摘 要： 本文從硬件、軟件及印制電路板的設(shè)計三方面闡述了熱量表的抗干擾措施。在硬件方面論述了系統(tǒng)供電、流量計的選取；軟件方面論述了“看門狗”技術(shù)和軟件數(shù)字濾波；印刷電路板抗干擾設(shè)計論述了電源線和地線的處理、模擬電路與數(shù)字電路處理、電容的布局和印刷電路板尺寸和元器件、連線的布置。這樣熱量表的抗干擾能力能顯著提高，熱量表的實用性大大增強。
關(guān)鍵字： 熱量表；抗干擾；軟件；硬件

熱量表是一種計量熱量的裝置，其能夠顯示采暖用戶所用熱量的多少，用戶可以根據(jù)所用的熱量繳費，以實現(xiàn)采暖用戶計量收費的目標(biāo)，因此該表的使用和推廣對于節(jié)約能源和改革供熱系統(tǒng)，提高供熱系統(tǒng)的能量有效利用率起到巨大的促進作用。但是，目前我國部分地區(qū)水質(zhì)很差，對熱量表的元器件具有破壞性的作用。這樣，供熱系統(tǒng)怎樣去除干擾就顯得特別重要了。針對干擾源和干擾的傳播途徑，采用恰當(dāng)?shù)能浻布垢蓴_技術(shù)是提高單片機系統(tǒng)可靠性的重要手段。

一、硬件抗干擾設(shè)計

通過合理的硬件設(shè)計能有效抑制干擾源，切斷干擾傳播通道。只要合理地設(shè)置與選擇相關(guān)參數(shù)，硬件抗干擾技術(shù)就能抑制系統(tǒng)的絕大部分干擾。

1.系統(tǒng)供電的抗干擾設(shè)計

由于大部分熱量表采用電池供電，電池本身有高頻噪聲，干擾系統(tǒng)的正常運行。因此消除電源干擾對于保證系統(tǒng)可靠運行尤為重要，在熱量表的設(shè)計中可以采取兩種措施：一是，可以采用TI公司的TPS76350型穩(wěn)壓芯片，這使電源供電的穩(wěn)定性性大大提高；二是，可以在電路板上每個IC芯片的電源和地之間接都連接電容進行退耦，消除電源中的高頻干擾和低頻干擾。

2.渦輪流量計的抗干擾設(shè)計

為了保證渦輪傳感器輸出的脈沖信號有足夠的靈敏度，在配置信號傳輸線時，應(yīng)注意以下方面：第一，限制信號線的最大長度；第二，信號傳輸線應(yīng)采用屏蔽電纜，防止外部的感應(yīng)噪聲，傳輸線屏蔽接地，傳輸線不能靠近強點設(shè)備。第三，在脈沖信號進入單片機時進行光耦隔離。

二、軟件抗干擾設(shè)計

通過軟件的可靠性設(shè)計，可以降低干擾對熱量表系統(tǒng)工作的影響，確保熱量表中的單片機及時發(fā)現(xiàn)因干擾導(dǎo)致程序出現(xiàn)的錯誤，并使系統(tǒng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)或報警。

1“.看門狗”技術(shù)為了解決單片機受到干擾而失控的問題，通常采用程序監(jiān)視技術(shù)，又稱“看門狗”技術(shù)，使程序脫離“死循環(huán)”。在正常操作期間，一次WDT定時時間到，將產(chǎn)生一次器件復(fù)位，讓程序從頭開始重新運行。

2.軟件數(shù)字濾波

軟件數(shù)字濾波是執(zhí)行一段程序?qū)Σ杉臄?shù)字量通過計算減少干擾信號的幅度，提高信噪比。軟件濾波的常用方法有算數(shù)平均值濾波法、中值濾波法、防脈沖干擾平均值法。

三、印刷電路板抗干擾設(shè)計

電路板設(shè)計的是否合理對系統(tǒng)的抗干擾能力影響很大，故印刷電路板的設(shè)計必須遵循一些抗干擾的設(shè)計原則，在設(shè)計中采取以下抗干擾措施。

1.電源線和地線的處理

在電路板的設(shè)計中，應(yīng)盡量的加寬電源線和地線的寬度，在電路板布線完成后，對底層和頂層進行鋪地處理，把電路板上的元器件需要接地的引腳都和都用覆銅層相連，這樣可大大提高的系統(tǒng)的抗干擾性能。

