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　　产品名称：小口径超声波热能表
　　产品型号：LCRY
　　产品规格：DN15-DN32
　　产品简介：
　　LCRY型小口径超声波热能表为机电一体化智能型热量计量装置，实现对冷、热量的精确计量。该产品具有外型美观、安装方便、计量准确、运行稳定、压损小、无堵塞无吸附等特点。应用于集中供暖、中央空调和冷热联供等热量计量收费的采暖设施中。
　　超声波热能表工作原理：
　　LCRY型小口径超声波热能表用于计量以水为媒介的热交换系统释放或吸收的热量，既可以用于采暖供热系统，也可用于空调制冷系统，该产品主要由配对温度传感器、流量传感器和计算部分组成。配对温度传感器测量进水与回水的温度、流量传感器测量经管道的热水的体积，此两项数据被采集后送至积分计算，计算出所使用的冷、热量并显示出来。积分仪计算的相关数据可以通过PCB板上的M-BUS远传模块将以电压或电流信号进行采集并传递至集中器，然后再通过相应的接口传至主站，使超声波热能表具有了数据远传功能。
　　热能表产品相关参数：
Qs（m³/h）
Qp（m³/h）
Qi(（m³/h）)
热能表准确度等级
小于0.015Mpa
温度传感器
PT1000铂电阻 直插式
温度计算范围
温度测量范围
热能表温差范围
温度分辨率
3.6V锂电池（使用寿命6年以上）
红外、脉冲、RS485、m-bus
热能表安装方式
水平或垂直
热（冷）载体
DN15~DN25测温球阀，DN32配测温座
　　热能表产品外形结构：
热能表产品外形结构
热能表公称口径
表螺纹（M）
螺纹长（L）
接管长（L）
接管螺纹（M）
螺纹长度（L）
　　热能表产品安装示意图：
　　热能表产品优势：
　　1、流量管段：采用优质黄铜锻压、数控机床和组合机床加工而成，机械强度好，尺寸精度稳定一致。
　　2、导流管采用聚碳材料，热膨胀系数小，反射片采用特殊材料，耐腐蚀、结垢，经过镜面处理后可保证声波在热水中的正常传输，从而提高了产品的计量准确性。
　　3、换能器：作为中的主要信号发生部件，采用进口压电陶瓷片，性能稳定、一致性好，是实现高精度计量必不可少的因素之一。
　　4、温度传感器：采用专用PT1000高精度铂电阻，并配置精密测量电路，保证高精度的温度测量。
　　5、积分计算模块：选用日本进口NEC集成电路，该模块具有多功能、微功耗、存储空间大、速度快等特点，优化软件、硬件设计两方面，保证计算器长寿命低功耗稳定运行，并有很强的抗电磁干扰能力。
　　6、自我诊断功能：在稳定运行过程中，若出现信号通讯不正常、电池电量不足或人为破坏时，系统会将相对应的代码显示出来，在屏幕的右上角会显示&故障&，表示电量不足，系统并自动将数据保存下来，等待故障排除后恢复。
　　7、远传及集中控制功能：具有M-BUS、485接口，可实现数据远传、集中控制
　　8、供电：内置环保锂电池，工作寿命6年以上。
　　9、外型美观，可四个方向任意悬挂，方便读数，操作简单。
　　10、热能表安装方便，具有防尘、防潮、防水、防拆卸及人为破坏等功能。
　　超声波热能表售后服务：
　　产品自发货之日起整机一年内免费保修，终身维护。但下列情况导致的损坏则不予以保修：
　　1、各部件封印标志被开启、人为破坏
　　2、遭受暴雨、水淹、冰冻、化学污染
　　3、安装前为清理管道或管道内杂质过多导致流量计损坏
　　4、因正规的操作，温度传感器被扯断，或其它部件被暴力损坏的
　　5、因未选用适合产品型号而造成的故障损坏
　　注：电池应由专人更换，用户不得自行拆封印更换，如热能表出现欠压情况可与厂家直接联系
　　超声波热能表生产厂家：承德龙志达智能科技有限公司
　　地& 址：河北省承德市上板城工业园区龙志达路3号
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　　联系人 ：邱经理
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地址：河北省承德市高新技术产业开发区电子工业园区龙志达路3号超声波热能表 -
TI公司MSP430
，先进的微功耗设计。 采用
专用检测芯片，精度更高。 测量机构无运动部件，无磨损，计量精度不受使用周期影响。 直通式声波通道，不受水质影响，压损更小。 485、M-BUS等多种通讯方式可供选择，满足不同用户需求。 测量范围广，冷、热两用。 便于施工，可水平、垂直安装。 维护方便，具有防尘、防潮、防水、防拆卸等功能。
超声波热能表 -
目前市场上有一些数字
探伤仪不符合国家的相关标准。2005年国家颁布最新标准《JB/T：A型脉冲反射式
探伤仪通用技术条件》。在这部新标准启用的同时，还颁布了《JJG746-2004超声波探伤仪检定规程》。国家首次对数字超声波探伤仪的检定规程作了详细解释。
　由于超声波探伤仪是一种十分专业的仪器，不是专业人员，根本无法了解这种仪器，所以很多造假者钻了漏洞。国内一些厂家利用数字超声波探伤可以作假的特点，大肆生产不合格产品。如果您不具备专业检测工具，以下简单检测方法可以帮您鉴别真伪：
　1、在不连接探头的状态下，将增益调到最大，屏幕上的波形不能超过屏幕的10%，如果超过，此仪器不合格。
　2、看垂直线性是否合格、方法
　3、还有一些指标需要专用试块。建议新仪器送到省级计量测试所去鉴定，以免上当。 　
4、价格极低。
　5. 注意看生产工艺和证明文件，一般超声波需要专业培训才可以。
　使用不合格超声波探伤仪的后果比较严重。由于超声波无损检测都是用在质量检测或安全检测，如发生质量事故甚至危及人身安全，您节省了一点钱买回的不合格仪器将会致您于非常不利的境遇。我们谴责那些制假者，请提高你们的技术开发水平，不要害人害己。
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超声波热量表
要热量表是测量，计算以及显示热交换系统所释放或吸收的热量值的仪表，是一种以微处理器和高精度传感器为主要配件的机电一体化计量的器具。在我国供暖体制改革的进程中起着十分关键的作用。随着我国供暖体制干戈的不断深入，其自身也曝露出很多的不足，如传统的热量计算仪表准确不足，功耗大，易损坏且由于其大多使用有线的抄表方式，使得对现有的用户的安装造成极大的不便。本设计研究了热量计量的科学方法，采用单片机80c51为积分器，TDC-GP2来进行流量与温度的采集，不仅节省了成本而且计算更加准确灵敏，提高了仪表的测量精度，使仪表具有较高的可靠性，科学的计算所用热量，为取暖用户与供热公司之间提供了准确的收费依据，从根本上解决了供受双方在利益上的纠纷问题。
关键词: TDC-GP2，80C51
IAbstractHeat meter，as the metering basis for collecting fees between heat supply companies and heat users, not only has been widely accepted by users, but also has performed a distinct function in economizing energy. Metering by heat meters is only a method, while realizing reasonable charging is our purpose. Furthermore, the use of payment heat meters is the certain trend for heat system reform. Despite many kinds of heat meters available in current market, there are different problems, more or less, in them.After making researches on the scientific methods of heat metering, this thesis regards 80c51 as the integrator and uses TDC-GP2 to collect flow and temperature, which extremely reduces the efficiency cost of the meter, promotes the measuring precision of the meter, and makes it have more reliability. On the other hand, the scientific nature of metering the heat used provides an accurate basis for collecting fees between heating users and h possessing the prepayment function essentially solves the difficult problem that heat companies collect heat fees.
