易于批量生产的高精度超声波热量表设计

芯片TDC-GP21拥有以PICOSTAIN为基础的温度测量单元，其可提供高精度、低功耗的温度测量。芯片对温度测量是基于引脚PT3和PT4上连接的电阻R1对电容的放电时间来确定的，因此电容会分别对参考电阻和Pt1000进行放电。为此，选用了高精度的阻值为1 kΩ的电阻R1。在引脚PT1和PT2连接的温度传感器选用了测量精度可达0.004℃的铂电阻Pt10 00。为实现温度的高精度测量，在此选取了100 nF的放电电容，即图中的C1。

4 系统软件设计

系统软件是在IAR For MSP430环境下用C语言进行编写的，系统流程图如图5所示。首先系统进行数据初始化，包括TDC—GP21初始化、时钟初始化等。之后进入主程序，CPU进入低功耗LPM3模式，等待中断唤醒。若检测到电源电压较低，则进入欠压中断，停止对流量和温度的数据采集，并报警提示电压过低。若检测到按键中断触发，则进入按键处理程序，根据按下按键的次数，相应地在LCD上显示当前所用热量、进水温度以及出水温度等内容。从功耗和测量精度综合考虑，流量和温度数据分别间隔1 s和30 s采集一次，为获得更好的测量精度，每次测量前都初始化一次TDC—GP21。为方便用户查询，程序设计为自动将最近18个月的数据存入Flash中。

考虑到供暖只在冬季进行，为降低系统功耗，系统在检测到管道中有水流动时，进入工作模式1，即流量和温度分别1 s和30 s采集一次。在管道中无水流动时，系统进入工作模式2，此时系统30 s采集一次水流，不采集温度，直到采集到管道中有水流流动时才进入工作模式1，这样大大减少了系统不必要的损耗。

5 测试条件及结果

从批量生产的热量表中随机抽取2套作为被测试的热量表，超声波热量表公称口径为DN25。功耗的测量是通过FLUKE 15B对热量表进行测试，结果如表1所列。流量测试是在热量表检定装置RJZ15-25Z上进行的，测试流量点是按照行业标准CJ128—2007对出厂测试的要求选取的，温度点选取了55℃和70℃。测试结果如表2所列。

结语

针对社会需求以及市场上热量表存在的一些问题，设计了易于批量生产的高精度超声波热量表。功耗测试结果表明，所设计热量表功耗较低，通过流量测试结果表明，所设计热量表精度较高，测量精度完全符合行业标准CJ128—2007对热量表的2级精确度的要求。

对小流量的测试结果表明，所设计的热量表精确度高，误差值能够控制在较小范围内。由此可知，本文所提出热量表设计方法在批量生产时依然可以使热量表具有较高的精度和较低的功耗，具备较高的推广价值。