论文题目: 超声波热量表的研究与开发
论文类型: 硕士论文
论文专业: 测试计量技术及仪器
作者: 陆敬东
导师: 王式民
关键词: 节能,热量表,超声波,焓差法,时差法
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 能源危机是我国目前所面临的一个重要的问题。要缓解能源危机,一方面要寻找新的替代能源,另一方面必须节约能源。热水是一种重要的二次能源,广泛应用于人民的日常生活,量大面广。但是长期以来,我国在热水供暖上按供热面积结算,与是否用热无关,造成了热量的大量浪费。要改变这一现状必须进行结算方式的改革。1997年颁布的《中华人民共和国节约能源法》明确规定,耗能需要计量,不允许无偿使用或实行"包费制"。热量的计量需要专门的仪表。现在国内生产和使用的热量表大多是叶轮式热量表,这种热量表虽然成本低,但是精度差,使用寿命不长。近几年来,随着超声波测量流量技术的提高,超声波热量表技术逐渐发展起来,它以精度高,安装方便,使用寿命长等优点日益受到重视。本文从热量表计量热量的基本理论以及时差法超声波测量流量的原理出发,在借鉴和吸收国内外先进的超声波热量表技术的基础上,设计了一套超声波热量表系统。考虑到超声波热量表的技术难点主要在于利用超声波技术测出流量,以及一些时间和能力上的有限,在本设计中主要做了如下几部分工作:1.超声波热量表系统的构造超声波热量表系统包括三个部分:积算仪,温度传感器,流量传感器。积算仪采用现成的智能射频卡暖气表模块。其热量计算方法采用焓差法。温度传感器采用PT1000配对热电偶。流量传感器采用作者自行设计的超声波流量测量电路板。2.超声波测量流量硬件电路的设计根据时差法测量流量的原理,以AT89C51单片机和ispLSI 1032可编程逻辑芯片为核心,设计了包括超声波发射接收电路,放大检测电路,锁相环电路,时钟发生电路在内的超声波流量测量系统,并进行了制板以及调试。3.用VHDL语言进行数字器件的设计为了提高系统的稳定性和可靠性,把更多的包括各种触发器,计数器,分频器在内的数字器件集成到可编程逻辑芯片ispLSI 1032中。利用VHDL语言分别实现了这些器件的数字化,并进行了功能仿真以及下载调试。4.流量测量软件的设计利用汇编语言,结合AT89C51单片机,进行了流量测量软件的设计。并着重讨论了对于测得的多个实验数据的处理,运用随机误差理论和数据结构知识,设计了一种有效的算法。5.系统的误差分析结合超声波热量表系统的安装使用,运用恒值系统误差理论,对影响热量表测量精度的各个因素进行了分析,并提出了减小误差的方法。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 热量表技术的发展及比较
1.1.1 积算仪部分
1.1.2 流量传感器
1.1.3 温度传感器
1.2 超声波热量表的优越性及发展现状
1.3 本课题研究的内容
1.3.1 设计超声波流量测量部分的系统电路板
1.3.2 提高系统的稳定性和可靠性
1.3.3 系统的软件设计
1.3.4 超声波热量表的系统误差分析
第二章 超声波热量表的总体结构
2.1 超声波热量表的组成及工作原理
2.2 温度传感器
2.3 流量传感器
2.4 积算仪
第三章 流量测量基本原理和硬件电路设计
3.1 时差法超声波测量流量基本原理
3.2 流量测量硬件电路总体结构
3.3 超声波发射与接收电路
3.3.1 超声波换能器参数选择
3.3.2 超声波发射与接收电路
3.4 接收放大电路
3.5 检测电路
3.6 锁相环电路
3.7 时钟电路
3.8 CPU 部分
第四章 利用 VHDL 语言设计数字器件
4.1 VHDL 语言及其特点
4.2 用 ISP 器件进行电路设计
4.3 系统硬件电路的集成化设计
4.3.1 分频器
4.3.2 传播时间计数器
4.3.3 VCO 振荡频率计数器
第五章 流量测量软件设计及算法
5.1 软件设计流程和说明
5.2 计算时差的算法
5.2.1 时差的最小方差无偏估计量
5.2.2 时差估计算法的改进
5.2.3 散列表法的具体实现
第六章 实验调试结果及系统误差分析
6.1 超声波发射与接收电路的调试
6.2 放大和检测电路的调试
6.3 锁相环电路的调试
6.4 测量管道流动特性分析及公式参数选取
6.5 系统误差分析
6.5.1 进，出水温差的影响
6.5.2 管道直径 D 的影响
6.5.3 流量修正系数 K 的影响
6.5.4 固有延迟τ的影响
6.5.5 测量时差△t 的影响
6.6 系统存在的不足以及改进的方向
6.6.1 系统硬件电路的干扰问题
6.6.2 系统软件设计的改进
6.6.3 电源匹配问题
结束语
致谢
参考文献
作者在硕士研究生阶段发表的论文
附录
发布时间: 2007-06-11
参考文献
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