中心議題：

• 熱量表的流量自動標定係統的設計
• 係統設計

解決方案：

• 采用鉑電阻PT1000溫度傳感器測量水溫
• 單片機軟件的設計

• 上位機軟件采用MFC的編程方法

引言

集中供熱分戶計量方式是一種節能環保的供暖計量體係。根據中國國家發改委於08年8月份發布的《城市供熱價格管理暫行辦法》的de規gui劃hua

，我wo國guo的de供gong熱re計ji量liang方fang式shi將jiang逐zhu步bu由you按an麵mian積ji計ji費fei方fang式shi過guo度du到dao分fen戶hu計ji費fei方fang式shi。熱re量liang表biao是shi實shi現xian供gong熱re分fen戶hu計ji費fei的de重zhong要yao手shou段duan
，它ta通tong過guo測ce量liang流liu體ti的de流liu速su與yu進jin回hui水shui的de溫wen差cha實shi現xian對dui用yong戶hu實shi際ji供gong熱re量liang的de計ji量liang。其計算公式如下：
式中，Q表示熱量表釋放或吸收的熱量，qm表示流經熱量表的水的質量流量，qv表示流經熱量表的水的體積流量
，ρ表示水的密度，△h表示水的焓值差，焓值等於溫度與定壓比熱容的乘積，t表示時間。通過式(1)可ke以yi看kan出chu熱re量liang表biao的de流liu量liang測ce量liang精jing度du是shi重zhong要yao指zhi標biao，直zhi接jie影ying響xiang供gong熱re計ji量liang的de準zhun確que性xing
，因yin此ci每mei隻zhi熱re量liang表biao在zai出chu廠chang前qian均jun需xu要yao按an規gui定ding進jin行xing流liu量liang標biao定ding。目mu前qian國guo內nei多duo數shu熱re量liang表biao生sheng產chan廠chang家jia熱re量liang表biao標biao定ding裝zhuang置zhi的de流liu速su調tiao節jie裝zhuang置zhi采cai用yong手shou動dong方fang式shi，操cao作zuo複fu雜za，流liu量liang修xiu正zheng係xi數shu的de寫xie入ru需xu要yao人ren工gong操cao作zuo

，易yi出chu現xian人ren為wei失shi誤wu。計ji量liang局ju的de熱re量liang表biao標biao準zhun檢jian定ding裝zhuang置zhi采cai用yong整zheng體ti檢jian定ding的de方fang法fa
，該gai方fang法fa精jing度du高gao，但dan檢jian測ce成cheng本ben高gao且qie效xiao率lv較jiao低di，不bu適shi合he作zuo為wei生sheng產chan設she備bei，多duo用yong於yu熱re量liang表biao的de定ding型xing檢jian定ding。為wei提ti高gao熱re量liang表biao標biao定ding的de自zi動dong化hua程cheng度du與yu標biao定ding效xiao率lv，設she計ji了le一yi種zhong熱re量liang表biao的de流liu量liang自zi動dong標biao定ding係xi統tong，采cai用yongMSP430F149單片機實現對係統標定過程的自動控製，采用高精度和低成本的稱重法得到係統中流體標準流量，可同時對多達12隻熱量表進行自動標定。

