專利名稱：恒功率巖土熱物性測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及巖土熱物性測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種恒功率巖土熱物性測(cè)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(shì)。地源熱泵技術(shù)在施工安裝前，要進(jìn)行地下 巖土熱物性參數(shù)測(cè)量(巖土導(dǎo)熱系數(shù))，測(cè)量值直接決定工程實(shí)施技術(shù)方案中的各項(xiàng)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(yùn)行 效果?，F(xiàn)有的巖土熱物性參數(shù)測(cè)量方法是在地源熱泵工程現(xiàn)場(chǎng)鉆孔并埋設(shè)地埋管，地面 上安裝與地埋管相連通的測(cè)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(dòng)將熱量與地下巖土交換，通過(guò)測(cè)試進(jìn)出水管處循環(huán)水溫度、壓力、流量等 參數(shù)進(jìn)行巖土熱物性參數(shù)核算；該工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)程按規(guī)定要持續(xù)M-72小時(shí)，整個(gè)過(guò)程 不能中斷且要求加熱功率恒定。但工程現(xiàn)場(chǎng)大功率工程設(shè)備的啟停、電力輸送線距離較長(zhǎng) 等因素常導(dǎo)致工地現(xiàn)場(chǎng)電壓波動(dòng)較大、電壓偏低，供電電源的問(wèn)題會(huì)直接導(dǎo)致測(cè)試過(guò)程中 加熱器加熱功率不恒定，使測(cè)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(shè)計(jì)、投 資、運(yùn)行效果。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是采用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(cè)量?jī)x。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是在巖土熱物性測(cè)量過(guò)程中，對(duì)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(jìn)而提高巖土熱物性測(cè)試過(guò)程中 各項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)確性可靠性。它包括巖土熱物性測(cè)量?jī)x，其特征在于，在巖土熱物性測(cè)量?jī)x中 的電加熱器采用PWM供電電路；PWM供電電路由單片機(jī)、繼電器、加熱管、電功率檢測(cè)電路組 成；其中電功率檢測(cè)電路由電功率檢測(cè)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(cè)電路串聯(lián)在加熱管供電回路中，電功率檢測(cè)電路輸出信號(hào)送入單 片機(jī)，單片機(jī)輸出控制信號(hào)到繼電器，繼電器觸點(diǎn)串聯(lián)在加熱管供電回路中；電功率檢測(cè)電 路中電壓互感器、電流互感器輸出信號(hào)送入電功率檢測(cè)芯片相關(guān)端口。其工作原理是恒功率巖土熱物性測(cè)量?jī)x液體循環(huán)系統(tǒng)加熱器通過(guò)進(jìn)、出水管和 埋設(shè)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(dòng)； 加熱器的加熱管通過(guò)PWM供電電路實(shí)現(xiàn)恒功率加熱循環(huán)水。PWM供電電路中電功率檢測(cè) 電路將檢測(cè)輸出信號(hào)送入單片機(jī)處理實(shí)時(shí)的監(jiān)控加熱管的加熱功率，同時(shí)單片機(jī)將實(shí)時(shí)加 熱功率與設(shè)定值相比較，調(diào)節(jié)單片機(jī)輸出PWM波的占空比，實(shí)時(shí)控制串聯(lián)在加熱管供電回 路中的繼電器的通斷，達(dá)到將加熱功率穩(wěn)定在設(shè)定數(shù)值。
3[0007]本實(shí)用新型的積極效果是實(shí)現(xiàn)了巖土熱物性測(cè)量?jī)x在工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)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(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，使地源熱泵 系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、預(yù)算、投資科學(xué)合理，保證地源熱泵系統(tǒng)建成后的運(yùn)行效果。

圖1是巖土熱物性測(cè)量工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試示意圖；圖中1-地埋管，2-巖土熱物性測(cè)試儀。圖2是本實(shí)用新型的整體電路結(jié)構(gòu)圖；圖中1-單片機(jī)，2-流量檢測(cè)，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(cè)，8-功率檢測(cè)，9-數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，10-萬(wàn)年歷時(shí)鐘，11-電 池，12-功能按鍵，13-液晶顯示器，14-串口通信。圖3是本實(shí)用新型的PWM供電電路原理圖；圖中1-電功率檢測(cè)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(cè)芯片，9-單片機(jī)。