Keywords: 80C51， TDC-GP2；
II目 录摘要 ............................................................................................................ I Abstract ..................................................................................................... II第1章
绪论 ..........................................................................................11.1项目研究目的及意义 ..................................................................11.2热量仪表的研制背景 ..................................................................21.3国内外研究动态 ..........................................................................3第2章
方案选择 ..................................................................................52.1计量芯片选择 ..............................................................................52.1.1 TDC-GP2芯片 ..................................................................52.1.2 80C51芯片介绍 ...............................................................72.2流量计选择 ..............................................................................1002.2.1采用超声波流量计 .......................................................1002.3温度传感器的选择 .................................................................. 1112.3.1热电阻测温方案 ........................................................... 1112.3.2热敏电阻测温方案 ....................................................... 1112.3.3集成式温度传感器方案 ............................................... 1112.3.4铂热电阻测温方案 ....................................................... 1112.4计度器的选择 ..........................................................................1222.4.1 采用LED,LCD数码显示 ...........................................1222.4.2采用机械骨轮显示 .......................................................1222.5电源系统的选择 ......................................................................122第3章
硬件电路的设计 ..................................................................1443.1 硬件系统简介 .........................................................................1443.2流量信号的采集 ......................................................................1553.2.1高速时间测量部分 .......................................................1553.2.2流量测量的脉冲计数法.........................................163.3温度信号的采集 ......................................................................1773.4流量传感器信号电路的分析 ....................................................183.5 温度采集电路分析 .................................................................2013.6 TDC-GP2与80C51的接口电路分析 ....................................2333.7
电源电路设计 .......................................................................2443.7.1
交流电源 ....................................................................244III3.7.2 直流电源电路 ................................................................253.8 显示器设计 ...............................................................................263.9 软件设计 ...................................................................................273.9.1 流量采集部分 ................................................................273.9.2
温度采集 ......................................................................29第4章
误差估算和综合 ..................................................................3014.1 热量表计量性能要求 .............................................................3014.2 流量误差分析 .........................................................................3224.2.1 附作物测量引起的测量误差 ......................................3224.2.2 系统误差分析 ..............................................................3234.2.3
