一、積算器中的核心技術(shù)
積算器是熱量表的電子部分，其核心部件是一個高性能低功耗的單片機。積算器能把流量計和溫度傳感器測量到的物理信號通過A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，并按公式1或公式2進行熱量計算，當(dāng)然，該部分還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的儲存、查閱以及數(shù)據(jù)交換和傳輸?shù)裙δ堋ｋm然目前各熱量表生產(chǎn)廠商采用的各種芯片的硬件技術(shù)指標(biāo)都非常高，但是在具體硬件電路設(shè)計和相應(yīng)的軟件開發(fā)水平上，則是存在魚龍混雜的局面。其中的技術(shù)關(guān)鍵體現(xiàn)在如下幾個方面：
1、功耗問題
在積算器的設(shè)計中，這是一個最關(guān)鍵的技術(shù)問題，同時也是一個最容易被很多人員忽視的問題。目前國內(nèi)外大多數(shù)廠商都是采用2000mh的鋰電池，這就意味著如果要使熱量表工作5年以上，那么，其平均電流就應(yīng)在40μA以下（考慮到進行溫度測量時要毫安級的水平下工作）。雖然現(xiàn)在的低功耗CPU很多，但是實際上的電流效果，卻受不同的設(shè)計原理的影響，比如，不同的流量信號傳感方式和不同的溫度采樣方式，對積算器的功耗影響是非常大的。
2、流量信號的傳感方式
流量信號的計量精度是影響熱量表整體計量精度的主要因素，也是最難以提高的因素。因為流量精度的提高，不光要有優(yōu)秀的電子技術(shù)人員，也要有更優(yōu)秀的機械設(shè)計人員與之配合。所以流量信號的傳感方式的不同，幾乎完全代表著一個生產(chǎn)廠商在電子技術(shù)與機械設(shè)計方面的綜合水平。目前，在熱量表的流量傳感方式上，分別應(yīng)用著以下幾種不同水平的技術(shù)原理：
（1）干簧管法
2003年以前，幾乎所有的國內(nèi)熱量表廠商采用的是這種方法，而且，更有相當(dāng)一部分廠家，是直接采用自來水表廠的遠傳熱水表作為流量計。它的原理是在普通的水表指針上裝上一塊小磁鐵，然后小磁鐵的上方固定一個叫干簧管的電子元件。干簧管的結(jié)構(gòu)很簡單，就是在玻璃管中封閉兩片彼此靠的很近的金屬的簧片。干簧管法的工作過程是這樣的：當(dāng)水表的指針轉(zhuǎn)動時，帶動指針上的小磁塊以同樣的速度做圓周運動，適當(dāng)調(diào)整干簧管與小磁塊的位置，就使得指針每轉(zhuǎn)動一周，就能而且只能把干簧管的簧片吸合一次，形成一個脈沖。這樣，就把由指針轉(zhuǎn)動代表的機械信號，轉(zhuǎn)化成了由干簧管吸合代表的電信號。根據(jù)安裝小磁塊的指針的位置不同，一個脈沖可代表1升、10升或100升不等。
由于流量信號是模擬開關(guān)量，利用CPU自身的低功耗休眠狀態(tài)，就可以很簡單地實現(xiàn)低功耗計量。至于計量精度，則是由水表廠商來提供保障的。這也是干簧管法熱量表最早被開發(fā)使用的一個重要原因。由于干簧管法熱量表在流量傳感方式和低功耗設(shè)計方面都比較容易實現(xiàn)，而且當(dāng)前熱量表又是個熱門領(lǐng)域，所以現(xiàn)在有許多高校的電子工程系的本科畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計就是一款干簧管法的熱量表電路，可見其技術(shù)含量！
（2）霍爾法
與干簧管法大同小異，霍爾元件也是一種電子元件，當(dāng)有小磁鐵靠近時，它的電器性能就發(fā)生改變，通過不斷監(jiān)測它的性能變化的頻率，也就得到了水表指針的轉(zhuǎn)動量。由于在激發(fā)霍爾傳感器時需要很大的能量，所以要想用霍爾法探測高速轉(zhuǎn)動的葉輪，就必須以更快的能量頻率連續(xù)激發(fā)霍爾傳感器，所以采用這種原理的積算器，無論采用什么低功耗的CPU都不能降低功耗，對于采用2000mh鋰電池的熱量表來說，其電池只能使用一年多一點兒。
（3）韋根傳感器法
