專利名稱：恒功率巖土熱物性測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖土熱物性測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種恒功率巖土熱物性測量儀。
背景技術(shù)：
目前，在建筑行業(yè)中央(供熱)空調(diào)中采用地源熱泵技術(shù)可以有效地提高一次能 源的利用率，在節(jié)能減排方面有十分突出的優(yōu)勢。地源熱泵技術(shù)在施工安裝前，要進行地下 巖土熱物性參數(shù)測量(巖土導熱系數(shù))，測量值直接決定工程實施技術(shù)方案中的各項重要 參數(shù)(如地下?lián)Q熱站所需的鉆孔數(shù)量及深度)，從而直接影響地源熱泵系統(tǒng)的投資和運行 效果?，F(xiàn)有的巖土熱物性參數(shù)測量方法是在地源熱泵工程現(xiàn)場鉆孔并埋設地埋管，地面 上安裝與地埋管相連通的測試裝置構(gòu)成閉合回路；回路中充滿水，循環(huán)水被加熱器加熱并 在回路中循環(huán)流動將熱量與地下巖土交換，通過測試進出水管處循環(huán)水溫度、壓力、流量等 參數(shù)進行巖土熱物性參數(shù)核算；該工程現(xiàn)場測試過程按規(guī)定要持續(xù)M-72小時，整個過程 不能中斷且要求加熱功率恒定。但工程現(xiàn)場大功率工程設備的啟停、電力輸送線距離較長 等因素常導致工地現(xiàn)場電壓波動較大、電壓偏低，供電電源的問題會直接導致測試過程中 加熱器加熱功率不恒定，使測試結(jié)果產(chǎn)生較大誤差，直接影響地源熱泵系統(tǒng)的工程設計、投 資、運行效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是采用PWM供電技術(shù)，提出一種加熱器加熱功率恒定的恒功率巖土 熱物性測量儀。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是在巖土熱物性測量過程中，對加熱器的加熱管供電采 用PWM(脈寬調(diào)制)供電技術(shù)保證其加熱功率的恒定，進而提高巖土熱物性測試過程中各項 參數(shù)的準確性可靠性。它包括巖土熱物性測量儀，其特征在于，在巖土熱物性測量儀中的電 加熱器采用PWM供電電路；PWM供電電路由單片機、繼電器、加熱管、電功率檢測電路組成； 其中電功率檢測電路由電功率檢測芯片、電壓互感器、電流互感器組成；PWM供電電路連接 關(guān)系是電功率檢測電路串聯(lián)在加熱管供電回路中，電功率檢測電路輸出信號送入單片機， 單片機輸出控制信號到繼電器，繼電器觸點串聯(lián)在加熱管供電回路中；電功率檢測電路中 電壓互感器、電流互感器輸出信號送入電功率檢測芯片相關(guān)端口。其工作原理是恒功率巖土熱物性測量儀液體循環(huán)系統(tǒng)加熱器通過進、出水管和 埋設的地埋管構(gòu)成閉合回路；液體循環(huán)系統(tǒng)中水泵串聯(lián)在閉合回路中使液體水循環(huán)流動； 加熱器的加熱管通過PWM供電電路實現(xiàn)恒功率加熱循環(huán)水。PWM供電電路中電功率檢測 電路將檢測輸出信號送入單片機處理實時的監(jiān)控加熱管的加熱功率，同時單片機將實時加 熱功率與設定值相比較，調(diào)節(jié)單片機輸出PWM波的占空比，實時控制串聯(lián)在加熱管供電回 路中的繼電器的通斷，達到將加熱功率穩(wěn)定在設定數(shù)值。本發(fā)明的積極效果是實現(xiàn)了巖土熱物性測量儀在工程現(xiàn)場測試過程中的循環(huán)水的恒功率加熱，有效提高了巖土熱物性參數(shù)測量結(jié)果的準確性和可靠性，使地源熱泵系統(tǒng) 工程設計、預算、投資科學合理，保證地源熱泵系統(tǒng)建成后的運行效果。


圖1是巖土熱物性測量工程現(xiàn)場測試示意圖；圖中1-地埋管，2-巖土熱物性測試儀。圖2是本發(fā)明的整體電路結(jié)構(gòu)圖；圖中1-單片機，2-流量檢測，3-循環(huán)水泵控制，4-恒功率PWM供電控制，5-加熱 管，6-橋式放大及AD轉(zhuǎn)換，7-溫度檢測，8-功率檢測，9-數(shù)據(jù)存儲，10-萬年歷時鐘，11-電 池，12-功能按鍵，13-液晶顯示器，14-串口通信。圖3是本發(fā)明的PWM供電電路原理圖；圖中1-電功率檢測電路，2-總加熱繼電器，3-主加熱管，4-調(diào)節(jié)加熱管，5-調(diào)節(jié) 加熱管繼電器，6-電壓互感器，7-電流互感器，8-電功率檢測芯片，9-單片機。
