一种超声波热能表制造技术

本实用新型专利技术公开了一种超声波热能表，属于热计量装置。一种超声波热能表，含有ＭＣＵ微控制器、时间数字转化模块、ＬＣＤ显示模块、信号处理模块、超声波换能器、热量计量控制电路、阀门驱动模块、读卡模块以及给整个内部功能电路供电的电源模块。一种超声波热能表，是在超声波流量计的基础上加上温度测量，由流体的流量和供、回水温差来计算出向用户提供的热量，其中流量测量部分是应用一对超声波换能器向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。本实用新型专利技术不仅应用了超声波测流量的方法，而且采用预付费射频卡，使其功能更加完善。？（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及热能表领域，特别涉及一种超声波热能表，属于热计量装置。(二)
技术介绍
热能表及其系统相关器件装置是实施城市供热体制改革、推行按热量计量收费的 关键设备，中国热能表的自行研制开始于上世纪的90年代1997年 2000年，2000年2月 18日，建设部发布了《民用建筑节能管理规定》，明确了"鼓励发展分户热量计量技术与装 置"，吹响了供热计量改革的号角，也进一步激励了中国热计量仪器仪表产业的热情，随着 热改的不断深入，市场对热能表产品的要求也越来越高，传统的热量仪表主要是机械式叶 轮热能表，它有以下缺点对水质要求高，通常要加装过滤装置，压力损失大，造成能量损 失，机械部件易磨损，需要经常校表，使用寿命短等。而鉴于中国供暖系统的现状，包括我国 的供热基础设施条件，存在着水质差，杂质多，管道系统停运时空置，造成氧化、锈蚀等等问 题，工作条件比欧洲国家恶劣的多，在供热过程中，堵塞、流量计停转、无显示或明显错误显 示等是目前使用热能表的普遍现象，基于现行热能表的技术现状和我国供热系统的现状需 要提供一种计量准确、高精度、低功耗的热能表。目前就热能表用的流量计而言即使是为 了降低成本采用机械式的流量计，也应该选择无磁流量传感器；特别是在供热系统水质恶 劣的情况下，非机械式比机械式的流量计要体现了更大的先进行性和适用性；经过我国今 年来的实践证明超声波热能表是目前最先进和最适合我国国情的热能计量器具。我公司特 集中研发力量研发出一种超声波热能表来满足市场及用户需要。(三)
技术实现思路
本技术主要解决的技术问题是克服现有热能表计量不准确、故障率高等技术缺陷，提供一种计量准确、低功耗、高精度的超声波热量表。本技术的技术方案 —种超声波热能表，含有MCU微控制器(MSP430F417)、时间数字转化模块 (TDC-GP2) 、 LCD显示模块、信号处理模块、超声波换能器、热量计量控制电路、阀门驱动模 块、读卡模块以及内部功能电路供电的电源模块。 —种超声波热能表，是在超声波流量计的基础上加上温度测量，由流质的体积和 供、回水温差来计算出向用户提供的热量，其中流量测量部分是应用一对超声波换能器向 交替(或同时)收发超声波，通过探测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测 量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。本技术不仅应用了超声 波测流量的方法，而且采用预付费射频卡，即用户在管理部门购一定热能，用户即可使用该 卡，卡中剩余流量、剩余热量和时间则会通过LCD液晶显示屏显示出来。 系统正常工作期间，由外部电源向MCU微控制器提供3. 6V的工作电压，当电压检 测模块(BU4728G-TR)检测到电压低于2. 7V会产生系统复位信号，当系统测量流速时首先 MCU的Pl. 5端口打开TDC-GP2模块电源，然后MCU的P6. 0、 P6. 1、 P6. 2端口与TDC-GP2的SPI模块进行设置通信后，TDC-GP2模块首先f irel先驱动换能器1 (顺流换能器)发送超声波，同时产生START信号通知TDC-GP2超声波发送开始，此时换能器2 (逆流换能器)等待接受换能器1发送的超声波，当换能器2接受到超声波后将其转化成电信号通过U5的端口 4连接到AD8032的端口 3进行放大，并通过端口 7输送到高速比较器(LMV7239)的端口3并通过端口 1输出STOP信号并计量时间Tl。