无磁热量表中的一种流量校准方法

　　1　引言

　　近年来,热量表已逐渐成为一个新兴的热点,出现了干簧管式、超声波式、无磁式等一些不同工作原理的热量表。其中无磁式热量表具有不吸附水中悬浮铁屑杂质、可长期稳定工作且功耗很低等优点,是目前国内外家用热量表中的一种主要形式[1-2]。

　　热量表是热能系统按热量计量收费的重要依据,它的测量精度是非常重要的,对影响其精度的参数进行校准修正是保证其合理可靠使用的关键。

　　2　工作原理

　　热量表是能够测量环境从热能系统所吸收的热量的仪表。根据在一定时间内,通过的热水的体积(V),供回水的温差(ΔT)及热焓修正系数(K),即可算出热能系统消耗的热量[4]。其计算公式为[5]

式中:Q为吸收的热量;K为热焓修正系数;ΔT为进回水温差; V为热水体积流量。

　　由式(1)可以看出,热水体积流量和供回水温差都是影响热量表测量精度的因素。目前普遍采用的Pt1000铂电阻配对温度传感器测温技术已经很成熟,很容易做到0·1℃的分辨率。对比之下,流量的计量准确程度对热量表的精度等级的影响就更为突出[6]。

　　热量表依据流量计测量方式的不同可以分为叶轮式、电磁式及超声波式。其中叶轮式有耗电少、抗干扰性好、安装维护方便和价格低廉的优点,应用比较广泛,如在法国和德国,叶轮式流量计的应用比例高达90%[7-8]。叶轮式热量表是通过叶轮的转动测量热水流量的,而叶轮本身存在一定的机械误差。按照热量表的行业标准，,流速不同时,叶轮每转代表的流量也不同,因此须对流速进行校准标定,以保证流量计量的精度。

　　3　系统硬件构成及工作原理

　　流量校准系统由热量表和主机两部分组成,通过单片机的串行通信接口USART(Tx,Rx)连接起来,在流量台上完成校准过程,其基本原理如图1所示。

　　该系统中,热量表和主机的MCU都采用TI的MSP430F135,主要是为降低整个系统功耗。流量计部分采用LC振荡传感器电路。LC振荡器利用叶轮上金属介质和非金属介质部位的阻尼大小相差很大的特性,并通过MSP430F135内置的精密比较器(Comparator A)和定时器(Timer B、Timer A)来识别这一阻尼特性,判断出热量表叶轮的转动情况,从而实现计数功能。

　　由图1看出,主机的键盘通过MSP430F135的串行通信接口Rx给热量表发送校准命令及传输数据。流量台调整所需校准的流速,流量方向如图所示。一定时间内,流量计将测得的数据送给热量表的单片机MSP430F135,进行数据处理,然后通过MSP430F135串行通信接口Tx给主机反馈校准信息。

　　3.1　串行通信协议