高精度超声波热量表的设计

田海军，刘炜明，王 霞

(1.东北电力大学自动化工程学院，吉林 吉林 132012； 2.东北电力大学经济管理学院，吉林 吉林 132012)

高精度超声波热量表的设计

田海军1，刘炜明1，王 霞2

(1.东北电力大学自动化工程学院，吉林 吉林 132012； 2.东北电力大学经济管理学院，吉林 吉林 132012)

采用反射式结构，利用时差法原理，基于STM32F103单片机和计时芯片TDC-GP22设计出了一种高精度的新型超声波热量表，并对其进行了测试.结果表明：该热量表精度高，能满足行业标准二级要求，拥有广阔的应用前景.

超声波；热量表；TDC-GP22；STM32F103；低功耗；高精度

机械式和电磁式热量表受流体影响严重，导致测量不准确.而伴随着超声波流量测量技术兴起的超声波热量表，修缮了以上两种热量表的缺陷[1].本文利用时差法原理，择取意法超低功耗的STM32F103单片机配合德国产高测量精度的计时芯片TDC-GP22，设计出了一种使用寿命长、精度高、功耗小、成本低的超声波热量表.它是利用一对超声波换能器收发超声波信号，通过计时芯片TDC-GP22测量出超声波在水中顺着水流和逆着水流传播的时间差来间接测算水速和水流量.[1-2]用k系数法对流量和温度差进行积分求出热量.

1 测量原理

1.1 热量计算数学模型

载热水流在不同的压力和温度下，热量系数k是变化的.在现实应用中由于热量表安放在水管内，压力几乎恒定不变，所以只需要对照温度这一变量即可从热系数表中找到相对应的热系数.也就是说，能够准确测量管道进出口的水温差和水流量……