文档介绍：住宅暖气热量计量系统设计
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班级:测控技术与仪器班
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摘要
我国传统的暖气收费标准是根据公寓与面积进行收费,这种方式存在许多不合理因素。为解决这一问题,利用热量计对公寓暖气热量进行计量进行收费,这一系统主要由51单片机、流量传感器、温度传感器组成。该系统组成简单,实现了对暖气热量的测量,同时利用数码管进行显示。
热量计是实施城市供热体制改革,推行按热量收费的关键设备,对热量的消耗全部智能计算,以用户实际耗用的热量为计量收费依据。热量计作为热力公司向每一位住户收费的依据和手段,不仅已广泛被用户所接受,而且由于用热量与费用直接相关,也加强了住户的节能意识。用热量计进行热计量更为科学、合理,既方便用户,又便于管理。
关键词:热量计单片机温度传感器流量传感器
系统原理

热量计的主要任务是通过计量流过热量计的热水体积、流进温度、回水温度,来计量该公寓消耗的热量。在时间内,热载体带入系统的的热量是比焓和质量流量的函数:
(1-1)其中,是温度为时的比焓值:
(1-2)其中,是一定压力下的比热容系数,它是温度的函数。
在时间内,热载体释放啊能量为:
(1-3)系统的耗热量是由输入、输出能量差军定的,即:
(1-4)式(2-4)就是由理论推导出的热量计精确计热原理的数学模型。
在实际应用中,无法象理论那样进行精确计算,只能用乘积代替积分、用温度代替焓变来近似计算热载体带走的热量总数。通过的热载体体积可以由流量计测得。流量计的脉冲数量与流经热水体积成正比,即:
(1-5)其中为脉冲个数, 为流量计的系数。因此可以通过下面的公式计算:
(1-6)
如果把和视为恒量,那么可以写成如下形式:
(1-7)
由此可知,要计算公寓热量,必须测量进入和流出的水的温度差。但还必须知道此过程有多少水放热,因此必须测得此时可得热水的瞬时流量,然后把他和温度差相乘,就可得到这一时刻热水释放的热量。再用自动累加的方式随时把用户消耗的热量加在一起,就可计量出消耗的热量总数。
当热水以一定温度从进水管流入一个热交换器(散热片、换热器等),公寓在通过热交换获取热量的同时,热水便以较低的温度从回水管流出。一段时间内公寓所消耗的热量为所供热水的流量和回水的温度差的乘积对时间的积分,热量计就是留用这个原理工作的。其计算公式简化为:
(1-8)式中:为吸收的热量,为热焓系数,为进回水温差,为热水体积瞬时流量。实际测量时,当测量的时间间隔很小时,水温变化很小,可以近似认为恒定,从而积分式转为求累加和

涡街流量计
进水温度
传感器
出水温度
传感器
差动放大
AD
转换器
MCS-51
数码管显示
图1-1 热量计原理框图
热量计硬件原理框图如图1-1所示,热量计主要有流量传感器、配对温度传感器、单片机、显示部分组成。根据一定时间内所通过的水的流量和进回水的温度差,以及温度所决定的热交换算系数,得到消耗的热量值。
硬件电路设计

温度测量电路由温度传感器(WZP-01RL)、差动放大器(AD620)和ADC转换器(AD1674)组成。

WZP-01RL是Pt100热电阻,测量范围在-50—150。WZP-01RL 温度传感器是为供热暖气热量积算仪配制的专用温度传感器。特别适用于室内测量暖气进水,回水的温度。
表2-1 Pt100阻值温度对照表
温度
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
阻值
100

Pt100电阻与温度的关系可见表1-1,由此可看出Pt100有很好的线性度,并得出图2-1
图2-1 Pt100热电阻分度图
利用Excel函数拟合功能可得出线性函数:
(2-1)其中为Pt100的电阻值,为即时温度。
WZP-01RL接到电桥上,分别安装在管路系统的入口和出口,采集系统内介质的温度并送出温度信号,测温电桥如图2-2。当温度发生变化时,WZP-01RL的阻值改变,从而使电桥的输出电压发生变化,值经放大器放大ADC转换所得值代表了温差的大小。
图2-2 测温电桥
若设,容易得出
(2-2)通过式(2-1)容易得出
(2-3)将式(2-3)代入式(2-2)中很容易得出与间的关系,即:
(2-4)与间呈线性关系。

AD620是低价格、高精密度仪器放大器。它只需一个外接电阻,就能方便地进行各种增益(1~1000)的调整