进，出水温差的影响 ................................................3454.2.4 管道直径D的影响 .......................................................354.2.5 流量修正系数K的影响 ...............................................364.2.6 测量时差?t的影响 .......................................................37结 论 ........................................................................................................39 致 谢 ......................................................................................................400 参考文献 ................................................................................................412 附录 ........................................................................................................434
ContentsAbstract .................................................................................... 错误！未定义书签。
Chapter 1 Introduction ........................................................... 错误！未定义书签。1.1 Purpose of the study and significance of the project ... 错误！未定义书签。1.2 Research background of heat meter ............................ 错误！未定义书签。1.3 Domestic and foreign development ............................ 错误！未定义书签。 Chapter 2 Design options ........................................................ 错误！未定义书签。2.1 Measuring chip options ............................................... 错误！未定义书签。2.1.1TDC-GP2
chip........................................................................52.1.2 80C51 chip introduce................................................................72.2 Choices of flowmeter .................................................................................. 102.2.1Use of ultrasonic flowmeter .............................................................. 102.3 Selection of temperature sensor .................................................................. 112.3.1 Thermocouple temperature measuring scheme ................................ 112.3.2 Thermistors temperature measuring scheme .................................... 112.3.3 Integrated type temperature sensor scheme ..................................... 112.3.4 Platinic resistance temperature measuring scheme .......................... 112.4 Monitor selections ....................................................................................... 122.4.1 LED, LCD digital display ................................................................ 122.4.2 Mechanical drum display ................................................................. 122.5 Choice of power supply system .................................................................. 12Chapter 3 Circuit Design ........................................................................................ 143.1 Brief introduction of hardware system ...................... 错误！未定义书签。43.2 Traffic signal acquisition ........................................... 错误！未定义书签。53.2.1 High speed time measurement section......................................153.2.2 Pulse counting method of flow measurement...........................163.3 The temperature signal acquisition ........................... 错误！未定义书签。73.4 Analysis of the flow sensor signal circuit ................. 错误！未定义书签。83.5 Analysis of temperature acquisition circuit ................................................. 213.6 Analysis of interface circuit of TDC-GP2 and 80C51错误！未定义书签。33.7 Design of power supply circuit ................................. 错误！未定义书签。43.7.1 AC circuit ....................................................... 错误！未定义书签。4V3.7.2 DC battery circuit ........................................... 错误！未定义书签。