具體實施例方式如圖1所示，在巖土熱物性參數(shù)測量過程中，加熱循環(huán)水在巖土熱物性測量儀2與 地埋管1構(gòu)成的回路中循環(huán)流動，巖土熱物性測量儀2通過在循環(huán)水系統(tǒng)中的各種傳感器 采集的信號完成巖土熱物性參數(shù)測量。如圖2所示，恒功率巖土熱物性測量儀的整體電路結(jié)構(gòu)圖。它包括單片機1，流 量檢測2，循環(huán)水泵控制3，恒功率PWM供電控制4，加熱管5，橋式放大及AD轉(zhuǎn)換6，溫度 檢測7，功率檢測8，數(shù)據(jù)存儲9，萬年歷時鐘10，電池11，功能按鍵12，液晶顯示器13，串口 通信14。其中單片機內(nèi)部硬件資源和配置滿足整個電路系統(tǒng)功能設計需要單片機1選用 ATmega32型號即可；流量檢測2采用H(TER系列超聲波渦輪流量傳感器測量流量；橋式放 大及AD轉(zhuǎn)換6是溫度檢測7的輸出信號處理和轉(zhuǎn)換電路，溫度檢測7采用PT1000鉬熱電 阻溫度傳感器，保證溫度測量精度；數(shù)據(jù)存儲9可選用MLC512電擦寫式只讀存儲器，其容 量512KB可儲存足夠的測量數(shù)據(jù)信息。圖中其它部分電路依靠現(xiàn)有技術(shù)電路設計硬件電路 及選用電路元器件即可。如圖3所示，首先電功率檢測電路1串聯(lián)在主加熱管3和調(diào)節(jié)加熱管4的供電回 路中。電功率檢測電路1由電壓互感器6、電流互感器7、電功率檢測芯片8組成。電壓互 感器6和電流互感器7將采集信號提供給電功率測量芯片8。電功率測量芯片8選用高精 度電能計量集成電路ADE7755，它能為單片機9提供功率測量脈沖，單片機9通過內(nèi)部程序 單位時間內(nèi)檢測脈沖數(shù)即可實時準確的測量加熱功率。單片機9把實時測量的加熱功率與 設定值進行比較，調(diào)節(jié)PWM波的占空比，控制調(diào)節(jié)加熱管繼電器5的觸點通斷。加熱時單片 機9首先控制總加熱繼電器2閉合，加熱管供電開始加熱。為了保證加熱功率恒定，將加熱 管分成了兩級加熱，一級是主加熱管3，另一級是調(diào)節(jié)加熱管4。主加熱管3在總加熱繼電 器2得電后，連續(xù)工作提供基礎(chǔ)加熱功率。總加熱管繼電器2選用電磁式繼電器即可，繼電 器的線圈電壓及觸點容量滿足電路正常工作要求。調(diào)節(jié)加熱管4起到主要功率調(diào)節(jié)作用， 調(diào)節(jié)加熱管4由調(diào)節(jié)加熱管繼電器5控制其供電電源的通斷。調(diào)節(jié)加熱管繼電器5受單片 機9輸出PWM波控制，其觸點通斷頻繁，需選用符合電路要求的固態(tài)繼電器。
本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員按照上述電路設計方案和功能要求設計硬件電路和編寫 軟件程序即可實施。
權(quán)利要求
1.一種恒功率巖土熱物性測量儀，它包括巖土熱物性測量儀，其特征在于，在巖土熱物 性測量儀中的電加熱器采用PWM供電電路；PWM供電電路由單片機、繼電器、加熱管、電功率 檢測電路組成；PWM供電電路的連接關(guān)系是電功率檢測電路串聯(lián)在加熱管供電回路中，電 功率檢測電路輸出信號送入單片機，單片機輸出控制信號到繼電器，繼電器觸點串聯(lián)在加 熱管供電回路中。
2.如權(quán)利要求1所述的恒功率巖土熱物性測量儀，其特征在于，所述的電功率檢測電 路由電功率檢測芯片、電壓互感器、電流互感器組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種恒功率巖土熱物性測量儀，它包括巖土熱物性測量儀，其特征在于，在巖土熱物性測量儀中的電加熱器采用PWM供電電路；PWM供電電路由單片機、繼電器、加熱管、電功率檢測電路組成。本發(fā)明實現(xiàn)了巖土熱物性測量儀在工程現(xiàn)場測試過程中的循環(huán)水的恒功率加熱，有效提高了巖土熱物性參數(shù)測量結(jié)果的準確性和可靠性，使地源熱泵系統(tǒng)工程設計、預算、投資科學合理，保證地源熱泵系統(tǒng)建成后的運行效果。
文檔編號G01N25/20GK102087234SQ20111002868
公開日2011年6月8日 申請日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者李英建, 鄭良村, 郝君, 馬寧, 魏巍 申請人:李英建