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，在巖土熱物性參數(shù)測(cè)量過(guò)程中，加熱循環(huán)水在巖土熱物性測(cè)量?jī)x2與 地埋管1構(gòu)成的回路中循環(huán)流動(dòng)，巖土熱物性測(cè)量?jī)x2通過(guò)在循環(huán)水系統(tǒng)中的各種傳感器 采集的信號(hào)完成巖土熱物性參數(shù)測(cè)量。如圖2所示，恒功率巖土熱物性測(cè)量?jī)x的整體電路結(jié)構(gòu)圖。它包括單片機(jī)1，流 量檢測(cè)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(cè)7，功率檢測(cè)8，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)9，萬(wàn)年歷時(shí)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(jī)內(nèi)部硬件資源和配置滿足整個(gè)電路系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)需要單片機(jī)1選用 ATmega32型號(hào)即可；流量檢測(cè)2采用H(TER系列超聲波渦輪流量傳感器測(cè)量流量；橋式放 大及AD轉(zhuǎn)換6是溫度檢測(cè)7的輸出信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換電路，溫度檢測(cè)7采用PT1000鉬熱電 阻溫度傳感器，保證溫度測(cè)量精度；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)9可選用MLC512電擦寫(xiě)式只讀存儲(chǔ)器，其容 量512KB可儲(chǔ)存足夠的測(cè)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(shè)計(jì)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(cè)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(cè)電路1由電壓互感器6、電流互感器7、電功率檢測(cè)芯片8組成。電壓互 感器6和電流互感器7將采集信號(hào)提供給電功率測(cè)量芯片8。電功率測(cè)量芯片8選用高精 度電能計(jì)量集成電路ADE7755，它能為單片機(jī)9提供功率測(cè)量脈沖，單片機(jī)9通過(guò)內(nèi)部程序 單位時(shí)間內(nèi)檢測(cè)脈沖數(shù)即可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量加熱功率。單片機(jī)9把實(shí)時(shí)測(cè)量的加熱功率與 設(shè)定值進(jìn)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(diǎn)通斷。加熱時(shí)單片 機(jī)9首先控制總加熱繼電器2閉合，加熱管供電開(kāi)始加熱。為了保證加熱功率恒定，將加熱 管分成了兩級(jí)加熱，一級(jí)是主加熱管3，另一級(jí)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?？偧訜峁芾^電器2選用電磁式繼電器即可，繼電 器的線圈電壓及觸點(diǎn)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(jī)9輸出PWM波控制，其觸點(diǎn)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(shè)計(jì)方案和功能要求設(shè)計(jì)硬件電路和編寫(xiě)
軟件程序即可實(shí)施。
權(quán)利要求1.一種恒功率巖土熱物性測(cè)量?jī)x，它包括巖土熱物性測(cè)量?jī)x，其特征在于，在巖土熱物 性測(cè)量?jī)x中的電加熱器采用PWM供電電路；PWM供電電路由單片機(jī)、繼電器、加熱管、電功率 檢測(cè)電路組成；PWM供電電路的連接關(guān)系是電功率檢測(cè)電路串聯(lián)在加熱管供電回路中，電 功率檢測(cè)電路輸出信號(hào)送入單片機(jī)，單片機(jī)輸出控制信號(hào)到繼電器，繼電器觸點(diǎn)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(cè)量?jī)x，其特征在于，所述的電功率檢測(cè)電 路由電功率檢測(cè)芯片、電壓互感器、電流互感器組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種恒功率巖土熱物性測(cè)量?jī)x，它包括巖土熱物性測(cè)量?jī)x，其特征在于，在巖土熱物性測(cè)量?jī)x中的電加熱器采用PWM供電電路；PWM供電電路由單片機(jī)、繼電器、加熱管、電功率檢測(cè)電路組成。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了巖土熱物性測(cè)量?jī)x在工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)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(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，使地源熱泵系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、預(yù)算、投資科學(xué)合理，保證地源熱泵系統(tǒng)建成后的運(yùn)行效果。
文檔編號(hào)G01N25/20GK201917540SQ201120024808
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者李寶銀, 李英建, 郝君, 魏巍 申請(qǐng)人:李英建