53.8 Display design..........................................................................................263.9 Software design........................................................................................273.9.1 Flow collection.........................................................................273.9.2 Temperature acquisition...........................................................29Chapter 4 The error analysis and synthesis .......................................................... 314.1 Requirements of heat meter measuring performance.................................. 314.2 The error analysis of flowmeter .................................................................. 324.2.1 Measurement errors caused by attachments ..................................... 324.2.2 System error analysis ....................................................................... 334.2.3 In,out the water of temperature difference efect错误！未定义书签。54.2.4 Effect of pipe diameter D ............................... 错误！未定义书签。54.2.5 Influnence of flow coefficient K
.................. 错误！未定义书签。64.2.6 Influence of measurement time ?t ............... 错误！未定义书签。7Conclusion .............................................................................. 错误！未定义书签。9Acknowledgement ................................................................................................... 40References ................................................................................................................ 42Appendix .................................................................................................................. 44
绪论1.1项目研究目的及意义热量表是测量、计算以及显示热交换系统所释放或吸收的热量值的热量的仪表。一个完整的热量表由三个部分组成：（1）数据采集的部分，是用来测量介质的压力、温度和流量等数据的部分；（2）计算显示的部分：是根据数据采集的部分所测量的数据，并且通过热量计算的公式来计算出用户从热交换系统中所获得的热量的大小，一般来讲都显示输出的总消耗的热量、总消耗的流量、瞬时的热量、瞬时的流量等参数的部分。（3）数据传输的部分：利用数据传输的部分可以远程的来了解工况现场的情况和仪表的参数的设定情况，并且能够远程调节仪表的参数的部分。长期以来，我国在供暖上方面按供热的面积结算，这种结算的方式是属于“包费制”，而且严重的影响了供热方的供热积极性，使得供热的品质严重的下降，由于这些方面引起用热方很多的不满，会经常的出现拒付热费的一些情况，还有因为住宅供暖的管路是垂直走向，用户拒付的热费后供热方面的部门无法停止供暖，因此会造成管理上的一些无序。此外，在供暖的方面由于是按供热治安供热面积的收费，与是否用热时无关的，所以，在房中长期无人居住情况下会有不停暖气的情况出现；还有暖气过热的情况下宁可去开窗，也不愿将阀门关小一些，由于这些种种的元素引起的浪费，对环境也是有很大的破坏。所以，需要要研制一种符合国情的低廉价位的热量表，因此对加快热量计量的收费的改革的进程以及节约能源都有重要的一些意义，假如热计量收费的措施可以实现，不仅能避免纠纷，而且能有效地促进供、用双方主动节能，可以产生十分巨大的经济和社会效益。要改变这些现状必须进行结算方式的改革，分户按热量计费。目前，从机械式电表转向电子电表是全球的发展趋势，因为电子系统可为住宅和工业电表制造商提供更低的 1成本更高的可靠性以及改进监控特性。本设计采用超声波热量积算仪表实现高精度低成本，从而为用户和供热方提供可使用性的热量表。1.2热量仪表的研制背景在我国，传统意义上的供暖地区指的是在一年当中日平均的气温低于或等于5℃超过90天的地区，这个范围主要分部在我国的淮河以北的地区，以三北地区为主，在这些区域内，城镇的供热方式在大体上分为火炉供热采暖，分散锅炉供热供暖，区域锅炉房供热供暖以及城市中集中采暖供热等几种，并且一些地区采用一些工业的余热和废热来用于建筑方面的采暖，除了这些以外，伴随着城市中能源结构中出现的一些变化，还出现了用户燃气供热采暖和电加热器供热采暖等新型的供热采暖方式。而总体上而言，我国目前的采暖系统还是相当落后。具体体现在供热品质差, 即室温冷热不匀，系统热效率低。不仅多耗成倍的能量, 而且用户不能自行调节室温； 加之当前采暖费按供暖面积计费, 亦无助于用户的节能意识。在过去相当长的一段时期内，中国城市的集中供热一直遵循着计划经济的理念，为企业以及事业的单位和居民住户谋取福利式的一种服务，实际上运行的是集体承包式的供暖供热消费形式。并且与之相配合，各供暖供热相关行业的技术上的技术水平，在管理的型式以及在用户消费的态度上也严重地打上了各种体制方面的烙痕。在这些相关的体制下，热一直没有能够成为一种真正的为我们所需要的商品。而这种情况所引起的一些根本的后果是，无论是政府方面，还是供热的企事业单位，以及用户，都会有各种各样的不满意，用户埋怨的是供热上服务的品质以及费用支付上的公平性，而供暖供热企业对现在收费困难的问题头痛不已，而政府对能源的浪费问题以及环境污染方面的问题则担忧不已。计量供暖供热的运行，能够有效的提高用户的节能意识，调动用户主观自觉性，因此能够使用户作为一名消费者既能够享受到清清楚楚的消费的权利，也能够理解和履行及时按规定缴费的义务，从而保证城镇供热事业的健康发展；热量计算仪表表的推广使用以及计量管理相关配套设施的建立，是运行计量供热的前提。2长期以来，我国城镇居民在采暖用热方面一般都是按住的宅面积而不是按实际的用热量来计量收费，因此会导致用户的节能意识变差，并且会形成资源的一种浪费。显然这种热量计量方法严重缺乏科学性。而欧美等发达国家在八十年代初，热量表在日常生活中的使用已景很普遍啦，而热力公司可以以热量表作为计价收费的依据和手段，可以节能20%~30%。作为一种建筑节能的一种措施，而我国的国家的建设部已经将热量仪表计量的收费归入重点的规划中。1.3国内外研究动态热量仪表最初源于欧洲，初期为机械式热量表，而流量的测量是采用孔板、文丘里管等。70年代后才出现了电子智能型热量仪表，而这种电子式热量仪表也经历了从模拟积分式、电子数字积分式，直到微处理器为基础的智能式的发展过程。