2.模擬電路與數(shù)字電路處理

在電路板的設(shè)計中，應(yīng)將電路中的模擬電路與數(shù)字電路加以區(qū)分，在PCB制作時，線寬上模擬電路應(yīng)適當(dāng)大于數(shù)字電路。AD轉(zhuǎn)換器模擬地與數(shù)字地的分布要參考其芯片資料，嚴格按其要求進行布局。

3.電容的布局

電容的布局盡量將退耦電容和濾波電容、旁路電容放置在對應(yīng)元件的周圍。印制電路板的走線、引腳連線和接線引起電感，其存在會在電源線上引起紋波和毛刺，而在電源和地之間放置一個退耦電容可以有效濾除高頻紋波。

本文分別從硬件和軟件等方面對熱量表系統(tǒng)的抗干擾進行了闡述，這樣能顯著提高熱量表的抗干擾能力，增強熱量表的實用性，為熱量表的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

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一，檢定的意義

首先，如前所述，對熱量表要實行檢定，是法律的規(guī)定。2001年6月1日建設(shè)部發(fā)布實施的《熱量表》CJ128-2000標(biāo)準，在給出對熱量表技術(shù)性能要求的同時,已規(guī)定了試驗方法和檢驗規(guī)則，這是一個熱量表生產(chǎn)時需遵循的部頒行業(yè)標(biāo)準。我國《計量法》規(guī)定：“計量檢定必須執(zhí)行計量檢定規(guī)程”“國家計量檢定規(guī)程由國務(wù)院計量行政部門制定”。也就是由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局于2002年3月1日批準開始實施的JJG225-2001《熱量表檢定規(guī)程》，正式成為“熱量表首次檢定、后續(xù)檢定、使用中檢驗、定型鑒定及樣機試驗”適用的國家標(biāo)準。已有此法，不可不依。然而，現(xiàn)在的相關(guān)企業(yè)，從領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)主管到工作人員，恐怕還沒有普遍得到足夠明確的理解和認識。

第二，檢定對相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)來說，是其產(chǎn)品質(zhì)量的驗證。正因為國產(chǎn)熱量表都還沒有經(jīng)歷多年實用的考驗；對生產(chǎn)企業(yè)來說，都還未能積累必要的、來自使用中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的經(jīng)驗。出廠時認為合格，使用中發(fā)現(xiàn)了問題，售后服務(wù)的費用之高大大出乎予料，致使得不償失，“急功”而未能“近利”。這方面的教訓(xùn)不少。因此，通過科學(xué)合理的檢定，防患于未然，是非常重要的。作為新世紀熱量表企業(yè)的特點，可以說凡是認真負責(zé)的企業(yè)領(lǐng)導(dǎo), 都更自覺地把建立、改進、完善熱量表的檢定系統(tǒng)設(shè)備，放在比組織生產(chǎn)更重要的地位上了。

第三，檢定對“顧客”來說，是決策購買的依據(jù)。同樣因為熱量表是一種“新”的“商品”。“上市”時間還很短，還沒有形成顯著的若干“名牌”的效應(yīng)。認真負責(zé)的“內(nèi)行”“買主”，會關(guān)注所選購的熱量表檢定的情況。為了贏得顧客的信任，吸引“買主”，熱表生產(chǎn)企業(yè)搞好自己的檢定系統(tǒng)顯然也是十分重要的。我們曾建議：有關(guān)單位在大批選購熱量表產(chǎn)品之前，要委派專人考察該生產(chǎn)企業(yè)的檢定系統(tǒng)設(shè)備裝置和實際運作情況。

綜上所述，一個熱量表生產(chǎn)企業(yè)，他們的產(chǎn)品出廠檢定系統(tǒng) —— 包括設(shè)備硬件和檢定方法程序設(shè)計軟件，是否科學(xué)、完備；檢定操作技術(shù)人員在按照檢定規(guī)程運作實施中，是否認真、負責(zé)；可以基本反應(yīng)出其產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性程度。既能體現(xiàn)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)是否有明確的計量法制觀念，也必將會影響到企業(yè)的發(fā)展和效益。

