国外的热计量经验表明，采取供热计量收费措施可节能20％～30％。
鉴于上述原因，笔者在成功研制出一种工业温控系统之后，设计了一种智能型温控热量仪表。该仪表具有经济、简单、可靠的特点，既节能，又满足了需要。
1 测量原理及实现方法
1．1 测量原理
由热源供应的热水以较高温度流入交换系统（散热器等），以较低的温度流出；在此过程中，通过热量交换向用户提供热量。根据热力测量公式，用户所获得的热量可由下列方程式计算得出：
E=∫K×(Ts-Tr)×dv
式中：E——热交换系统输出热量；K——比重和比热的修正系数；TS——进水温度（℃）；Tr——出水温度（℃）；V——一定时间内流经供热系统的热水流量（升）。
式中K值是一个同时取决于供回水温度的变量，用来对比重进行修正；即，如果进水（回水）温度不同，即使进水，回水间的温差相同，用户从流经系统的等量热水中所获得的热量也是不同的。在热量表的国际标准中专门谈到了K值。
根据预先设置的室内温度（随时可设），测量系统自动调节电磁阀的开启和关闭。室内感温度装置感应房间的实际温度变化，并和已设的温度值进行比较，用无线的方式发送给积算仪，指导积算仪做出正确的调节动作；室内感温装置设计上充分考虑了空气温度和外界辐射等因素。
1．2 实现方法
热量表由一个热水流量计、一对温度传感器、一个积算仪和室内感温装置组成。仪表安装在供热系统的进水管上，并将温度传感器用斜三通分别安装在进水管和回水管上，流量计安装在回水管上，电磁阀安装在进水管上，用流量计测量热水的流量，温度传感器测量进水、回水温度，室内感温装置实时感应室内温度，并和已设温度（即理想的室内温度，如26℃）相比较，并通知积算仪，使其控制电磁阀的启闭；积算仪对温度、流量等进行数据采集和分析；计算用户所用热量及所剩热费（欠费自动关闭电磁阀，并报警，待充值后，电磁阀自动开启）。实现了仪表的全自动控制，真正实现了智能化。
2 系统主要功能
2．1 积算仪功能
（1）显示进水管，回水管的温度及温差，显示范围为0～100．0℃，温差范围为80℃；（2）显示瞬时流量和累积流量，显示范围为0～999999．99m3；（3）显示热功率及累计热量，显示范围为0～99999999kWh；（4）显示运行时间；（5）通讯功能；（6）显示热费剩余金额0～99999．99元；（7）欠费报警。
2．2 室内感温装置功能
（1）显示室内实际温度，范围为0～50．0℃；（2）设置室内恒温温度值，范围为0～50．0℃；（3）实际温度与预设温度比较，实时通知积算仪；（4）通讯功能。
3 传感器的选用及数学模型的建立
3．1 温度传感器的选用
本系统选用美国DALLAS公司的DS18B20数字温度传感器。其优点是可以把温度信号直接转换成串行数字信号供单片处理，单总线结构，无须外围元器件；内部计数器对一个受温度影响的振荡器脉冲计数，温度值为9bit，高位为符号位。温度传感器按热量表的要求选择。配对时应选择3个温度点（使每个温度点的传感器温差小于0．1℃），保证在整个测量范围内的测量精度。
3．2 流量传感器的选用及教学模型的建立
本系统选用涡街流量计，其核心元件为电压传感器。在水管中垂直地插入一根柱状阻力体，在其两侧就会交替产生旋涡，随着液体下游方向运动，形成旋涡系列。仪表测量的瞬时流量（升／秒）Q与频率（Hz）f的关系如下式：
Q＝f／K
式中：K———仪表流量系数（次／升）。
4 硬件设计
4．1 积算仪硬件设计
在满足准确、可靠测量的前提下，尽量降低功耗是本系统的主要原则。选用低功耗、低频率、低电压器件，采用多静态的方式。单片机采用Microchip公司的低功耗产品PIC16F877，速度快，其功耗为十几微安；温度、流量、运行时间等数据存在非易失性存储器24C02中。单片机大部分时间处于睡眠状态，显示模块长期处于关断状态；有键按下或IC卡插入时，单片机通过中断方式打开相应电路，使其处于工作状态。
电源采用美国TI公司TPS7250（有关断功能）。在 非采暖期，供热系统长期处于空闲状态，利用时钟电路（DS1302）来通知CPU，控制系统进入睡眠状态，使整个电路基本上处于“零”功耗状态；采暖期因温度为非急剧变化量，采用间断测量的方式；CPU以流量脉冲方式来唤醒电源模块，最大限度降低功耗。
4．2 室内感温装置硬件电路设计
为节约成本，采用一般单片机（如89C2051），一套AC—DC转换电路，室内感温部分直接与电源相连即可。平时显示室内实际温度；有键按下，即进入设置室温状态。发射采用短距离模块，时时处于发送状态。
5 软件设计
鉴于仪表的功能较多，需计量换算的数据较多，又有人为干预（插入IC卡，按键操作）等因素，应用程序采用模块化和多任务系统的方式设计，但无论哪种情况都必须防止漏测，漏算的现象。软件流程见图2。
6 结束语
根据供暖运行情况，模拟全年运行状态，对仪表热量及热费的计算准确度进行检测，基本上达到了设计要求，且仪表在运行中可靠性高，这是一款理想的热计量仪表。
［1］徐伟，邹瑜．供暖系统温控与热计量技术［M］．中国计划出版社，2000．
［2］叶青，寇义民．标准非接触式IC卡在智能化仪表中的应用［J］．电测与仪表，2003，（7）．
［3］宋书锋，等．基于PIC单片机的测温网络的开发［J］．仪表技术，2003，（6）．