在80年代初期，热量的计费的制度已经在欧美等国家普及了，计费的方法也逐步变得更加完善，热量的计量技术也已经基本趋于成熟。直到九十年代，户用的热量表基本已经定型，设计上趋于统一。1997年4月，欧洲共同体正式通过了统一热量表标准―代号为ENl434。现在国外热量仪表的形式有带开关控制的热量仪表；有由单片机组成的显示功能较多的热量仪表和由专用电路为主组成的热量仪表。而且从结构形式上看，有将流量表与热量表合在一起的一体式结构和流量表与热量表分离的分体式结构。国外厂家生产的热量仪表大多是一体式，用电池驱动，结构紧凑，功能较多。然而从流量计的角度上来说，国外使用普遍的流量计则是机械式，机械式的流量计在国外有几十年的制造和消费历史，机械式的流量计量度较宽、消耗电量少、价格实惠，然而它对测量介质的要求非常高，微量的杂质都会下降测量精度并且直到较短时间内损坏，所以在最近几年机械式的热量仪表的使用呈现下降的趋势，然而超声波的热量因其对介质的质量要求很低、不易损坏、使用寿命较长等特点在使用上逐年上升。我国热量表的工作研制开始于20世纪90年代。1989年，政府相关领导开始关注集中供热供暖的民用的建筑计量收费的问题，将欧洲赠送给我国的热表交给有关单位进行研究。1990年，热量仪表专用电路模块列入国家“七五”科技攻关的计划。1992年 3国家技术监督局和国际法制计量组织中国秘书处翻译出版了OIML-R75国际建议―《热能表》。1994年以后，有些中小型企业的开始了户用热量表的开发工作。目前我国国产热量表主要是由单片机组成、显示功能较多的热量表，然而国产热量表在流量计技术方面仍然很薄弱，热量仪表普遍选用机械式的流量计。而微功耗的无磁的传感技术还在初始研发阶段，并且自主开发生产超声波热量表的还只有很少的几个企业。据不完全统计，我国目前生产和经营热量表的企业已经超过了100家。我国新建的采暖建筑很多采用室内闭环管路结构的采暖系统，用于我国新建采暖建筑的热计量表称为热量表，热量表主要有电磁式、超声波式和机械式这三类热量表。由于我国在计量方面的研究处于起步阶段，所以存在一定程度上的盲目性与试探性，研究中也出现了许多的问题与争议，比如说国外的热量计量方式与推广的经验是否符合中国国情；国外的热量计量产品能否在中国完全的适用；面对我国如此大的市场需求，开发什么产品、采用什么系统方能够经济、简单、可靠；
方案选择2.1计量芯片选择2.1.1 TDC-GP2芯片TDC-GP2是ACAM公司通用TDC系列的新一代的一种产品。它有高精度和比较小的封装，适合于比较低成本的工业应用领域。GP2具有高速的脉冲发生器，停止信号的使能，温度的测量和时钟控制等功能，这些特殊功能的模块使得它尤其适合于超声波流量和热量测量方面的应用。4测量范围1：● 双向通道，典型的分辨率可达50ps rms● 测量范围0--1.8us● 间隔的脉冲对分辩能力为15ns,每一个通道可进行4次采样● 可测量4次采样中的任意2个采样之间的时间间隔● 输入的信号可以选择上升沿或者下降沿的单独触发，或者上升沿和下降沿的同时触发 ● 停止信号使能窗口可提供准确的stop测量范围2：● 单向通道，典型的分辨率可达50ps rms● 测量范围500ns--4ns● 间隔的脉冲对分辨率的能力为两个校准的时钟周期，进行3次采样● 输入的信号可以进行选择上升沿或者下降沿的单独触发，或者上升沿和下降沿的同时触发● 3次的采样中分别由三个去噪的窗口过滤温度的测量单元● 两个/四个传感器● 可选择PT500/PT1000或者更高的温度传感器● 有效的分辨率可达16位（每个铂金的温度传感器的分辨率可达0.004℃） ● 非常低的电流消耗（每30秒测量一次时，电流只有0.08ua)终述5●
QFN 32 脚封装●
I/O电压：1.8v--3.6v●
Core电压：1.8v--3.6v●
最大1MHZ 的连续数据的输出率●
温度范围-40℃-- 125℃●
四线 SPI 接口●
脉冲发生器●
时钟校准单元●
精确停止脉冲使能窗口●
上升沿/下降沿单独触发或者上升沿和下降沿同时触发6Fire1Fire2 Stop1Stop2SI
LoadTSenseTPT4
TDC-GP2芯片内部原理图2.1.2 80C51芯片介绍80C51是一种带4k字节闪烁的可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造的技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的80C51是一种高效微控制器，80C2051是它的一种精简版本。80C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要特性● 与MCS-51兼容● 4k字节的可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环7
● 数据的保留时间：10年● 全静态的工作：0HZ-24MHZ● 三级程序存储器的锁定● 128*8位内部的RAM● 32可编程的I/O线，两个16位的定时器/计数器● 五个中断源● 可编程的串行口通道● 低功耗的闲置和掉电的模式● 片内的振荡器和时钟电路管脚说明VCC:供电电压GND:接地P0口：P0口为一个8位漏级开路的双向I/O口，每脚可吸收8TTL的门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据的存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0作为原码的输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供的上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门的电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位的地址接收。8P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写入”1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8 个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，他们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口输出电流（IIL)这是由于上拉的缘故。ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存器允许的输出电平用语言锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0.此时，ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才引起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置为无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/E保持低电平时，则在此期间为外部程序存储器，不管是内部程序存储器读取外部ROM数据。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，单片机读取内部程序存储器。（扩展有外部ROM时读取完内部ROM后自动读取ROM).在FLASH编程期间，次引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。XLAL1：反向振荡器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。
9JP?4021图2.2
80C51芯片管脚图2.2流量计选择2.2.1采用超声波流量计超声波流量计：超声波流量计和电磁流量计一样是无阻式流量计。它是利用超声波在流动的流体中传播时，顺水流传播速度与逆水流传播速度差计算流体的流速，从而计算出流体流量。它没有活动的部件，没有压力的损失、不能改变管道的流体流动的状态。并且不由介质的导电率的大小的限制，是电磁流量计的一种补缺。而且在一定的条件下，超声波流量计可以安装在管道的外部，成为一种非接触式的流量计。超声波流量计拥有测量流量的范围宽、测量的精度高。能够进行正、反方向流量的测量的优点。10