國家標(biāo)準JJG225-2001《熱能表檢定規(guī)程》中，對熱量表的檢定，從檢定條件﹙包括環(huán)境和設(shè)備﹚、項目、方法及結(jié)果的處理，都有著明確的原則規(guī)定，是熱量表生產(chǎn)企業(yè)建立檢定系統(tǒng)的依據(jù)。關(guān)于按照檢定規(guī)程建立檢定系統(tǒng)裝置，檢定方法，等等；中國計量科學(xué)研究院的專家們有專門的論述。這里不再贅述。

二，幾個相關(guān)的問題

近幾年來，作者在一些相關(guān)研發(fā)成果的評估、新產(chǎn)品試制、和批量生產(chǎn)的鑒定中；以及和一些已有若干年生產(chǎn)、檢定經(jīng)驗的熱量表生產(chǎn)企業(yè)的交流、討論中，遇到了一些問題，認為值得予以關(guān)注，特在此提出討論。

1． 需要明確區(qū)別：用于計量管理機構(gòu)對熱量表進行定型鑒定及樣機試驗（相當(dāng)于〈熱量表〉行業(yè)標(biāo)準中的〝型式檢驗〞）的系統(tǒng)；和生產(chǎn)企業(yè)用于出廠檢驗的系統(tǒng)；二者包括裝置、設(shè)備和方法各有不同的要求和特點。一般說來，當(dāng)然是前者要求嚴格，技術(shù)參數(shù)水平要高。但是后者也有其特點，而且做起來未必簡單。譬如說，

——出廠檢驗系統(tǒng)必須考慮與生產(chǎn)批量相應(yīng)的批量檢定能力；即“日檢量”。

——出廠檢驗系統(tǒng)應(yīng)該是自動檢定，包括檢驗結(jié)果數(shù)據(jù)的自動打印。應(yīng)避免手工記錄檢測數(shù)據(jù)。這樣才能既保證了高速、高效；也避免了人為因素可能造成的影響。

2． 討論建立國內(nèi)出廠檢驗系統(tǒng)（包括裝置技術(shù)參數(shù)和方法）的相對統(tǒng)一的技術(shù)要求。這樣做的目的，或者說其實質(zhì)，是提高企業(yè)出廠檢驗系統(tǒng)的可靠性和可信性。從有利于供熱體制改革和熱量計量技術(shù)的發(fā)展的宏觀上考慮，應(yīng)該鼓勵跨地區(qū)的競爭，優(yōu)勝劣汰。但如果沒有一個相對統(tǒng)一的技術(shù)要求的基礎(chǔ)，要想避免地區(qū)保護，就沒有足夠的說服力。

3． 關(guān)于計量檢定機構(gòu)對送檢（特別是作定型鑒定和樣機試驗）表發(fā)生部分指標(biāo)未合格時的處理方法。希望能夠在堅持原則的前提下，對某些非關(guān)鍵性指標(biāo)、偶然發(fā)生，而該企業(yè)確實能及時改進而達標(biāo)的項目，適當(dāng)?shù)?、有限地、再給一些機會?！礋崮鼙怼禉z定規(guī)程（JJG225—2001）在7．4章“檢定結(jié)果的處理”中規(guī)定了：“經(jīng)檢定，符合本規(guī)程的熱能表，簽發(fā)檢定證書；不合格的熱能表，簽發(fā)檢定結(jié)果通知書，並說明不合格項目。”當(dāng)然，有不合格的項目，就不能簽發(fā)檢定合格證書。這是原則。

由于熱能表對我國來說，是一種新的計量器具產(chǎn)品，在生產(chǎn)和檢驗兩方面都還沒有積累足夠完善的經(jīng)驗。因此，有時不可避免地會出現(xiàn)一些由于認識和理解而發(fā)生的問題。那么，是否能在指出某企業(yè)、某產(chǎn)品、的某項不合格的同時，給企業(yè)一個限期調(diào)整改進的機會，然后，再進行鑒定考核，而后作出否定或肯定的判據(jù)。當(dāng)然，這也和檢定收費的規(guī)定有關(guān)。希望計量檢定機構(gòu)能適當(dāng)考慮中國的熱量表生產(chǎn)企業(yè)，多是小規(guī)?；蛐马椖浚捌谕度胼^大，而市場尚未形成規(guī)模這樣一種特殊的階段的狀況；予以合理的照顧。