係統設計

整個標定係統是一個閉環測試係統
，標定用的流體可以循環利用以節約成本。如圖1所示
，係統由計算機、以MSP430F149為主控芯片的控製單元
、電子秤

、流量調節閥、恒溫水箱
、穩壓罐

、儲水罐、電磁閥、水(shui)泵(beng)等(deng)組(zu)成(cheng)。待(dai)標(biao)定(ding)的(de)熱(re)量(liang)表(biao)串(chuan)聯(lian)在(zai)同(tong)一(yi)直(zhi)管(guan)路(lu)中(zhong)，通(tong)過(guo)光(guang)電(dian)收(shou)發(fa)接(jie)口(kou)與(yu)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)交(jiao)換(huan)，實(shi)現(xian)批(pi)量(liang)熱(re)量(liang)表(biao)的(de)自(zi)動(dong)檢(jian)測(ce)與(yu)修(xiu)正(zheng)係(xi)數(shu)的(de)自(zi)動(dong)寫(xie)入(ru)。可(ke)程(cheng)控(kong)的(de)流(liu)量(liang)調(tiao)節(jie)閥(fa)用(yong)於(yu)流(liu)量(liang)的(de)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)。電(dian)子(zi)秤(cheng)與(yu)儲(chu)水(shui)罐(guan)用(yong)於(yu)稱(cheng)量(liang)計(ji)算(suan)標(biao)準(zhun)流(liu)量(liang)，恒(heng)溫(wen)水(shui)箱(xiang)
、水泵及穩壓罐用於提供標定用的流體。為貼近熱量表的現場工作條件，恒溫水槽控製標定用的流體溫度在50℃左右，同時
，為管道增加了相應保溫措施以減少循環管道的散熱。 熱(re)量(liang)表(biao)的(de)流(liu)量(liang)標(biao)定(ding)過(guo)程(cheng)由(you)上(shang)位(wei)機(ji)通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)全(quan)程(cheng)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)。由(you)於(yu)管(guan)道(dao)內(nei)的(de)氣(qi)泡(pao)會(hui)對(dui)流(liu)量(liang)計(ji)量(liang)帶(dai)來(lai)誤(wu)差(cha)
，測(ce)試(shi)開(kai)始(shi)時(shi)由(you)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)啟(qi)動(dong)電(dian)磁(ci)閥(fa)開(kai)始(shi)排(pai)氣(qi)過(guo)程(cheng)。排(pai)氣(qi)結(jie)束(shu)後(hou)

，開(kai)始(shi)流(liu)量(liang)標(biao)定(ding)。對(dui)每(mei)個(ge)流(liu)量(liang)點(dian)，等(deng)待(dai)電(dian)子(zi)秤(cheng)讀(du)數(shu)穩(wen)定(ding)後(hou)由(you)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)從(cong)電(dian)子(zi)秤(cheng)自(zi)動(dong)讀(du)取(qu)數(shu)據(ju)，從(cong)而(er)換(huan)算(suan)得(de)到(dao)流(liu)量(liang)Q0。同時控製單元采集熱量表的數據Q1，由此計算出每塊熱量表在該流量點的修正係數C=Q0/Q1。對由中華人民共和國國家計量檢定規程規定的5geliuliangdianyiciceshi
，wanchengyilunbiaoding。zhenggebiaodingguochengwanchenghou
，kongzhidanyuanjiangxiuzhengxishuzidongxierudaoxiangyingreliangbiaozhong
，bingjiangshujushangchuanzhishangweiji，youshangweijipanduanreliangbiaohegeyufou。
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該(gai)標(biao)定(ding)係(xi)統(tong)的(de)標(biao)準(zhun)流(liu)量(liang)是(shi)由(you)電(dian)子(zi)秤(cheng)稱(cheng)重(zhong)來(lai)確(que)定(ding)的(de)，因(yin)此(ci)電(dian)子(zi)秤(cheng)量(liang)程(cheng)範(fan)圍(wei)既(ji)要(yao)滿(man)足(zu)最(zui)小(xiao)流(liu)量(liang)時(shi)的(de)稱(cheng)量(liang)又(you)要(yao)滿(man)足(zu)最(zui)大(da)流(liu)量(liang)時(shi)的(de)稱(cheng)量(liang)，其(qi)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)到(dao)熱(re)量(liang)表(biao)的(de)精(jing)度(du)。因(yin)為(wei)是(shi)循(xun)環(huan)係(xi)統(tong)，容(rong)器(qi)體(ti)積(ji)為(wei)最(zui)大(da)流(liu)量(liang)點(dian)所(suo)需(xu)要(yao)流(liu)體(ti)體(ti)積(ji)的(de)2倍，恒溫水箱體積是最大流量點所需要流體體積的3倍即可滿足要求。為保證流經熱量表的流體流態穩定，待檢定的熱量表上遊段的直管段應滿足5倍管徑以上，下遊段的直管段應滿足3倍管徑以上。串聯熱量表個數不宜過多，太多不但占地麵積大，而且會使整個循環管路中壓差過大影響標定結果
，本係統中最多串聯12kuaireliangbiao。shuibengyunxingguochengzhongxunhuanguandaoliutichangyoumaidongxianxiang，zhejiangduireliangbiaodeliuliangjiliangyinruwucha
，xitongshejishizaishuibengdehouduanjiazhuangwenyaguanbimianmaidongchongji。ciwai

