Теплосчетчик

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Совместное общество с ограниченной ответственностью АРВАС(72) Авторы Бакаленко Владимир Иванович Печенев Виктор Алексеевич Жаврид Екатерина Николаевна(73) Патентообладатель Совместное общество с ограниченной ответственностью АРВАС(57) Теплосчетчик для определения потребления тепловой энергии в открытых системах теплоснабжения с подающим, обратным и подпиточным трубопроводами, содержащий на подающем, обратном трубопроводах объемные расходомеры, преобразователи давления и температуры, блоки вычисления плотности, энтальпии теплоносителя и блок вычисления массы теплоносителя на обратном трубопроводе, а на подпиточном трубопроводе преобразователь давления, преобразователь температуры и блок вычисления энтальпии холодной воды, выходы преобразователей давления соединены с входами блоков вычисления плотности и энтальпий в подающем и обратном трубопроводах и с входом блока вычисления энтальпии в подпиточном трубопроводе, выходы блоков вычисления энтальпий соединены с соответствующими входами индикатора, выходы объемного расходомера обратного трубопровода и блока вычисления плотности через блок вычисления массы теплоносителя присоединены к входу индикатора, отличающийся тем, что дополнительно введены три 73302011.06.30 блока ввода индивидуальных статических коэффициентов термометров в подающем, обратном и подпиточном трубопроводах, выходы которых соединены с соответствующими входами блоков расчета температуры, с которыми также соединены выходы преобразователей температуры, при этом выходы блоков расчета температуры соединены с соответствующими входами блоков вычисления энтальпий и плотности в подающем, обратном и подпиточном трубопроводах, а выходы объемного расходомера подающего трубопровода и блока вычисления плотности через блок вычисления массы теплоносителя соединены с индикатором.(56) 1. Теплосчетчики электромагнитные КМ-5. Руководство по эксплуатации. Часть 1. АКП 42/8 2003. - С. 3-4, 10-14. 2. Патент РФ 2300088, МПК 01 17/16, опубл. 27.05.2007. 3. Патент РФ 2300087, МПК 01 17/16, опубл. 27.05.2007 (прототип). Заявляемое техническое решение относится к измерительной технике и может быть использовано в энергетике, в системах водоснабжения и теплоснабжения, коммунальном хозяйстве, в приборах для измерения тепловой энергии. Известны теплосчетчики (электромагнитные) для определения тепловой энергии и объемного (массового) расхода теплоносителя (холодной, горячей воды), предназначенные для измерения и коммерческого учета количества теплоты, объема и массы теплоносителя, потребляемой жилыми, общественными зданиями и т.д., в закрытых и открытых системах водяного теплоснабжения, для измерения и регистрации объемного и массового расхода и параметров теплоносителя, протекающего в обоих направлениях через первичные преобразователи расхода, а также для использования в автоматизированных системах учета, контроля и регулирования теплоты. В состав теплосчетчика входят объемный электромагнитный расходомер (один для закрытой, два для открытой водяной системы теплоснабжения), преобразователи температуры и давления, электронный блок 1. Электронный блок выполняет измерение, оцифровку и последующую обработку выходных сигналов преобразователей объемных электромагнитных расходомеров (ОЭР), температуры (ПТ) и давления теплоносителя (ПД). Такой теплосчетчик позволяет определять тепловую энергию, объемный и массовый расход, температуру и давление теплоносителя в закрытых и открытых водяных системах теплоснабжения. Недостатком известного теплосчетчика является низкая точность измерения тепловой энергии, так как не учтена погрешность при измерении температуры и разности температур, а также влияние тепловых шумов, остаточной деформации материалов. Известен также теплосчетчик для определения тепловой энергии теплоносителя в водяных системах теплоснабжения, содержащий подающий, обратный и подпиточный трубопроводы. Подающий и обратный трубопроводы оснащены преобразователями температуры, электромагнитными расходомерами, блоками