装一个小磁铁(图2),在表盘上安装一干簧管,当指针指向干簧管时,干簧管受磁铁吸引闭合后向单片机传送一个低脉冲。干簧管闭合前A点被置高,闭合后使电容C放电产生一个下降沿,送到单片机的脉冲和指针转过的圈数一致(转一圈10升),实现精确计数。

　　2.2　温度传感器

　　选择Pt1000的铂电阻,它精度高、稳定性好,配对精度可达到0.05%。它和MSP430微控制器中的比较器及定时器联合使用对温度进行测量,精度优于0.1%。

　　利用单片机的比较器模块,并配合片内定时器,测量通过Pt1000铂电阻和标准电阻对同一电容充电到同一电压值的充电时间,通过两者充电时间之比以及标准电阻的阻值可得Pt1000电阻的阻值,进而得到温度值。温度测量部分的工作原理如图3所示:R1和C1分别为高精度的标准电阻和电容。R入为暖气入口热电阻,R出为出口热电阻。

　　第一步把R入R出置为高阻,使它们处于断开状态,R1置为输出(设电压为U)对A点充电,同时打开片内定时器,当A点电压充到外加电压Ub时,比较器输出端由低转为高,同时计录定时器的值T1,设充电时间为t1。由此我们得到方程式(2):

　　第二步把R1、R入置为高阻,R出置为输入并延时让电容C1充分放电。然后同第一步,通过电阻R出对电容C1充电,设对应的充电时间为t2,定时器的读数为T2。由此可得到方程式(3):

　　第三步同第二步,测出通过R入对电容C1充电的时间t3,定时器读数T3。可以得到方程式(4):

　　由上面三步得到的三个方程式求得:R出=t2*R1/t1;R入=t3*R1/t1。由于定时器的值的大小即为充电时间的长短。可用T1、T2、T3代替t1、t2、t3求得R入与R出。根据热电阻的阻值—温度拟合曲线得到温度T入、T出。在这个过程中,由于A点的充电时间较短,在这么短的时间里输出电压U与电容变化很小,故对电压U与电容精度的要求不是很高。但对R1的精度要求较高,因此选用经激光修整的精密电阻。