韋根傳感器的原理與發(fā)電機原理十分相似，當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子之間有周期性的位置變化時，就能感應(yīng)出正弦交變的電壓，只不過韋根傳感器宣稱是在很弱的磁場下就能工作。盡管如此，韋根傳感器法仍然需要在葉輪上安裝磁性元件，這也意味著防水銹、防磁干擾以及使用壽命等方面的性能大大下降。
（4）無磁法
通過一種復(fù)雜的LC振蕩阻尼電路，能夠以非接觸的方式探測到葉輪上的一種無磁金屬片的轉(zhuǎn)動情況。盡管無磁法有無以比擬的優(yōu)點，但是，由于開發(fā)這種電路需要雄厚的技術(shù)力量以及長時間的、大量的數(shù)據(jù)積累，同時還需要自行設(shè)計相匹配的流量計，所以，目前國內(nèi)幾乎所有的廠商甚至一些著名的大學(xué)和科研單位也沒有掌握這項技術(shù)。也就是說，能生產(chǎn)出無磁流量計的熱量表廠商，無論是在電子方面還是在機械設(shè)計方面，在同行業(yè)是居于遙遙領(lǐng)先的地位的。
3、溫度測量的精度與穩(wěn)定性
雖然大多數(shù)的熱量表廠家的溫度傳感器都已采用PT1000做為測溫元件，但是并不等于所有廠家在溫度測量的精度上也是一樣的好。因為最終的溫度精度是由積算器上的A/D轉(zhuǎn)換電路決定的，而如何能設(shè)計出一款穩(wěn)定、不漂移、精度又高的A/D電路，就一直是檢驗業(yè)內(nèi)人士技術(shù)水平的經(jīng)典課題。
4、軟件的功能與糾錯能力
在硬件電路的基礎(chǔ)上開發(fā)出一套具有人性化的、易于使用的、具有強的糾錯有力的軟件系統(tǒng)，同樣也體現(xiàn)了生產(chǎn)廠商對于產(chǎn)品、用戶、社會的理解。
二、流量計及其核心技術(shù)
對一款熱量表來說，其主要性能參數(shù)都是由流量計決定的。因為熱量表在額定流量、精度和使用壽命等方面的表現(xiàn)，主要都是由流量計的性能決定的。這一部分結(jié)構(gòu)雖然在計量原理上非常簡單，但是在性能上卻是最難改進的。如果要對其計量特性進行那怕是一點點改進，也是需要以數(shù)年的實驗測試作為代價的！為了減少開發(fā)難度，目前大多數(shù)熱量表制造廠商在開發(fā)熱量表時，都是直接引用普通水表的計量機芯，在外殼上稍加改裝，增加流量傳感器，比如，干簧管傳感器，以完成機械量向電子量的轉(zhuǎn)換。而這樣的流量傳感器是不能適應(yīng)我國的熱力系統(tǒng)的現(xiàn)狀的，真正的熱量表流量計必須要針對中國熱力系統(tǒng)的情況，從頭設(shè)計，并解決下面幾個關(guān)鍵問題：
1、小額定流量與高計量精度的設(shè)計
額定流量是選用熱量表的最直接也是最重要的一個參數(shù)。根據(jù)我國熱力系統(tǒng)的現(xiàn)狀，系統(tǒng)內(nèi)的流量范圍非常小，一般設(shè)計控制在0.4-0.6M3/小時左右。這樣就需要流量計的計量元件對小流量的計量非常準(zhǔn)確，也就是額定流量是0.6M3/小時。同時，如果在這個額定流量下，能把流量計的精度設(shè)計成二級精度，目前在國外也是比較少見的。在設(shè)計過程中，需要對計量元件因高溫而產(chǎn)生的各種變化有精確的掌握。真正的熱量表制造商必須有能力設(shè)計并制造出額定流量是0.6M3/小時的流量計。
2、流量計結(jié)構(gòu)與性能的設(shè)計
流量計在確定了額定流量以后，還要在其流體結(jié)構(gòu)的設(shè)計上花費大量的工作。在流量計的設(shè)計過程中，不僅要考慮到它的機械性能，比如：計量的重復(fù)性，全量程范圍的一致性，靈敏度（始動流量）等，還要考慮到電子部分對機械設(shè)計的要求，比如，葉輪與流量傳感器的距離等。還有，設(shè)計一款多流束的流量計，要比設(shè)計一款單流束的流量計要難得多，而讓一款多流束的流量計的始動流量比單流束的還要高就更是要付出艱辛的努力。
3、機械尺寸的設(shè)計
普通的多流束熱量表雖然有使用壽命長、計量穩(wěn)定等優(yōu)點，但它的體積笨大，這不僅在外觀上看上去粗笨，更主要是占用了寶貴的建筑空間。而單流束熱量表盡管使用壽命很短，但由于它的流量計的體積小巧，不僅在外觀上給人印象好，顯得高檔，而且確實節(jié)省了安裝空間。所以，如何設(shè)計一款多流束的熱量表，并且它的體積比一般單流束的熱量表還要小巧，同樣也是熱量表行業(yè)中最受關(guān)注的核心技術(shù)。