4．關(guān)于檢定操作人員

《中華人民共和國計量法實施細則》第29條中，規(guī)定了計量檢定人員必須考核取證。熱量表涉及的技術(shù)比較復(fù)雜，對檢定的工作人員，應(yīng)該有更高的要求。因此適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)是必不可少的。

在丹佛斯公司關(guān)于熱量表檢定系統(tǒng)的方案中，專門有一章“操作訓(xùn)練”。他們認為：操作人員需要一個14天的訓(xùn)練。這個訓(xùn)練過程包括以下主題：

--- 對檢定系統(tǒng)和它的性能的一個總的介紹

--- 在檢定系統(tǒng)上工作；參考檢定和參考儀表檢定

--- 測量理論的一個總的介紹

--- 檢定系統(tǒng)中質(zhì)量系統(tǒng)的一個介紹（按照EN 45001標(biāo)準操作質(zhì)量系統(tǒng)）

--- 檢定系統(tǒng)的不確定性估算（能理解，分析和評估）

此外，在丹佛斯公司的方案中，他們認為：應(yīng)該有一個特殊的訓(xùn)練，使實驗室檢定操作人員能夠使用質(zhì)量手冊，按照標(biāo)準操作質(zhì)量檢定系統(tǒng)。這個質(zhì)量手冊是得到中國權(quán)威熱量儀表校準實驗室鑒定的基礎(chǔ)。

三， 幾點希望和建議

1. 每一個熱量表的生產(chǎn)企業(yè)，都必須重視產(chǎn)品檢定的工作。如果說產(chǎn)品的質(zhì)量是企業(yè)的生命，那么“檢定”正是產(chǎn)品質(zhì)量的保證。

2. 在我國, 熱量表作為一個新的產(chǎn)品，行業(yè)標(biāo)準和檢定規(guī)程公布實施還只有不過兩、三年的經(jīng)驗。因此，企業(yè)建立的檢定系統(tǒng)裝置，需要不斷地、及時地總結(jié)經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)問題；以適合檢定規(guī)程的要求。這將需要持續(xù)地努力，需要一段可能不會太短的改進提高的過程。

3. 我們特別強調(diào)重視檢定工作，因為這不僅僅是一個企業(yè)的產(chǎn)品市場能占有多大，效益能取得多少的問題。如果中國的熱量表生產(chǎn)企業(yè)不能通過認真的檢定工作以確保產(chǎn)品的質(zhì)量，它所產(chǎn)生的消極的社會影響，存在著使熱計量儀表這一新興產(chǎn)業(yè)夭折的危險。眾所周知, 中國國民對進口，特別是歐洲產(chǎn)品質(zhì)量的信任度一向很高。中國市場上進口的熱量表主要正是來自歐洲許多著名公司，他們正以30多年積累的經(jīng)驗，加上針對中國的特點,不斷地在調(diào)整和改進，以適應(yīng)中國的需要。如果我們的產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證，而進口產(chǎn)品再打出“價格”這張底牌，這前景將很難預(yù)料。

建設(shè)部等八個部位簽發(fā)的《關(guān)于城鎮(zhèn)供熱體制改革試點工作的指導(dǎo)意見》，對中國熱量表的生產(chǎn)企業(yè)帶來了機遇，既是鼓舞；也將是考驗和挑戰(zhàn)。我們衷心的祝愿：中國熱量表的生產(chǎn)企業(yè)共同努力、認真、負責(zé)的工作，確保中國熱計量儀表產(chǎn)業(yè)健康地成長; 在社會和政策條件進一步成熟時，在中國的熱計量儀表大賽場上,“主場”取勝；在實現(xiàn)我國熱計量儀表國產(chǎn)化的過程中，經(jīng)受考驗，取得勝利。為我國城鎮(zhèn)供熱體制改革做出貢獻，同時，也獲取應(yīng)得的效益。 摘要： 提出了基于流體力學(xué)原理的熱量表基表進水口導(dǎo)流片，形成雙流束流動方案,調(diào)整水流方向、推動葉輪按預(yù)定方向旋轉(zhuǎn)，在葉輪式頂蓋徑向位置設(shè)置調(diào)節(jié)筋條，來調(diào)節(jié)基表脈沖當(dāng)量的新方法；開發(fā)了專用流量芯片TMS3723B的控制程序，實現(xiàn)了流量信號的準確、可靠采集。對相關(guān)研究具有重要的指導(dǎo)作用。
關(guān)鍵詞：雙流束 熱量表 無磁式

