支持现场总线的智能流量、热量积算仪

　　1　热量流量检测原理

　　以热载体为过热蒸汽为例,当采用节流装置作为流量检测元件时,过热蒸汽的质量流量M由下式确定[1]:

　　其中,Δp:节流装置测量的差压;p:过热蒸汽的压力;t:过热蒸汽的温度。

　　过热蒸汽的热量流量Q即过热蒸汽的热焓,由显热与潜热两部分构成,是过热蒸汽的质量流量、温度、压力的函数:

　　综合以上两式可见,通过测量节流装置两端的差压、过热蒸汽的压力、温度三个参数,利用软件计算就能够间接得出过热蒸汽的瞬时质量流量与瞬时热量流量。对瞬时流量进行分步积分,便可得到累积流量。一般热载体进出一栋住宅或一个供热单元时,其质量流量没有损耗。只要通过测量热载体进、出一栋住宅或一个供热单元时的温差及压差,就可以算出该住宅或供热单元所消耗的热量。

　　当热载体为热水或饱和蒸汽时,其处理方法与上述方法相同。

　　2　硬件设计

　　流量、热量积算仪的硬件构成如图1所示。

　　2.1　核心部分

　　核心部分为美国ATMEL公司生产的FLASH型单片机AT89C52。内含256字节RAM,8K字节FLASH型程序存储器,三个16位计数器,一个串行异步通讯接口,四个8位I/O接口。

　　2.2　输入通道部分

　　共接收五路信号,其中,来自差压变送器的差压Δp与来自压力变送器的压力p1、p2为4~20mA(或0~10mA)电流信号,经滤波、电流/电压转换处理;t1、t2为热载体进、出一个供热单元的进、出口温度,通过Pt100铂电阻测量,在输入通道处需经电阻/电压转换、放大处理。五路信号经多路开关分时送至A/D转换器转换,转换后的数字信息送AT89C52处理。

　　2.3　WDT、EEPROM、电源监测部分

　　本部分由美国Xicor公司生产的一片X5045构成。它具有三种功能:WDT———看门狗定时器,用于监控系统运行,当系统出现故障时,强制系统重新运行,形成独立的保护系统;监测系统的供电电源,当其低于最小转换点以下时,强制系统复位,一直保持到系统电源恢复到正常时为止;具有512字节EEPROM,用于存储各种设定参数[3]。

　　2.4　自动储存SRAM

　　流量累积量、热量累积量采用分步积分法求得。为了获得较高的计算精度,积算步长为2秒,即每2秒需刷新存储一次。意外掉电时,累积量必须能够可靠保存。本设计中,累积量的储存器采用美国Xicor公司生产的一片X24C45构成,该芯片内部具有SRAM和EEPROM,具有从SRAM到EEPROM之间自动转存功能。上电时,自动完成EEPROM到SRAM的转存。掉电时,自动完成从SRAM到EEPROM的转存。

　　2.5　显示器、按键