積算器是熱量表的電子部分，其核心部件是一個高性能低功耗的單片機。積算器能把流量計和溫度傳感器測量到的物理信號通過A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，并按公式1或公式2進行熱量計算，當(dāng)然，該部分還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的儲存、查閱以及數(shù)據(jù)交換和傳輸?shù)裙δ堋ｋm然目前各熱量表生產(chǎn)廠商采用的各種芯片的硬件技術(shù)指標(biāo)都非常高，但是在具體硬件電路設(shè)計和相應(yīng)的軟件開發(fā)水平上，則是存在魚龍混雜的局面。其中的技術(shù)關(guān)鍵體現(xiàn)在如下幾個方面：
1、功耗問題
在積算器的設(shè)計中，這是一個最關(guān)鍵的技術(shù)問題，同時也是一個最容易被很多人員忽視的問題。目前國內(nèi)外大多數(shù)廠商都是采用2000mh的鋰電池，這就意味著如果要使熱量表工作5年以上，那么，其平均電流就應(yīng)在40μA以下（考慮到進行溫度測量時要毫安級的水平下工作）。雖然現(xiàn)在的低功耗CPU很多，但是實際上的電流效果，卻受不同的設(shè)計原理的影響，比如，不同的流量信號傳感方式和不同的溫度采樣方式，對積算器的功耗影響是非常大的。
2、流量信號的傳感方式
流量信號的計量精度是影響熱量表整體計量精度的主要因素，也是最難以提高的因素。因為流量精度的提高，不光要有優(yōu)秀的電子技術(shù)人員，也要有更優(yōu)秀的機械設(shè)計人員與之配合。所以流量信號的傳感方式的不同，幾乎完全代表著一個生產(chǎn)廠商在電子技術(shù)與機械設(shè)計方面的綜合水平。目前，在熱量表的流量傳感方式上，分別應(yīng)用著以下幾種不同水平的技術(shù)原理：
（1）干簧管法
2003年以前，幾乎所有的國內(nèi)熱量表廠商采用的是這種方法，而且，更有相當(dāng)一部分廠家，是直接采用自來水表廠的遠傳熱水表作為流量計。它的原理是在普通的水表指針上裝上一塊小磁鐵，然后小磁鐵的上方固定一個叫干簧管的電子元件。干簧管的結(jié)構(gòu)很簡單，就是在玻璃管中封閉兩片彼此靠的很近的金屬的簧片。干簧管法的工作過程是這樣的：當(dāng)水表的指針轉(zhuǎn)動時，帶動指針上的小磁塊以同樣的速度做圓周運動，適當(dāng)調(diào)整干簧管與小磁塊的位置，就使得指針每轉(zhuǎn)動一周，就能而且只能把干簧管的簧片吸合一次，形成一個脈沖。這樣，就把由指針轉(zhuǎn)動代表的機械信號，轉(zhuǎn)化成了由干簧管吸合代表的電信號。根據(jù)安裝小磁塊的指針的位置不同，一個脈沖可代表1升、10升或100升不等。
由于流量信號是模擬開關(guān)量，利用CPU自身的低功耗休眠狀態(tài)，就可以很簡單地實現(xiàn)低功耗計量。至于計量精度，則是由水表廠商來提供保障的。這也是干簧管法熱量表最早被開發(fā)使用的一個重要原因。由于干簧管法熱量表在流量傳感方式和低功耗設(shè)計方面都比較容易實現(xiàn)，而且當(dāng)前熱量表又是個熱門領(lǐng)域，所以現(xiàn)在有許多高校的電子工程系的本科畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計就是一款干簧管法的熱量表電路，可見其技術(shù)含量！
（2）霍爾法
與干簧管法大同小異，霍爾元件也是一種電子元件，當(dāng)有小磁鐵靠近時，它的電器性能就發(fā)生改變，通過不斷監(jiān)測它的性能變化的頻率，也就得到了水表指針的轉(zhuǎn)動量。由于在激發(fā)霍爾傳感器時需要很大的能量，所以要想用霍爾法探測高速轉(zhuǎn)動的葉輪，就必須以更快的能量頻率連續(xù)激發(fā)霍爾傳感器，所以采用這種原理的積算器，無論采用什么低功耗的CPU都不能降低功耗，對于采用2000mh鋰電池的熱量表來說，其電池只能使用一年多一點兒。
（3）韋根傳感器法
韋根傳感器的原理與發(fā)電機原理十分相似，當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子之間有周期性的位置變化時，就能感應(yīng)出正弦交變的電壓，只不過韋根傳感器宣稱是在很弱的磁場下就能工作。盡管如此，韋根傳感器法仍然需要在葉輪上安裝磁性元件，這也意味著防水銹、防磁干擾以及使用壽命等方面的性能大大下降。