вычисления плотности, энтальпии и массы теплоносителя. Подпиточный трубопровод (трубопровод подачи холодной воды) оснащен преобразователем температуры и блоком вычисления энтальпии холодной воды, который соединен с индикатором. Выходы электромагнитных расходомеров подающего и обратного трубопроводов через блоки вычисления массы соединены с входом индикатора. Преобразователи температуры прямого и обратного трубопроводов смонтированы заподлицо с внутренней поверхностью трубопровода. На наружной поверхности подающего и обратного трубопроводов установлены преобразователи температуры окружающей среды. В теплосчетчик дополнительно введены три блока вычитания температуры первый блок вычитает температуру подающего и обратного трубопроводов прямого измерения разности температур, второй блок вычитает температуру окружающей среды 2 73302011.06.30 подающего и обратного трубопроводов прямого измерения разности температуры, третий блок вычитает из разности температур подающего и обратного трубопроводов разность температуры окружающей среды подающего и обратного трубопроводов. Выход третьего блока вычитания соединен с входами блоков вычисления энтальпии и плотности в подающем и обратном трубопроводах. Все выходные сигналы указанных блоков поступают на вход индикатора. Через индикатор управляются все блоки, подача воды, поддержание температуры. В известном устройстве за счет прямого измерения разности температур (подающего и обратного трубопроводов) и измерения разности температур теплоносителя в середине сечения и на стенках трубы (перепад температур) снижается погрешность измерения массы теплоносителя и тепловой энергии. Недостатком известного устройства является невозможность измерения температуры и разности температур с высокой точностью. Для измерения тепловой энергии в открытых системах водоснабжения необходимо измерение трех температур одной парой термометров, установленной на подающем и обратном трубопроводах, и одиночным термометром для измерения температуры холодной воды, характеристики которого могут существенно отличаться. Это приводит к погрешности прямого измерения температуры и разности температур. Подбор в пару термометров, установленных в подающем и обратном трубопроводах, ухудшает эксплуатационные характеристики теплосчетчиков, так как при поломке одного термометра необходима замена всего комплекта. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является теплосчетчик для открытых водяных систем теплоснабжения, который содержит подающий, обратный и подпиточный трубопроводы 3. Подающий и обратный трубопроводы каждый содержат по одному объемному расходомеру, преобразователю температуры ПТ и преобразователю давления ПД. Подпиточный трубопровод (трубопровод подачи холодной воды) содержит преобразователь температуры и блок вычисления энтальпии холодной воды х.в, выход которого соединен с индикатором. Подающий и обратный трубопроводы снабжены блоками вычисления плотности, энтальпии и расхода массы. Выходы преобразователей температуры ПТ и давления ПД в подающем и обратном трубопроводах соответственно соединены с входами блоков вычисления энтальпии (1 и 2) и плотности в подающем и обратном трубопроводах, выходы которых соединены со входами индикатора, где происходит вычисление измеряемой тепловой энергиив открытой системе водяного теплоснабжения. Теплосчетчик дополнительно содержит блок прямого измерения разности объемных расходов теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, блок разности плотностей, с которым соединены выходы блоков вычисления плотности, блок вычисления массового расхода теплоносителя в обратном трубопроводе, блок вычисления разности массовых расходов и блок вычисления массы отобранного из сети теплоносителя. Выходы блоков вычисления плотности в прямом и обратном трубопроводах соединены с входом блока вычитания плотностей, выходы объемных расходомеров соединены с входами определения объемных расходов, выходы последнего блока расходомера подающего трубопровода и выход блока вычитания плотности соединены с входом блока разности массовых расходов, выходы последнего блока соединены с входом блока масс, отобранных из сети теплоносителя. В подающем, обратном и подпиточном трубопроводах для измерения температуры использованы преобразователи температуры ПТ по ГОСТ 6651 из платины с номинальным сопротивлением 100, 500 Ом. Погрешность измерения ПТ выбирается исходя из требуемых пределов допускаемой относительной погрешности комплекта ПТ (подобранной пары) при измерении разности температур , , т.