基于游标时间测量方法的超声波热量表系统

郭 锐，李 虹，杨 宇，牛 睿，熊红权，王玉荣，徐殊凝

(太原科技大学电子信息工程学院，太原030024)

在资源相对紧缺的现在，人们越来越重视资源的消耗，特别是能源。热量表是可测量热量变化的一种仪表，可用于住房用户以测取暖气消耗量，方便用户自己调节暖气的供应。用户可按暖气使用量来缴费，这样可以鼓励用户减少热能的浪费并且使得暖气收费更合理。为了能更准确地计量热量损耗，用户对热量表的精度要求有所提高。其中，超声波热量表是现在市场上兴起的一种热量表，它通过对水温、水的流速测量及计算，来反映暖气热量的变化。本文首先说明超声波热量表的工作原理，然后介绍硬件电路，最后总结提高仪表测量精度的方法。

1 系统原理

超声波热量表涉及超声波、温度、时间、控制等方面。在不同温度的水中，超声波的传播速度不同，通过对超声波在水中传播时间的测量和水的温度差，计算出暖气的热损耗[1]。超声波只用于测量水的流速，而水的温度测量则使用高精度热敏电阻。

1.1 热损耗测量基本原理

在实际暖气管道上，超声波传感器的安装如图1所示。

图1 超声波流量计工作示意图Fig.1 Working principle of ultrasonic flow meter

换能器A、B为一对超声波传感器，斜向安装在同一段管道两侧。用来测量超声波在水中传播时间，间接计算出水的流速。

假设水充满管内，水体积变化量计算如式(1)。

式中，v——水的流速(假设v在测量区域内保持不变);D——管内直径。

v和vc的计算公式如式(2)和式(3):

其中，vc——超……