基于MSP430FW42X单片机超声波热量表的设计

　1 热量表的系统原理与结构

　　1.1 热量表的基本原理。热量表的工作原理：在热交换系统中安装热量表，配对温度传感器分别安装在热交换入口和出口管道上。当水流经系统时，流量传感器发出流量信号，配对温度传感器分别检测出入口和出口温度信号，积算器采集流量、温度信号，根据流量传感器给出的流量和配对温度传感器给出的供回水温度，以及水流经的时间，通过积算器计算并显示该系统所释放或吸收的热量，在实际应用中水的质量都是通过测量水的体积换算得出的，因此热量值的计算可使用下面公式

　　式中：Q-释放的热量[J]或[kWh];V-载热液体流过的体积[m 3];△θ-热交换回路中载热液体入口处和出口处的温差[℃];K-热系数，它是载热液体在相应温度、温差和压力下的函数[J/m 3° C]或[kWh/m 3°C]。

　　上面公式称为k系数法，本文中热能表主要使用k系数法进行热量计算。热量表的工作原理图见图1，超声波基波示意图见图2。

　　1.2 热量表的系统结构。热量表由流量传感器、供回水配对温度传感器及积算器(单片机处理单元)等部件组成。

　　1)流量传感器。流量传感器是用于采集水流量并发出流量信号的部件。超声波流量传感器采用时差法对流量进行测量，其基本原理是：在测量通道的上游和下游分别安装一只超声波换能器用于超声波信号的发射与接收，上游与下游换能器分别发射超声波信号由另一只换能器接收，由于超声波信号与水流信号叠加，使声波在顺流和逆流时的传播速度不同，因此不同换能器发射的超声波信号在水中的运行时间就不同，通过测量该时间的差值可计算.

　　2)配对温度传感器。配对温度传感器是在同一个热量表上，分别用来测量热交换系统的入口和出口温度的一对计量特性一致或相近的温度传感器。在本热量表中供水、回水管道分别装有Pt1000的热电阻，用来测量供水和回水的温度，由于系统消耗热量与入口与出口的温度差成正比，而与温度的绝对值相差较小，因此使用计量特性一致或相近的一对配对温度 传感器即可提高测量精度而对温度传感器的绝对精度可以要求的相对低一些以降低成本。

　　3)积算器。积算器(又称积分仪)是用来采集来自流量传感器和配对温度传感器的信号，进行热量计算、存储和显示系统所交换的热量值的部件。

　　2 热量表的软件设计