2.3温度传感器的选择现阶段的温度测量领域中，应用最广泛的测温方法有热电偶测温、热敏电阻测温、集成式温度传感器、铂热电阻测温四种方法。2.3.1热电阻测温方案热电偶的温度的测量的范围很大，结构简单，价格便宜，然而它的电动势比较小，灵敏度比较低，误差较大，并且实际的使用时必须加冷端补偿，使用时不是很方便。2.3.2热敏电阻测温方案热敏电阻拥有灵敏度高、响应快、功耗低、价格低廉等优点，但是其阻值与温度变化是非线性的关系，在测量精度比较高的场合必须进行非线性的处理，另外此元件的稳定性以及互换性比较差，从而限制了它的应用范围。2.3.3集成式温度传感器方案集成式的温度传感器是新一代的温度的传感器，具有体积小、重量轻、线性度好、性能稳定等优点，适合远距离的测量和传输。但现在我国国内用于热量表的领域的还是非常少，并且价格比较昂贵。2.3.4铂热电阻测温方案铂热电阻PT100拥有输出的电势大、线性度良好、灵敏度较高、互换性较好等优点。虽然它的价格比热敏电阻要较高一些，然而它的综合的性能的指标的确是最好的。并且它在0～200℃范围内的稳定性完全可以和集成式的温度传感器相比，所以它的应用范围比较大。112.4计度器的选择2.4.1 采用LED、LCD数码显示采用LED、LCD显示：LED是发光二极管，自己能发光，并且有多种颜色可以显示，并且省电，缺点是还不够细小。LCD是液晶显示屏，靠可控的液晶来遮挡背景光，通过不同颜色的滤光片来显示不同的颜色，优点是能做到很小，缺点是必须要有背景光，而且费电。在本设计中，由于计度器主要是作为显示器件，而且还要考虑使用环境的影响，LED屏幕比较大，不适用仪表显示，LCD一定要有背景光，而且还要设计驱动，这样就加大了成本。2.4.2采用机械骨轮显示如果不要求多功能显示，通常电子式电能表的显示电路可采用的步进电机鼓轮计度器。鉴于本次设计的产品只记录热量积算值，因此采用步进电机鼓轮计度器可提高系统的可靠性，而且CS5461自身有鼓轮计度器驱动电路，这样就更加节约了设计成本。国内生产电能表专用鼓轮计度器的生产厂家有上海泰盟计度器公司、南京申能电子公司和北京科翔公司等。2.5电源系统的选择由于热量仪表主要用于室内热量计量，而且各个环节都要有稳定的电能供应，因此需要设计两套电源系统，一套接正常室内电源，另一套配有蓄能电池，以备停电时能保证正常工作。蓄电池目前有五种：镍镉、镍氢、锂离子、铅蓄、铁锂。镍镉蓄电池：有记忆效应，容量小。镍氢蓄电池：记忆效应小，容量大。锂离子蓄电池：无记忆效应，容量大体积小，是同体积中容量最大的电池。铅蓄电池：可以反复充电，内阻小，体积大。太锂蓄电池：材质轻，容量大体积大。12介于各种电池的特性，本设计选锂离子蓄电池作为备用电池，以保障长期停电时的电能供应。
硬件电路的设计3.1 硬件系统简介硬件组成：本设计的硬件主要由流量信号采集模块、温度信号采集模块、80C51计算电路、LCD显示模块、电源模块组成。工作过程：80C51通过SPI接口与TDC-GP2进行通讯，控制TDC-GP2对超声波传播时间和进回水温度的测量，实现数据的存储、与外部设备的通信，以及通过LCD显示必要的信息。TDC-GP2通过超声波换能器进行穿阿伯时间的测量，通过温度传感器进行温度的测量。外围电路由电源、晶振、LCD液晶显示屏组成。
系统框图143.2流量信号的采集3.2.1高速时间测量部分TDC-GP2芯片是ACAM公司通用TDC系列的新一代产品。它具有更高的精度和更小的封装，尤其适合于低成本的工业应用领域。GP2具有高速脉冲发生器，停止信号使能，这些特殊功能模块使得它尤其适合于超声波流量测量方面的应用。TDC即时间数字转换器，它是利用信号通过逻辑门的绝对时间延迟来精确量化时间隔。超声波流量测量就是基于此时间测量而进行的间接测量。其主要特点如下：（1）精度高。TDC是以信号通过内部门电路的传播延迟来进行高精度时间间隔测量的，其智能电路结构，担保电路和特殊的布线方法使得芯片可以精确地记下信号通过电路的个数。除此以外，数据处理时所提供的自动校正功能和噪声单元的引入，也大大的增加了测量结果的准确性。（2）低功耗。TDC的另一大优点就是其超低的电流消耗，源于TDC的测量方法。TDC将测量以脉冲的形式来进行，它的核心测量单元并不是时时刻刻都在工作，他只测量start信号上升沿到下一个参考时钟上升沿，而中间的时间则由参考时钟周期来完成，这样便使得测量时间的功耗降到非常低的水平。（3）集成度高。TDC-GP2芯片内部集成度有高速时间测量单元，脉冲发生器等资源，这一特点使得整个设计在使用少量外围器件的基础上便可完成流量的测量。3.1.2流量测量的脉冲计数法超声波流量测量是基于TDC-GP2是的时间测量单元来实现的。TDC-GP2的时间测量单元就是基于脉冲计数法，就是通过记录从开始到结束过程中，一共通过的脉冲个数。此种方法的精度由硬件及计数脉冲的频率来决定。15TDC-GP2的脉冲计数法是以信号通过内部门电路的传输延迟来进行高精度时间间隔测量的，以start信号开始并以stop信号为止，其最高测量精度由信号通过内部门电路的最短延迟时间决定。本次设计中，TDC-GP2采用测量范围2。其特点是：单通道，典型分辨率可达50测量范围500ns--4ms；间隔脉冲对分辩能力为两个校准时钟周期，可进行三次采样；输入信号可选择上升沿或下降沿单独触发，或者上升沿和下降沿同时触发；2次采样中分别由三个噪声窗口过滤。在测量范围2中，TDC仅测量start,stop信号到相邻的基准时钟上升沿之间的时间间隔，而由coarse counter 记下两者之间的基准周期的个数。
图3.2 时间间隔测量原理图
ALU按照下列公式计算时间间隔：RES_X?CoarseCount?(HIT?1HIT2)Cal2?Cal1
(1)Time?RES_X*Tref*2ClkHSDiv?RES_X*Tref*N,N?1,2,4
(2)16其中RES_X为测量结果，是一个32位的定点数，16位整数，16位小数；Tref 是系ClkHSDiv统内部时钟周期；2 是分频系数；CoarseCount 为粗计数器，存储start,stop信号之间基础时钟周期个数；HIT1，HIT2存储start,stop信号到相邻的基准时钟上升沿之间的时间间隔；Ca1l,Cal2存储TDC为校准而测量的1个和2个参考时钟周期。3.3温度信号的采集温度测量时基于TDC-GP2温度测量单元来实现的。TDC-GP2的温度测量原理是电容分别对传感器及参考电阻进行放电，并由时间测量单元记录其不同的放电时间。这种测量方法的精度由硬件及电容的特性决定。
图3.3 电容充放电测量原理图温度的测量结果是电容放电的时间值，时间测量方法同测量范围2.最后结果是32位定点数，16位小数。存储于寄存器RES_0-RES_3中。3.4流量传感器信号电路的分析
17超声波流量测量硬件电路设计主要是超声波换能器，由开关管组成的多模拟开关与TDC-GP2芯片的硬件电路的链接。硬件电路连接如图所示：