，xunhuanguanlushejishipeizhiyiduantoumingguandaobianyucaozuozheguanchaliutishifouyouqipao
，ruopaiqiguochengzhongguanchadaoyiwuqipao
，kerengongtiqiantingzhipaiqi;ruobiaodingguochengzhongfaxianyouqipaoxianxiang，keyitongguotingzhianniujieshubenciceshizhongxinjinxingbiaoding。duireliangbiaoliuliangdezidongbiaodingguochengyoukongzhidanyuanheshangweijiruanjianpeihewancheng。

係統控製單元

本係統的控製單元框圖如圖2所示
，主要由鍵盤電路、溫控電路、電磁閥控製電路、光電收發接口電路


、通信接口電路、聲光指示電路組成。采用MSP430F149單片機為控製核心，外接6MHz晶振。

控製單元內部單片機的供電為3.3V，其他芯片和模擬器件的供電在3V到10V之間。控製單元的電源輸入是由外部開關電(dian)源(yuan)提(ti)供(gong)的(de)。在(zai)生(sheng)產(chan)現(xian)場(chang)，開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)與(yu)水(shui)泵(beng)電(dian)機(ji)共(gong)用(yong)一(yi)路(lu)交(jiao)流(liu)電(dian)
，水(shui)泵(beng)在(zai)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)會(hui)引(yin)起(qi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)出(chu)波(bo)動(dong)

，若(ruo)不(bu)采(cai)取(qu)防(fang)浪(lang)湧(yong)措(cuo)施(shi)勢(shi)必(bi)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)單(dan)片(pian)機(ji)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。根(gen)據(ju)上(shang)述(shu)分(fen)析(xi)設(she)計(ji)係(xi)統(tong)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)如(ru)圖(tu)3所示。電感L1起防浪湧保護作用;輸入電壓經開關電源芯片MC34063後輸出12V電壓
，然後通過兩個NCP1117ST33穩壓芯片產生兩路3.3V電源分別給單片機和光電接收電路供電。 為實現恒溫水箱的溫度控製需要采集恒溫水箱的溫度。采用鉑電阻PT1000溫度傳感器測量水溫。本係統溫度采集電路采樣恒流驅動模式

，如圖4所示。為避免PT1000傳感器長期工作的情況下自熱而影響到測溫精度，設計恒流源的輸出電流在5mA以內。圖4中左邊的運放組成恒流源電路。右邊的運放組成差分放大器以增加共模抑製比，電壓放大倍數為R17/R16(其中R15=R17，R14=R16)。

係統軟件

單片機軟件的設計

係統上電以後首先進行單片機初始化設置，主要包括定時器
、串口通信模塊和基本輸入輸出口的工作模式選擇與相關變量的初始化，初始化完畢後通過串行通信接口讀取上位機傳輸的流量點個數、流(liu)量(liang)點(dian)流(liu)速(su)與(yu)測(ce)試(shi)時(shi)間(jian)數(shu)據(ju)並(bing)將(jiang)其(qi)保(bao)存(cun)至(zhi)外(wai)部(bu)存(cun)儲(chu)器(qi)中(zhong)，以(yi)便(bian)係(xi)統(tong)脫(tuo)離(li)上(shang)位(wei)機(ji)啟(qi)動(dong)，數(shu)據(ju)存(cun)儲(chu)完(wan)畢(bi)後(hou)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)首(shou)先(xian)測(ce)試(shi)待(dai)檢(jian)測(ce)熱(re)量(liang)表(biao)的(de)通(tong)信(xin)是(shi)否(fou)正(zheng)常(chang)
，若(ruo)有(you)沒(mei)通(tong)信(xin)不(bu)上(shang)的(de)熱(re)量(liang)表(biao)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)將(jiang)詳(xiang)細(xi)信(xin)息(xi)上(shang)傳(chuan)至(zhi)上(shang)位(wei)機(ji)，並(bing)由(you)用(yong)戶(hu)決(jue)定(ding)標(biao)定(ding)工(gong)作(zuo)是(shi)否(fou)繼(ji)續(xu)。整(zheng)個(ge)標(biao)定(ding)過(guo)程(cheng)完(wan)成(cheng)以(yi)後(hou)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)將(jiang)不(bu)同(tong)流(liu)量(liang)點(dian)的(de)流(liu)量(liang)修(xiu)正(zheng)係(xi)數(shu)與(yu)係(xi)統(tong)時(shi)間(jian)寫(xie)入(ru)相(xiang)應(ying)熱(re)量(liang)表(biao)，然(ran)後(hou)上(shang)傳(chuan)至(zhi)上(shang)位(wei)機(ji)。上(shang)位(wei)機(ji)判(pan)斷(duan)熱(re)量(liang)表(biao)是(shi)否(fou)合(he)格(ge)並(bing)將(jiang)標(biao)定(ding)的(de)詳(xiang)細(xi)信(xin)息(xi)顯(xian)示(shi)於(yu)工(gong)作(zuo)界(jie)麵(mian)。

