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基于能量收集技术的低功耗超声波热能表的技术研究
资料介绍
目前,由于超声波测量技术的发展及超声波测量的众多优点,超声波热能表在户用热量计量上显示出越来越重要的地位,成为当今热能表的发展趋势。然而由于技术的不完善,使得超声波热能表的发展仍然存在很多问题。针对当前超声波热能表的难点及存在的问题,重点从超声波热能表的长期供电、超声波传感器在管道上的安装问题、测时精度以及低功耗等问题出发,设计了一种户用型、基于能量收集系统的低功耗超声波热能表系统。
为了解决超声波热能表的长期供电问题,设计了能量收集系统。利用半导体温差发电片将管道中的热能转化为电能;通过负载特性实验,给出了不同条件下温差发电系统的发电能力;分析了温差发电系统在热能表上应用所出现的问题,最后采用电池电源和温差发电系统并行设计的方案,避免了温差发电系统能力不足或温度波动等影响,很好地解决了超声波热能表的长期工作供电问题。
鉴于超声波传感器在管道上的安装问题,设计了直通式管段,使超声波传播方向与水流方向一致,不但简化了计算,而且彻底解决了超声波传感器的入射角问题。并采用流体分析软件Fluent对测量管道的直径和管道倾角两个参数进行了优化设计,达到了既方便传感器安装和测量,又减少了压力损失。
采用了高精度的时间测量芯片TDC-GP2,解决了时差法的测量精度问题,并采用了当前最流行的低功耗单片机MSP430F149作为积算仪,通过软件设置,使系统能以较低的功耗工作。通过对流体信号的研究,采用软件设置,解决了供热管道中流体杂质或气泡影响流量测量精度问题。
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