1.引言

我國熱量表技術(shù)較國外先進水平還有較大的差距。從國產(chǎn)熱量表的三個重要組成部分積算儀、流量傳感器和溫度測量技術(shù)現(xiàn)狀看，由于多采用進口微處理器，積算儀的有關(guān)問題得到了較好的解決。溫度測量多采用技術(shù)較成熟PT1000鉑電阻，也得到較好的解決。目前問題較多的是流量測量部分，國產(chǎn)熱量表基表多采用原有熱水表，其測量精度和可靠性難以達到熱量表的流量技術(shù)要求，因此開發(fā)精度高、工作可靠的熱量表基表，是目前熱量表研制的重要課題。本文對熱量表單流束基表技術(shù)問題進行分析探討，提出了“導(dǎo)流片”分流和葉輪室頂蓋設(shè)置“調(diào)節(jié)筋條”調(diào)節(jié)當(dāng)量脈沖的新方法，得到了很好的效果。

2.單流束基表設(shè)計的技術(shù)方案

傳統(tǒng)的單流束基表結(jié)構(gòu)如圖1所示，為了保證葉輪按一定的方向旋轉(zhuǎn)，其進水口和出水口往往偏心設(shè)置，并在一定的部位設(shè)置當(dāng)量脈沖的調(diào)整部件。這種結(jié)構(gòu)存在以下弊端，首先進水口和出水口的偏心設(shè)置，給機械加工帶來一定的難度，在加工進、出水口時，由于偏心設(shè)置，給工件的裝夾、找正帶來不便，費時費工，效率低下；同時給外形設(shè)計造成一定的困難，難以設(shè)計出美觀的外形。再者，以往熱量表基表多采用原有的單流束熱水表，由于價格等因素的制約，其設(shè)計精度、材料的使用等存在較多的問題，其精度難以滿足熱量表流量檢測精度的要求。

圖1 傳統(tǒng)的單流束基表結(jié)構(gòu)示意圖

為了消除上述弊端，本研究對熱量表基表進行了全新設(shè)計。其結(jié)構(gòu)如圖2所示，為了便于加工，將進、出水口設(shè)計在一條直線上，這種設(shè)計給工件加工帶來很大的方便，便于保證精度，可大大提高機加工效率。和傳統(tǒng)基表相比，增加了葉輪式底座，底座和金屬表殼過盈配合，葉輪室上蓋和底座采用耐高溫的PPS制作，可保證熱水長時間浸泡不致發(fā)生變形，以保證熱量表工作的可靠性。

圖2 新型單流束基表
1－表殼底座 2－葉輪室底座
3－整流隔柵 4－葉輪
5－葉輪室上蓋 6－表殼蓋
7－擋塊 8－半圓膜片
9－剛玉 1 0－軸套

葉輪式底座的俯視形狀如圖3所示，為了保證水流對葉輪葉片有一定的沖擊角度和水流順利流出基表，葉輪式底座進水口和出水口與表殼的進水口、出水口有一定的夾角，同時在進水口處設(shè)置一三角形的導(dǎo)流片。為了調(diào)節(jié)脈沖當(dāng)量，在葉輪式上蓋朝向葉輪的一面設(shè)置一橫向筋條，通過調(diào)整筋條和基表進、出水口軸線之間的夾角，達到調(diào)節(jié)脈沖當(dāng)量的目的。

圖3 葉輪式底座

3.基表內(nèi)部水流特性的分析

熱量表工作時水流從基表進水口經(jīng)整流隔柵進入基表，在葉輪室底座入口處由導(dǎo)流片分流成兩股，分別從兩個通道進入葉輪室。水流在葉輪室內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，推動葉輪旋逆時針旋轉(zhuǎn)，之后依次經(jīng)葉輪室出口、基表出口流出。本設(shè)計中所采用了無磁式流量傳感方式，就是通過葉輪室上蓋上方設(shè)置的三個電感在葉輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生振蕩信號來實現(xiàn)的。

