基于最小二乘法的热量表温度采集模块设计

　　0 引言

　　热量表是计量热交换回路中释放热量的一种仪表，是国内供暖系统按热量收费改革后的主要计量器具，在整个系统中占据重要的作用。热量表计算热量 时，需要采集进、出水管道两路水的温度值和管道中水的流量值，然后代入热量计算公式计算，由此可见，温度采集模块的计算效率、精度和准确率对热量表的整体 性能具有重要影响。传统的热量表温度计算方法是由测量电压值得到电阻值，再由电阻值得到温度值，计算繁琐，效率低下，且温度传感器的分度表占用微处理器较 大的存储空间[1]。文中对热量表中的温度模块进行研究，设计了高精度硬件采集电路，根据最小二乘法的原理拟合管道中水的温度 - 电压公式，提高了热量表温度采集模块的计算效率和精度，降低了计算的复杂程度。

　　1 系统组成及工作原理

　　热量表温度模块主要由电源电路、温度传感器电路、信号调理电路和 A/D 转换电路组成，系统组成框图如图 1 所示。

　　电源电路为整个系统供电和提供 A/D 转换的基准; 温度传感器和信号调理电路把环境温度信号转换成稳定的电压信号;A / D 转换电路把模拟信号转换成数字信号。为有效降低系统的功耗，采用了定时采集加分时供电的方式，当温度采集时间到后，开启温度模块的电源，延时一段时间后， 采集进、出水口的温度信号值，根据特定的对应关系计算出液体的温度，为热量的计算做好准备，显示电路的功能是对信息进行显示，待处理完毕后关闭温度模块的 电源。

　　2 硬件电路设计及其数学模型

　　2. 1 测温电路硬件电路设计

　　温度传感器选用精度、稳定性、一致性更好的铂电阻PT1000，在应用中严格进行配对，以保证入水口和出水口测温传感器的一致性。测温电路采用三线制桥式测量电路，以此消除导线线路电阻带来的测量误差[2]。温度采集电路图如图 2所示，其中 R₁= R₈，R₂= R₉，R₅= R₇。

　　电源电路( U7、C₁、C₂、Q₁、R₁₀、R₁₁) 中，Q₁是 用于电源开关控制，当不需要转换时，可以关闭采集电路的电源，以达到降低系统功耗的目的; U7 是高精度电源芯片，为桥式电路提供基准电压和为 A/D 转换电路提供用于转换的参考电压源，同时为放大器供电。U7 选用超低功耗、高精度 3 V 的基准电源芯片LT6656 - 3，工作电流仅为 850 nA，初始误差小于 0. 05% ，温度漂移低于 10 ppm/℃( 1 ppm = 10^{- 6}) ，适用于高精度 A/D 系统中。