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热计量系统设计及关键技术研究

作　者: 李先清
导　师: 张波
学　校: 宁夏大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: MSP430F149 热计量算法温度检测热计量系统
分类号: TK31
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

用于计量换热管道系统所吸收或者释放热能的仪器称为热计量表,热计量仪表可以通过液晶显示将用热总量呈现给用户。伴随中国对冬季取暖缴费体制的不断改革,热计量仪表将会走进了千家万户,热计量仪表的开发与应用将会具有广阔的市场前景。相对于国外热计量产品产品而言,国产热量表虽然价格便宜,但无论是在精度还是可靠性上,都存在有有明显劣势。由于自主研发能力不足,国产热计量仪表的生产大多是进行产品仿制,没能从基础理论方面对热计量仪表的性能开展深层次的研发,所以为尽快实现供热体制的改革,对于研发适用于我国国情的热计量仪表就尤为重要。为了深入分析热计量仪表在精度以及可靠性上存在哪些不足之处,通过大量查阅国内外的相关文献,根据热计量仪表的工作原理与设计准则,设计出一套热计量实验系统,通过原理研究结合设计实验对在热计量仪表中所应用的关键技术与方法进行了深入研究。主要的内容研究如下所示：(一)对热计量算法进行深入研究,使用不同种的热计量算法对热计量的精度有很大的影响,选择合理的热计量算法的尤为重要。通过研究后分别采用直接焓差法与k系数补偿法来进行热量的积算,通过比对试验数据得到更精准的热计量方法。(二)温度测量的精度对热计量结果也有很重要的影响。通过研究温度测量方法,对比测温原理与实验结果,选择更为精准的测温电路作为热计量系统的温度检测方式。(三)设计热计量实验系统,完成实验装置制作。在所设计的实验装置上完成流量、温度差以及热量数据的检测。完成对所测结果的数据分析,得出热计量系统的测量精度。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 课题研究的背景及意义  7
  1.2 热计量仪表的分类及特点  7-8
  1.3 热计量仪表国内外发展现状  8-9
  1.4 主要研究任务  9-10
  本章小结  10-11
第二章热计量算法研究与传感器选型  11-24
  2.1 热量计量原理  11
  2.2 热计量算法研究  11-14
    2.2.1 焓差法  12-13
    2.2.2 k系数法  13-14
  2.3 温度传感器选型  14-17
    2.3.1 常用温度传感器介绍  14-15
    2.3.2 温度传感器选型  15-17
  2.4 流量计选型  17-21
    2.4.1 涡轮流量计的基本原理  18
    2.4.2 流量传感器与流量积算仪选型  18-21
  2.5 异步串行通讯与Modbus协议  21-23
    2.5.1 异步串行通讯  21-22
    2.5.2 Modbus通讯协议简介  22
    2.5.3 Modbus RTU模式  22-23
  本章小结  23-24
第三章温度检测研究及系统硬件电路设计  24-38
  3.1 温度检测原理  24-26
    3.1.1 PT100热电阻物理特性  24
    3.1.2 热电阻测温原理  24-26
  3.2 温度测量电路的设计与选择  26-31
    3.2.1 测温电路的设计  26-28
    3.2.2 基于PROTEUS的电路测温仿真  28-29
    3.2.3 测温电路的选择  29-31
  3.3 热量积算仪总体结构设计  31-33
    3.3.1 单片机选型  31-32
    3.3.2 单片机芯片引脚接出设计  32-33
  3.4 系统温度检测电路设计  33
  3.5 流量测量方法及电路设计  33-35
    3.5.1 RS485简介  34
    3.5.2 RS485芯片的选择  34
    3.5.3 流量采集通讯电路设计  34-35
  3.6 其他电路设计  35-37
    3.6.1 系统电源电路设计  35
    3.6.2 液晶显示模块和按键电路设计  35-36
    3.6.3 系统复位电路  36-37
  本章小结  37-38
第四章热计量系统软件程序设计  38-46
  4.1 软件主程序设计  38-39
  4.2 定时器中断软件设计  39-40
  4.3 基于Modbus RTU通讯的流量检测软件程序设计  40-43
    4.3.1 Modbus RTU主机查询数据帧发送程序设计  40-41
    4.3.2 Modbus RTU从机返回数据帧接收程序设计  41-43
  4.4 温度测量与热量计算软件程序设计  43-44
    4.4.1 温度测量软件设计  43
    4.4.2 热量计算软件设计  43-44
  4.5 按键中断显示程序软件设计  44-45
  本章小结  45-46
第五章系统实验平台设计与实验分析  46-61
  5.1 热计量实验平台测试原理  46-47
  5.2 实验装置的设计与分析  47-53
    5.2.1 试验平台的有限元分析  47-49
    5.2.2 管道流体分析  49-50
    5.2.3 保温材料选择以及热分析  50-53
  5.3 实验平台的搭建  53-57
    5.3.1 加热装置的选择  53-54
    5.3.2 热流管道器件选择与安装  54-57
  5.4 热计量系统测量实验  57-60
    5.4.1 热计量的性能参数与指标  57-58
    5.4.2 流量测试  58
    5.4.3 热量测试  58-60
  本章小结  60-61
第六章结论与展望  61-62
参考文献  62-64
致谢  64-65
附录  65-82
作者简介  82

热计量系统设计及关键技术研究

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