由圖3可見，葉輪室入口的收縮流道截面積A1沿水流方向逐漸減小，而擴張流道截面積A2逐漸增大，由不可壓縮流體的連續(xù)性方程可知，過流面積和流速成反比，進入收縮流道的水流速度V1將增大，而進入擴張流道的水流速度V2將減小。由伯努利方程可以得到，V1減小，p 1增大，V2增大，p2減小，如此從兩個通道進入葉輪室的水流之間就存在壓強差 ，此壓強差將推動水流向壓強小的方向流動，從而推動葉輪逆時針旋轉(zhuǎn)；收縮通道提高了進入腔體的水流速度，增大其動量，在微小流量時，葉輪受軸與軸承之間摩擦阻力的影響較大，如果基表中不設(shè)此導(dǎo)流片而是一個單一通道，水流更易直接從葉輪間隙流過，而不推動葉輪旋轉(zhuǎn)，從而使始動流量值增大。

由上述分析可知，在流動初始時刻，兩通道的幾何形狀對決定葉輪旋轉(zhuǎn)方向至關(guān)重要，該設(shè)計依靠兩通道出口的壓強差使水流在基表腔體內(nèi)沿逆時針方向流動。第二通道出口水流速度V2大于第一通道出口速度V1,并且偏轉(zhuǎn)的角度較V1更大，這種流動機制決定了水流開始流動時葉輪必須沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)。

最初設(shè)計的葉輪室及導(dǎo)流片形狀如圖3，導(dǎo)流片前端靠近葉輪室外徑處是一尖角，其與中心連線和橫軸的夾角為8度，在進行85℃熱水試驗后，導(dǎo)流片變形受損，因此，必須加以改進。改進從兩個方面著手，一是更換耐高溫的材料，再就是改變導(dǎo)流片的幾何形狀。

導(dǎo)流片的改進示意圖見圖4。改進前的導(dǎo)流片橫截面為三角形ABC，改進后為五邊形AAB’BC。A’，B’比A、B兩點向中心線方向偏移2°。如此改動之后導(dǎo)流片的橫截面積增大，厚度增加，強度也必然相應(yīng)提高。同時，導(dǎo)流片靠近中心線一側(cè)傾斜角度減小，改變了收縮通道的形狀，流經(jīng)此通道的水流流動情況相應(yīng)的會發(fā)生變化。

圖4 導(dǎo)流片改進示意圖

導(dǎo)流片截面積加大，收縮通道變窄，由連續(xù)性條件知，此處水流速度必然增大，水流就會以更大的動量沖擊葉輪。另外，在導(dǎo)流片頂端平面加一小圓柱體擋頭，可以起到加固導(dǎo)流片的作用，增強其承受水流沖擊力的能力。改進后的導(dǎo)流片經(jīng)實驗證明，高溫時大流量下，導(dǎo)流片也不會發(fā)生變形，可保證基表的正常工作。

為了進一步改善基表的性能，對葉輪的材料也進行了改進。原設(shè)計葉輪材料采用的是PPS，改用尼龍66＋玻璃纖維，改進后葉輪重量減輕，其與軸承間的摩擦阻力相應(yīng)減小，通過對基表以上綜合改進，基表的始動流量減小，脈沖當(dāng)量增加明顯。試驗結(jié)果表明，始動流量值由原來的16L/h降低為10L/h左右。脈沖當(dāng)量增大8％左右，大大改善了及表的性能。

為了保證基表間當(dāng)量脈沖一致，以往基表往往在不同的部位設(shè)置調(diào)節(jié)部件，以調(diào)整脈沖當(dāng)量的大小，為了簡化設(shè)計、改善工藝性，本研究在葉輪室頂蓋下面的徑向位置上設(shè)置筋條，如圖5所示。通過調(diào)整筋條和水流方向之間的夾角β，來改變脈沖當(dāng)量的大小。實驗表明這一方法對調(diào)節(jié)基表脈沖當(dāng)量十分靈敏、有效。該方法與傳統(tǒng)的其它方法相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好、易于調(diào)節(jié)的優(yōu)點。

圖5 調(diào)節(jié)筋條示意圖

4.流量信號的采集

傳統(tǒng)的流量信號采集方案多為有磁式，具有抗干擾能力差，永久性磁鐵退磁和含鐵性雜質(zhì)易吸附等缺點。本研究采用無磁式傳感器方案，具體電路方案為TMS3723B方案。