超声波流量采集硬件电路图1、超声波换能器：是通过压电晶体通的正压电效应或逆压电效应进行声能与电能之间转化的装置。通常由一个电的储能元件盒一个机械振动系统组成。当用作发射器时，由外部电振荡信号激励，并引起换能器内部电储能元件的电厂或磁场的变化，这种变化的电场或磁场引起机械振动系统产生振动，并发射声波。换能器的接收过程与发射过程正好相反。常用的超声波换能器有单晶体的石英和多晶体的压电陶瓷，在应用中，为了提高灵敏度，一般常用两片或两片以上组合在一起，由于压电材料是极性的，所以有串联和并联两种方式。2、多路模拟开关：由场效应管组成四选二路模拟开关，完成超声波换能器在发射与接收状态的切换。183、TDC-GP2具有内置的脉冲发生器，可以发送频率，相位及脉冲个数均可调的脉冲序列，以高速振荡器为基准频率，通过内部倍频，并可以自由以因子2-15进行分频，可产生1-15个脉冲序列。有代码激活，通过Fire引脚发送。TDC-GP2通过start,stop1引脚接收超声波信号的发送与接收，并以此作为TDC计时的开始。在测量范围2中进行单通道测量，不用的stop2引脚低电平。TDC-GP2通过En_stop1,En_start引脚来控制start,stop1的使能。未用的En_stop2引脚接高电平。4、流量测量过程：首先对TDC-GP2进行寄存器配置，将设定好的寄存器值通过SPI总线写入TDC-GP2内部寄存器，然后进行时钟校准。第二步对TDC-GP2进行初始化，使TDC-GP2做好接收start,stop信号的准备。 第三步由微控制器向TDC-GP2发送start_cycle命令激活发送器，TDC-GP2通过fire端口发送事先设置好的脉冲序列，激发超声波换能器A发送超声波，并同时给start端口一个触发信号，使TDC-GP2计时开始。当换能器B接收到超声波以后，再产生一个信号，并触发stop1引脚，使TDC-GP2计时结束。第四步TDC-GP2通过设定好的HITI和HIT2的值计算stop1与start之间的差值，并存入RES_X寄存器中。然后产生一个中断，通过INIT引脚通知微控制器测量及计算结束，再由微控制器通过SPI总线读取数据。最后微控制器通过对数据的处理便可计算出超声波在介质中顺流传输的时间，然后再通过切换多路模拟开关来测量逆流传输时间，再做差便可求得时间差。5、测量结果：
19TDC-GP2的测量结果存储在寄存器0-3中。在测量范围2中，单一的stop通道可以进行三次测量，并通过校准测量的方式来满足其精度的要求。在本次设计中，采用一次采样测量，所以仅有一个测量结果。其测量流程如图所示：
图3.5 流量测量流程图3.5 温度采集电路分析温度测量原理是基于电容对传感器和参考电阻的放电时间的测量，TDC_GP2内部的高精度测量单元使得整个电路设计简单易行，所以硬件电路设计主要是铂电阻与TDC_GP2的温度传感器接口的连接。硬件电路连接如图所示：20JP?JP?图3.6
温度采集硬件电路图1、温度传感器：电阻温度传感器广泛用于中低范围内的温度测量，一般应用于-200至500℃。常用的电阻温度传感器的敏感元件为热电阻和热敏电阻，其作用原理是利用物质的电阻率随温度变化而变化。本次设计中采用铂电阻作为温度传感器的敏感元件。其优点是：物理化学性能极为稳定，耐氧化能力强，并且在很宽的温度范围内都可以保持上述特性。在一定范围内，具有良好的线性度。另外，在制作方面，它易于提纯，复制性能好，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔，还可以通过溅射工艺在某一基体上镀各种的铂薄膜，或加入其他少量金属的铂金膜，以此来进一步提高温度性能。dC2、充放电电容：为了提高到精度地测量效果，推荐电容用非常高的dU,推荐的材料为Cf电容。不能使用X7R或者相似的电容材料。3、TDC-GP2的接口：TDC-GP2有内置的温度测量单元，通过代码激活，自动完成温度的测量，并将测量结果存入RES-X寄存器。
PT1-PT4为温度传感器的接口，其中PT1连接入水管基准电阻；PT2连接入水管温度传感器；PT3连接出水管温度传感器；PT4连接出水管基准电阻。LoadT是温度测量的装载输出端口，用于对电容进行充电。SenseT 是温度测量的感应输入端，用于感应电容放电的结束。4、温度测量过程：首先由控制器像芯片TDC-GP2芯片发送start_temp代码，然后由TDC-GP2的LoadT引脚再对电容进行充电，再向PT2放电，反复进行，直到完成对四次放电截止，并将四次测量结果存储在RES-X寄存器中。然后在发送中断通知TDC-GP2温度测量结束，TDC-GP2通过SPI总线读取测量结果。最后由控制器通过计算求出温度值。TDC-GP2通过SPI总线读取测量结果。最后由微控制器通过计算求出温度值。TDC-GP2通过SPI总线读取测量结果。最后由微控制器通过计算求出温度值。TDC依靠SenseT 引脚点评的变化来记录放电时间。5、测量结果：TDC-GP2温度测量共进行四次测量，其时间计算方法同流量测量，测量结果为32为定点数，存储在读寄存器中。温度测量流程如图：22
温度测量流程图
3.6 TDC-GP2与80C51的接口电路分析TDC-GP2芯片通过由SSN、SCK、SI和SO所组成的SPI总线与80C51芯片进行通信。通过INTN引脚来接收TDC-GP2的中断信号。
TDC-GP2与80C51的接口电路
电源电路设计3.7.1
交流电源本设计的交流电源主要是提供TDC-GP2和80C51的供电，其中TDC-GP2和80C51需要5VDC保证芯片工作。电源电路如图所示：24C?220V
?ES图3.9220VAC变+5VDC电源设计系统的安全的稳定工作离不开性能良好电源，电源的性能好坏直接影响到系统能否正常的运行。由于单片机小系统板上的所有器件标准电压均为+5V，所以在电源的部分最关键的问题是如何确保所提供的电压是恒5V。故文中采用论文7805稳压芯片。该芯片的功能将5?12V的输入电压变成5V的恒定电压输出。主电源电路有降压、整流、滤波、稳压的功能。为防止因点解电容老化造成的滤波失效，提高滤波的可靠性，选用两级点解电容、瓷片电容所造成滤波电路。3.7.2 直流电源电路本设计需要有直流电池电路，这样可以防止因突然停电而产生的热量表不能进行热计量的问题，本设计的直流电源选择的是3.6V锂电池。其具体作用就是为220VAC作后背保障，因此本部分的电路主要有3.6V变?12V电源电路和?12V逆变220VAC电路两部分组成。具体电路如图所示：25D?DIODE
3.6v变成5V电路MC34063是一种用于DC/DC电源变换的集成电路，应用比较广泛，极性反转效率最高65%，升压效率最高90%，降压效率最高80%，变换效率和工作频率电容成正比。其输出电压范围：2.5V~40V，输出电压可调范围：1.25V~40V，最大输出电流：1.5A。其主要参数确定可以由下式计算：Vout?1.25(1?R1R2)CR另外，滤波电容0由输出的电压文波系数决定，限流电阻sc由输出电流决定。C定时电容t由内部工作频率决定。这些参数都是可以事先设定好的。本电源输出可以由两个图3-13电路组成5V输出。3.8 显示器设计显示器的设计如图所示。该设计选择了LCD1602。LCD1602显示的容量16×2个字符，芯片的工作电压为4.5-5.5v，工作电流2mA（5v），模块最佳的工作电压是5v。1602有16个引脚，第一引脚为电源地，第二脚为电源正极，第三脚为液晶显示偏压信号，第四引脚为数据/命令选择端，第五引脚为读/写选择端。系统中，由于只往液 26
晶写数据显示，而不用从液晶读数据，故RS的作用是通过电平的高低变化来控制数据和指令的写入，第六脚为使能信号，第七到14脚为数据传输口，第十五、第十六分别为背光源正负极。
图3.12 显示器与80C51接口电路3.9 软件设计3.9.1 流量采集部分在使用TDC-GP2前，需要对其寄存器进行设置。流量测量中的主要设置为： 寄存器0：MRange=1,选择测量范围2；
27START_CLKHS=2，选择高速时钟，为节省电流两种时钟均采用；
CLKHSDiv=0，确保2FIRE=3，发送脉冲个数（3个）；PHFIRE=3，脉冲相位；寄存器1：HTIN1=4，HITIN2=0，设定TDC-GP2要测量的hits的个数；
HITI=1,HIT2=2，设置ALU的数据处理（stop1-start）；寄存器2：RFRDGE=0,NEG_X=0，设置stop的触发方式（上升沿）；
EN_INT=3，中断源选择（溢出触发）。寄存器3：SEL_TIMO_MR2=2，限定溢出时间（1024us溢出）。寄存器5：DIV_FIRE=9，除数因子(时钟倍频后8分频）。对于收到的stop信号可以通过设置寄存器3、4、5的DELVAL位设置给信号加窗，根据不同的应用而设定它们的值，可以起到滤除干扰，提高精度的作用。流量测量的控制代码：时钟校准代码为0×03；GP2初始代码：0×70；脉冲发送代码：0×01H;读数据代码：10110ADR,其中ADR为寄存器名。28
图3.13 流量测量采集软件流程图3.9.2
温度采集温度测量寄存器主要设置：寄存器0：Tcycle=1,设置温度测量周期（4MHZ下，300us);
Port=1,要用的端口设置（4个，相当于2个传感器）；