（4）無磁法
通過一種復(fù)雜的LC振蕩阻尼電路，能夠以非接觸的方式探測到葉輪上的一種無磁金屬片的轉(zhuǎn)動情況。盡管無磁法有無以比擬的優(yōu)點，但是，由于開發(fā)這種電路需要雄厚的技術(shù)力量以及長時間的、大量的數(shù)據(jù)積累，同時還需要自行設(shè)計相匹配的流量計，所以，目前國內(nèi)幾乎所有的廠商甚至一些著名的大學(xué)和科研單位也沒有掌握這項技術(shù)。也就是說，能生產(chǎn)出無磁流量計的熱量表廠商，無論是在電子方面還是在機械設(shè)計方面，在同行業(yè)是居于遙遙領(lǐng)先的地位的。
3、溫度測量的精度與穩(wěn)定性
雖然大多數(shù)的熱量表廠家的溫度傳感器都已采用PT1000做為測溫元件，但是并不等于所有廠家在溫度測量的精度上也是一樣的好。因為最終的溫度精度是由積算器上的A/D轉(zhuǎn)換電路決定的，而如何能設(shè)計出一款穩(wěn)定、不漂移、精度又高的A/D電路，就一直是檢驗業(yè)內(nèi)人士技術(shù)水平的經(jīng)典課題。
4、軟件的功能與糾錯能力
在硬件電路的基礎(chǔ)上開發(fā)出一套具有人性化的、易于使用的、具有強的糾錯有力的軟件系統(tǒng)，同樣也體現(xiàn)了生產(chǎn)廠商對于產(chǎn)品、用戶、社會的理解。
二、流量計及其核心技術(shù)
對一款熱量表來說，其主要性能參數(shù)都是由流量計決定的。因為熱量表在額定流量、精度和使用壽命等方面的表現(xiàn)，主要都是由流量計的性能決定的。這一部分結(jié)構(gòu)雖然在計量原理上非常簡單，但是在性能上卻是最難改進的。如果要對其計量特性進行那怕是一點點改進，也是需要以數(shù)年的實驗測試作為代價的！為了減少開發(fā)難度，目前大多數(shù)熱量表制造廠商在開發(fā)熱量表時，都是直接引用普通水表的計量機芯，在外殼上稍加改裝，增加流量傳感器，比如，干簧管傳感器，以完成機械量向電子量的轉(zhuǎn)換。而這樣的流量傳感器是不能適應(yīng)我國的熱力系統(tǒng)的現(xiàn)狀的，真正的熱量表流量計必須要針對中國熱力系統(tǒng)的情況，從頭設(shè)計，并解決下面幾個關(guān)鍵問題：
1、小額定流量與高計量精度的設(shè)計
額定流量是選用熱量表的最直接也是最重要的一個參數(shù)。根據(jù)我國熱力系統(tǒng)的現(xiàn)狀，系統(tǒng)內(nèi)的流量范圍非常小，一般設(shè)計控制在0.4-0.6M3/小時左右。這樣就需要流量計的計量元件對小流量的計量非常準(zhǔn)確，也就是額定流量是0.6M3/小時。同時，如果在這個額定流量下，能把流量計的精度設(shè)計成二級精度，目前在國外也是比較少見的。在設(shè)計過程中，需要對計量元件因高溫而產(chǎn)生的各種變化有精確的掌握。真正的熱量表制造商必須有能力設(shè)計并制造出額定流量是0.6M3/小時的流量計。
2、流量計結(jié)構(gòu)與性能的設(shè)計
流量計在確定了額定流量以后，還要在其流體結(jié)構(gòu)的設(shè)計上花費大量的工作。在流量計的設(shè)計過程中，不僅要考慮到它的機械性能，比如：計量的重復(fù)性，全量程范圍的一致性，靈敏度（始動流量）等，還要考慮到電子部分對機械設(shè)計的要求，比如，葉輪與流量傳感器的距離等。還有，設(shè)計一款多流束的流量計，要比設(shè)計一款單流束的流量計要難得多，而讓一款多流束的流量計的始動流量比單流束的還要高就更是要付出艱辛的努力。
3、機械尺寸的設(shè)計
普通的多流束熱量表雖然有使用壽命長、計量穩(wěn)定等優(yōu)點，但它的體積笨大，這不僅在外觀上看上去粗笨，更主要是占用了寶貴的建筑空間。而單流束熱量表盡管使用壽命很短，但由于它的流量計的體積小巧，不僅在外觀上給人印象好，顯得高檔，而且確實節(jié)省了安裝空間。所以，如何設(shè)計一款多流束的熱量表，并且它的體積比一般單流束的熱量表還要小巧，同樣也是熱量表行業(yè)中最受關(guān)注的核心技術(shù)。