TMS3723B是美國德州儀器公司生產(chǎn)的流量芯片，被廣泛應(yīng)用于歐洲熱量表產(chǎn)品。它的內(nèi)部有12個控制寄存器和13個數(shù)據(jù)寄存器，通過向控制寄存器中寫入數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)對采樣頻率、比較器比較電壓、中斷方式、時鐘信號源、電感的開啟和關(guān)閉等項目的控制，讀出數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容可以知道各個電感的狀態(tài)、葉輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、葉輪旋轉(zhuǎn)方向等信息。

實際在熱量表中使用TMS3723B主要是讀取1/4旋轉(zhuǎn)寄存器和電感狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)一圈時1/4旋轉(zhuǎn)寄存器中的數(shù)據(jù)加4，當(dāng)1/4旋轉(zhuǎn)寄存器中的數(shù)據(jù)讀出后可自動清0。只要定期讀取1/4旋轉(zhuǎn)寄存器中的內(nèi)容，就可以計算出在這一時間間隔內(nèi)的葉輪轉(zhuǎn)速。電感狀態(tài)寄存器中保存當(dāng)前電感的狀態(tài)等信息，通過讀取電感狀態(tài)寄存器中的數(shù)據(jù)可以判斷電感是否存在故障。下面簡要說明一下TMS3723B是如何判斷電感狀態(tài)并計數(shù)的。

流量傳感器由3個電感線圈構(gòu)成，它們在旋轉(zhuǎn)軌道上間隔90度均勻分布，其下部為葉輪，葉輪頂面在半圓區(qū)域內(nèi)涂附了用蒸汽處理過的阻尼材料。

每個電感均和電容組成LC振蕩電路，由TMS3723B定期對LC電路充放電以使LC電路產(chǎn)生逐漸衰減的正弦信號，比較器把衰減的正弦信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖，只要輸入電壓高于設(shè)定的內(nèi)部值,脈沖就將持續(xù)高值。

無阻尼振蕩 阻尼振蕩
圖6無阻尼和有阻尼振蕩波形

當(dāng)電感位于阻尼材料處時，由于會在阻尼材料中感應(yīng)出電流，正弦信號的衰減速度會加快，電感處于有阻尼狀態(tài)。相反當(dāng)電感位于無阻尼材料處時，正弦信號的衰減速度較慢，電感處于無阻尼狀態(tài)。TMS3723B芯片通過內(nèi)部的比較器可判斷出這兩種狀態(tài)。兩種狀態(tài)的波形如圖6所示。

當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，三個電感依次在有阻尼狀態(tài)和無阻尼狀態(tài)之間切換，TMS3723B判斷各個電感的狀態(tài)，寫入相應(yīng)的狀態(tài)寄存器中。每旋轉(zhuǎn)一圈，TMS3723B內(nèi)的1／4旋轉(zhuǎn)計數(shù)器加4。微處理器定時讀取TMS3723 中的數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出流量。

5. 結(jié) 論

本研究提出了利用流體力學(xué)原理在基表進水口設(shè)置導(dǎo)流片來改變水流方向、形成對葉輪有效沖擊的新方法。且通過調(diào)整導(dǎo)流片的幾何形狀和尺寸提高了基表檢測精度，降低了始動流量，改善了基表的機加工工藝。提出了在葉輪室頂蓋徑向設(shè)置調(diào)節(jié)筋條、來調(diào)整基表脈沖當(dāng)量的新方法，該方法較其它傳統(tǒng)方法簡便有效。采用美國德州儀器TMS3723B專用流量芯片，保證了基表流量信號的采集準確、可靠。實驗檢測表明，通過以上綜合措施，本研究開發(fā)的熱量表基表，整體性能達到國家標(biāo)準的相關(guān)要求，達到國外同類產(chǎn)品的先進水平。

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The flux measure technique discuss of single-stream heat meter for domestic use
Du Guang-sheng Liu Zheng-gang Guo Llan-lan
Wang Ning Lin Qin-chun
(Shandong University, Jinan 250061)
Abstract: a new scheme using the hydromechanics theory of setting up a leading-flake in the inlet of the flowmeter to adjust the flow direction, therefore, to push the impeller rotate in a predetermined direction, and adjust the impulse equivalent of the flowmeter by adding ribs on the coping of the impeller chamber was proposed. Developed a special control program of flux chip TM3723B, and realized the accurate and credible collection of flux signal .it is useful to the relative research.
Keyword: heat meter flux single-stream

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