随后TDC-GP2模块再通过fire2端口驱动换能器2发送超声波，同时产生START信号通知TDC-GP2超声波发送开始，此时换能器1等待接受换能器2发送的超声波，当换能器1接受到超声波将其转化成电信号后通过U4的端口 4连接到AD8032的端口 3进行放大，并通过端口 7输送到高速比较器(LMV7239)的端口3并通过端口 1输出STOP信号并计量时间T2。计量T1、T2结束后MCU通过TDC-GP2的SPI通信模块，读取计量时间At然后根据公式即可算出用户消耗的流量；在时间数字转化模块(TDC-GP2)的内部集成了一个专门用来测量温度的模块，可以分别测量供水和回水的温度，本技术是通过RK10、RK15和RT1、RT2和电平触发芯片U3和精密极性电容C10组成测温电路，去测量入口温度和出口温度分别记为T供和T回，而供、回水的温度差记为A T，再根据公式就可以计算出用户所消耗的热量。MCU微控制器自动核减金额，卡中剩余流量、剩余热量和时间则会通过LCD液晶显示屏显示出来。 本技术的有益效果 (1)、本技术采用低功耗的MSP系列的微控制器，而TDC-GP2中TDC并不是时时刻刻都在工作，它只测量start信号上升沿到下一个参考时钟上升沿和stop信号上升沿到下一个参考时钟上升沿，而中间的时间则由数才考时钟的周期数来完成，这样的测量原理使测量时间的功耗降低到非常低的水平，而整台设备的功耗可以降至10-15微安。 (2)、本技术中采用先进的TDC-GP2芯片，其内部集成了一个噪声单元，此噪声单元的引入，使平均后的精度能够甚至低于量化阶越的精度成为可能，从而保证了时间测量的高精度。 (3)、本技术比机械式流量仪表、电磁式流量仪表相比，它对管径的适应性强，非接触流体，实用方便，易于数字化管理。 (4)、本技术采用先交费后使用的方式，实现了预付费功能。附图说明附图1为本技术一种超声波热能表信号处理流程图 附图2为本技术一种超声波热能表控制部分原理图(五) 具体实施方式—种超声波热能表，含有MCU微控制器(MSPF417)、时间数字转化模块(TDC-GP2)、LCD显示模块、信号处理模块、超声波换能器、热量计量控制电路、阀门驱动模块、读卡模块以及给整个内部功能电路供电的电源模块。 外部电池向微控制器供电，TDC-GP2的同步时钟端、数据输入/输出端、片选端、中断端口分别与微控制器的P6. 2、P6. 0/P 6. 1、P6. 3、P6. 4连接，电池检测模块(BU4827G-TR)的输出端与MCU的P1.2相连接，控制超声波换能器的单场效应管(SN74CBT1G125DBV)片选端端口 K1、K2分别接于MCU微控制器的P6. 5、P6. 6端口 ，读卡电路的同步时钟端、片选端、数据端分别接于MCU微控制器的P2. 2、P2. 0、P2. 4/P2. l端口，顺流、逆流阀门驱动电路的控制端与MCU微控制器的PI. 7、 P2. 5端口相连接。权利要求一种超声波热能表，含有MCU微控制器、时间数字转化模块、LCD显示模块、信号处理模块、超声波换能器、热量计量控制电路、阀门驱动模块、读卡模块以及内部功能电路供电的电源模块，其特征是时间数字转化模块的数字输入/输出端、同步时钟端、片选端、中断端口分别与微控制器的P6.0/P6.1、P6.2、P6.3、P6.4端口相连。2. 根据权利要求1所述的一种超声波热能表，其特征是控制超声波换能器的单场效 应管片选端端口 Kl、 K2分别接于MCU微控制器的P6. 5、 P6. 6端口 。3. 根据权利要求1或2所述的一种超声波热能表，其特征是读卡电路的同步时钟端、 片选端、数据端分别接于MCU微控制器的P2. 2、 P2. 0、 P2.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波热能表，含有ＭＣＵ微控制器、时间数字转化模块、ＬＣＤ显示模块、信号处理模块、超声波换能器、热量计量控制电路、阀门驱动模块、读卡模块以及内部功能电路供电的电源模块，其特征是：时间数字转化模块的数字输入／输出端、同步时钟端、片选端、中断端口分别与微控制器的Ｐ６．０／Ｐ６．１、Ｐ６．２、Ｐ６．３、Ｐ６．４端口相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：费战波，焦晓军，袁金龙，关保东，
申请(专利权)人：河南新天科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：41[中国|河南]