е.(0,53/), где- численное значение разности температур- относительная погрешность измерения разности температур 73302011.06.30- нижний предел диапазона разности температур, выбирается из ряда 1, 2, 3 С в зависимости от класса применяемого комплекта ПТ. В известном устройстве повышение точности измерения тепловой энергии теплоносителя и массы, отобранной из сети теплоносителя, достигается за счет введения в теплосчетчик дополнительно блока прямого измерения разности объемных расходов и блока измерения разности плотностей в подающем и обратном трубопроводах в открытых водяных системах теплоснабжения, что позволяет производить определение значения массы без применения операции вычитания значений масс теплосчетчика. Однако в известном устройстве не учитывается погрешность при измерении температуры и разности температур в подающем и обратном трубопроводах, которая вносит существенный вклад в определение погрешности измерения тепловой энергии и массы теплоносителя. Подбор термометров в пару ограничивает область использования теплосчетчиков, так как при поломке одного термометра необходима замена всего комплекта. Задачей, решаемой полезной моделью, является повышение точности измерений тепловой энергии теплоносителя путем уменьшения погрешности прямого измерения температуры и разности температур. Поставленная задача достигается тем, что в теплосчетчик для определения тепловой энергии в открытых системах водоснабжения с подающим, обратным и подпиточным трубопроводами, содержащем на подающем и обратном трубопроводах объемные расходомеры, преобразователи давления и температуры, блоки вычисления плотности, энтальпии теплоносителя и блок вычисления массы теплоносителя на обратном трубопроводе, а на подпиточном трубопроводе - преобразователь давления, преобразователь температуры и блок вычисления энтальпии холодной воды, выходы преобразователей давления соединены с входами блоков вычисления плотности и энтальпий в соответствующих трубопроводах, выходы блоков вычисления энтальпий соединены с соответствующими входами индикатора, выходы объемного расходомера обратного трубопровода и блока вычисления плотности через блок вычисления массы теплоносителя присоединены к входу индикатора, дополнительно введены три блока ввода индивидуальных статических коэффициентов термометров в подающем, обратном и подпиточном трубопроводах, выходы которых соединены с соответствующими входами блоков расчета температуры с учетом индивидуальных статических коэффициентов термометров, с которыми также соединены выходы преобразователей температуры. При этом выходы блоков расчета температуры соединены с соответствующими входами блоков вычисления энтальпий и плотности в подающем,обратном и подпиточном трубопроводах. Выходы объемного расходомера подающего трубопровода и блока вычисления плотности через блок вычисления массы теплоносителя соединены с индикатором. На фигуре изображена блок-схема теплосчетчика для определения тепловой энергии и массы теплоносителя, отобранного в открытых водяных системах теплоснабжения, на которой показаны подающий 23, обратный 24 и подпитывающий (подачи холодной воды) 25 трубопроводы, которые условно показаны прямыми линиями. Подающий трубопровод 23 оснащен объемным расходомером 1, преобразователем температуры ПТ 3 и преобразователем давления ПД 5. Обратный трубопровод 24 соответственно содержит объемный расходомер 9, преобразователь температуры ПТ 11 и преобразователь давления ПД 10. Блок 4, установленный на подающем трубопроводе 23, предназначен для ввода индивидуальных коэффициентов статической характеристики термометра 