由於光電接口在強光下通信會出現異常現象，為了避免死鎖現象做了如下處理：控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)在(zai)標(biao)定(ding)過(guo)程(cheng)中(zhong)一(yi)旦(dan)發(fa)現(xian)通(tong)信(xin)有(you)問(wen)題(ti)的(de)熱(re)量(liang)表(biao)
，立(li)即(ji)通(tong)知(zhi)上(shang)位(wei)機(ji)
，通(tong)過(guo)人(ren)機(ji)界(jie)麵(mian)詢(xun)問(wen)用(yong)戶(hu)是(shi)否(fou)繼(ji)續(xu)測(ce)試(shi)
，若(ruo)用(yong)戶(hu)選(xuan)擇(ze)繼(ji)續(xu)測(ce)試(shi)，控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)將(jiang)不(bu)再(zai)讀(du)取(qu)有(you)問(wen)題(ti)的(de)熱(re)量(liang)表(biao)。
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上位機軟件

上位機軟件采用MFC(微軟的基礎類庫)的編程方法，充分利用了麵向對象技術的優點，MFC類庫中各種對象的強大功能足以完成程序中大部分所需要的功能。軟件操作界麵如圖5所示。通過界麵中的設置選項可以設定標定的流量點個數、流量點流速和不同流量點的具體標定時間。

用戶用上位機啟動標定過程後
，上位機軟件通過RS-232接口將標定信息傳輸給控製單元，控製單元負責標定過程的自動控製
，標定完畢再通過RS232接口將數據上傳至上位機。

係統運行結果與分析

采用本係統對大連瑞工微電子公司生產的熱量表進行了標定。根據中華人民共和國國家計量檢定規程規定，檢定的5個流量點q1-q5的選擇應為：

qmin≤q1≤1.1qmin，0.1qp≤q2≤0.11qp
，0.3qp≤q3≤0.31qp，0.9qp≤q4≤1.0qp，0.9qmax≤q5≤1.0qmax

，其中qmin為熱量表流量測量下限
，qp為熱量表標稱流量
，qmax為熱量表流量測量上限。表1為本係統在大連瑞工微電子生產現場隨機抽取的10塊熱量表的標定結果。根據國家計量檢定規程規定，III級熱量表的精度為3%。現場標定中
，取相鄰流量點修正係數超過3%視為不合格。熱量表3在流量點4和5的修正係數不滿足要求，熱量表6在流量點1和2的修正係數不滿足要求，其餘熱量表均合格。

為了驗證本係統的標定結果

，將這10塊熱量表送至大連市計量局進行了檢定，結果如表2所示。對比表1和表2可以看出
，用本係統對熱量表的標定結果與計量局熱量表標準檢定裝置的檢定結果完全吻合。

結語

鑒jian於yu傳chuan統tong的de熱re量liang表biao標biao定ding裝zhuang置zhi大da都dou為wei手shou動dong係xi統tong，操cao作zuo繁fan瑣suo
，標biao定ding時shi間jian長chang，且qie容rong易yi引yin入ru人ren為wei失shi誤wu的de現xian象xiang
，設she計ji了le一yi套tao熱re量liang表biao流liu量liang自zi動dong標biao定ding係xi統tong。係xi統tong在zai整zheng個ge標biao定ding過guo程cheng中zhong無wu需xu人ren為wei幹gan涉she自zi動dong完wan成cheng，標biao定ding時shi間jian短duan，隻zhi需xu30分鍾左右
，流量修正係數與相關信息的寫入也是自動完成
，避免了不必要的人為失誤。

該係統目前已成功應用於大連瑞工微電子公司

，經1年多的生產驗證，該熱量表流量自動標定係統檢測結果與國家標準計量單位的檢測結果完全一致。該係統具備效率高
、成本低

、節能
、安全可靠、操作方便
、維護簡單等優點。它的開發滿足了熱量表生產廠家對產品進行批量自動標定的需要，能極大的提高勞動生產率。