Fake=0,温度测量前，虚拟测量次数（2次）； 温度测量控制代码：温度测量开始代码：0×02；29
图3.14 温度测量软件流程图
误差估算和综合4.1 热量表计量性能要求《热能表检定规程》（JJG225-2007）规定了热量表按分量检定时，各个等级热量 30
表分量值的最大允许误差Eq、Et、Eg
热量表各分量的最大允许误差
其中?tmin――最小温差，℃；?t――使用范围内的温差，℃；qp3m； ――常用流量，q ――使用范围内的流量，m3314.2 流量误差分析4.2.1 附作物测量引起的测量误差在测量有附着沉淀物的流体时，电极表面将受到污染，常常引起零点变动。可以采用带有清洗装置的电极或者将流速取到2ms以上以除去污染。在衬里上附着的沉淀物时产生的误差?，如果附着物的厚度是一样的话，则可以由下式计算：
式中，和?w，?f分别为附着物和测量流体的电导率，附着物的厚度为t，直径为d。若?w?f相等，则无误差。附着物的电导率较低时，上式也成立。然而因为会使传感器的输出的阻抗变大，所以仍受到限制。比如绝缘性的沉淀物浸在液体中就是这种的情况。相反，如附着的金属粉末等，由于高电导率的附着层使电压短路，所以指示值偏低。在测量具体有沉淀附着的流体时，出了选择如玻璃、陶瓷和聚四氟乙烯等难以附着沉淀的衬里外，还应增加其流速。如果在流体中混有铁砂等磁体，就会扰乱磁场，产生误差。若流体中均匀地含有气泡，所测量的则包括气泡的体积流量。4.2.2 系统误差分析超声波热量表热量的测量计算公式为（1-2），其中流量的测量公式为（2-7），综合这两个公式可以得到以下公式：Q?q?tt?h4Ksin2?(t0?)2 32 ?D3
其中： Q----------测得的热量；q----------已进水的温度为基准的载热体的密度；T---------流量达到一个脉冲代表的体积所经过的时间；?h-------进，出水温度所对应的热水的比焓值差；由于热量测量的误差主要由于流量测量误差和温度测量误差组成的，为了简化系统误差分析，可以对（6-5）式进行简单化，以突出误差的来源。因为进，出水温度对应的热水的比焓值差（?h）仅和进出水温度相关，载热体的密度（q)的测量也不是本系统主要关心的。所以公式（6-5）可以简化为下式（仅为误差分析）；Q??t?T24Ksin2?(t0?t)?D3其中：?T---------进，出温度差；上式中各个参数都有可能引入误差。根据误差理论，误差可以分为系统误差与随机误差，分别有各自不同的处理方法。对于超声波热量表来说，仪表一旦安装完毕，各个参数设定之后，各参数引入的误差也就确定了。所以超声波热量表整个系统的误差主要为恒指系统误差，可以用恒指系统误差的方法来处理。y?f(x1,x2,...,x)nxx,...,xn依据误差理论，对于函数，当1,2各有恒值系统误差?x1,?x2...,?xn，且个系统误差互不相关时，y的误差为：?y??i?1n?fg?xi?xi如果用相对误差表示则为：33?y??i?1n?fg?xi/y?xi ?fxi?xigg??x=i?1iyxinn=其中：??g?ii?1xi ?y,?xix 分别为y和i的相对误差。?i??fxig?xiy中的xi的相对误差传递系数?i的大小反应了测量误差对该参数的敏感程度，了解个参数的误差传递系数并在理论上估算出其数值，对提高测量精度是很有用的。4.2.3
进，出水温差的影响由公式（6-6）可得：?Q ??D3?t?2??T??T4Ksin?2t(??0
)?t24Ksin2?(t??)0
=??T??Q?T?1??TQ34 ?D3进，出水温差?T的误差传递系数为常数1，不是很大。在超声波热量表中，温度是通过两个PT1000热电偶进行测量，并把温度信号传递到计算仪80C51芯片内自带的比较器，采样的分辨率可以达到0.0℃.对单只温度传感器温度误差可以控制在0.2℃以内，两只温度传感器的配对误差(在同一环境下）小于0.1℃。在系统中还可以通过几个标准点来进行满足校正。所以温差可以基本控制在误差范围允许之内。4.2.4 管道直径D的影响由公式（6-6）可得：
?Q??D2?t??T}2
?D?D4Ksin2?(t0??)3?D2?t?T=4Ksin2?(t0??)相对误差传递系数?D为：?D??QD?3?DQ可见，D的相对误差传递系数为常数3.显然在同样的测量误差下，D越小D的相对误差越大，致使测量误差越大。所以说如何使小管径的流量测量误差更小，是超声波测量流量的一个难点。354.2.5 流量修正系数K的影响由公式（6-6）可得：?Q??D3?t?{?T}?K?K4Ksin2?(t??)0= ?Q1K?K??QK??1?KQ可见，K的相对误差传递系数为常数-1.由上面的阐述，可以知道K与管道内流体的的流动状态有关，并总结了在不同的雷诺数Re下，K可以用不同的经验公式来计算。由这些经验公式可知，K值一般可精确到0.01，其相对误差约为0.5％，由此引起的热量测量相对误差约为 0.5％，该值比其他误差引起的热量测量相对误差都来得要大。在流量测量的程序设计中，为了简化把K值统一取为4/3，这样引起的误差将是比较大的。为了解决这个问题，在实际测量中，可以在程序中由公式再根据ReRe?V?Dv求得流体的管道雷诺数。的大小确定选用对应的流量修正系数计算公式，系统将根据测得的流速，随时自动调整流量修正系数。我们可以将管道中的载流体（热水）的流体粘度与温度的变化关系以表格形式存放于程序中，系统将根据测得的温度，在表格中自动寻找流体的运动粘度，再调用相应的计算公式，就能得到流量修正系数。这样的做法可以使K值更加精确，减小了测量的误差。4.2.6 固有延迟?的影响由公式（6-6）可得：36?Q??D3?t?{?T}2
????4Ksin2?(t0??)Q2t0??
=????Q?2????Qt0???可见，?越小，?越小，但由于?很小，其相对误差比较大，所以?引起的误差不容忽视。?由电路延迟时间、探头声传播时间和管壁传播时间三部分组成，前两项是时间固定的，可先进行计算，然后进行实际测量和标定。最后一项是管道的壁厚，可以是已知条件或由测量得到。这两项误差都可以控制在0.1us之内。
4.2.7测量时差?t的影响由公式（6-6）可得：?Q??D3?t?{?T}2
????4Ksin2?(t0??)1?T=4Ksin2?(t0??)??t??Q?t?1??tQ ?D337虽然，测量时差?t的误差传递系数为常数1.但由于测量时差?t的值一般很小，因此，能否精确测量时差对其相对误差影响比较大。
38本设计的题目是采用TDC-GP2的超声波的热量仪表设计。本设计的特别之处就是将电能计量芯片TDC-GP2用到了热量计算当中，因为该芯片自身就有积分功能，省略了硬件的同时也少了很多编程，因此大大节约了成本，提高了系统的稳定性和可靠性。本设计用80C51将流量信号和温度信号进行乘法积分处理，巧妙的积算出热量，不用软件支持。本设计主要是建立在理论分析上，因此关于具体的误差计算也只是借鉴一些已有的分析方法，在实际安装过程中造成的具体误差本设计没有太多讨论，但是本设计的合理性是可以建立在理论分析之上的。
39致 谢首先我要对我的导师孙晓东老师表示由衷地感谢！孙老师治学严谨，为人师表，平易近人，有很强的亲和力。在本次毕业设计期间，孙老师用他那渊博的知识和丰富的实践经验给我提供了很多指点和帮助，让我受益匪浅。孙老师教会我的不仅仅是一次毕业设计，而是那种积极思考问题的态度和方法。他让我明白了只要通过自己的努力，一定会攻克难关的。这种态度会让我在今后的工作和生活中都会受到很大帮助的。然后我还要感谢所有帮助过我的同学以及我的家人们，他们给予了我很大的精神上的支持。可以说我的每一次成长与他们是分不开的。最后我还要感谢黑龙江科技大学的所有领导和老师们，是他们给我和我的同学们创造了良好的学习环境，让我们学到了很多书本上以及书本外的知识，谢谢你们了！
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43图纸名称设计题目设
计指导教师比
校超声波热量仪表的设计原理图采用超声波流量传感器的热量积算仪表的设计班
级电气 10-1孙晓东审
号2014.6A0图纸标记共
张黑龙江科技大学
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