1, 1, 01, определенных в процессе калибровки, блок 5 - для расчета температуры с учетом индивидуальных коэффициентов статической характеристики термометра, блок 7 - для вычисления энтальпии теплоносителя в подающем трубопроводе, блоки 6 и 8 - для вычисления плотности и массы теплоносителя в подающем трубопроводе 23. Аналогично блок 12 предназначен для ввода индивидуальных коэффициентов 2, 2, 02 статической характеристики термометра, установленного на обратном трубопроводе 24, определенных в процессе калибровки,4 73302011.06.30 блок 13 расчета температуры, блок 15 вычисления энтальпии, блок 14 вычисления плотности и блок 16 вычисления массы теплоносителя в обратном трубопроводе 24. Подпиточный трубопровод (трубопровод подачи холодной воды) 25 оснащен преобразователем температуры ПТ 19, преобразователем давления 18. Блок 20 предназначен для ввода индивидуальных коэффициентов 3, 3, 03 статической характеристики термометра, установленного на подпиточном трубопроводе, блок 21 - для расчета температуры с учетом этих коэффициентов, блок 22 - для вычисления энтальпии. Выходы ПТ 3 и 11 в подающем и обратном трубопроводах соединены соответственно с входами блоков расчета температуры 5 и 13. Входы блоков расчета температуры 5 и 13 в прямом и обратном трубопроводах соединены также с выходами блоков 4 и 12 ввода индивидуальных статических коэффициентов термометров 1, 1, 01 и 2, 2, 02, установленных в прямом 23 и обратном 24 трубопроводах. Выход ПТ 19 соединен с входом блока вычисления температуры 21, вход которого также соединен с выходом блока ввода индивидуальных статических коэффициентов термометра 20 (3, 3, 03), установленного в подпиточном трубопроводе 25, определенных в процессе калибровки. Выходы блоков расчета температуры 5, 13 и 21 в подающем 23, обратном 24 и подпитывающем 25 трубопроводах соединены со входами соответствующих блоков вычисления энтальпий 7, 15 и 22, на входы которых также поступает сигнал с выходов ПД 2, 10, 18,установленных в соответствующих трубопроводах 23, 24, 25. Выходы блоков вычисления энтальпий 7 (1) подающего, 15 (2) обратного и подпитывающего 22(х.в) трубопроводов соединены со входом индикатора 17. Кроме того, выходы блоков расчета температур 5 и 13 соединены со входами блоков вычисления плотности 6 и 14, на входы которых также поступают сигналы с ПД 2 и 10. Выходы блоков вычисления плотности 6 и 14 соединены со входами блоков 8 вычисления массы теплоносителя, протекающего в подающем трубопроводе - 1 и 16 - в обратном трубопроводе - 2. На вход блоков 8 и 16 вычисления массы теплоносителя поступают сигналы с объемных расходомеров 1 подающего и 9 обратного трубопроводов соответственно. Выходы блоков 8, 7, 15, 16 и 22 соединены со входом индикатора 17, где происходит вычисление измеряемой тепловой энергиив открытой системе водоснабжения по формуле 1(1-2)(1-2)(2-х.в). В блоках вычисления плотности 6, 14 (1, 2) и вычисления энтальпии в блоках 7, 15 и 22 (1, 2 и х.в) соответственно вычисляют зависимости плотностии энтальпииот давления и температуры. Массовый расход или масса воды (теплоносителя) 1 и 2 в прямом и обратном трубопроводах вычисляется в блоках 8 и 16 как произведение расхода или объема на плотность теплоносителя. Вычисление этих параметров осуществляют согласно требованию нормативных документов, например ГСССД 188-99 или МИ-2412-97. Все выходные сигналы указанных блоков поступают на вход индикатора 17. В подающем 23, обратном 24 трубопроводах теплосчетчика в качестве преобразователей температуры установлены платиновые термопреобразователи сопротивления по ГОСТ 8.625-2007 с номинальным сопротивлением 100 и 500 Ом. Поскольку в теплосчетчиках используются термопреобразователи температуры, то измерение температуры включает аналоговое измерение сопротивления термометра, преобразование аналогового сигнала в цифровой и построение зависимости сопротивление-температура. Для уменьшения погрешности измерения температуры и разности температур в теплосчетчик дополнительно введены блоки 4, 12 и 20 ввода индивидуальных статических коэффициентов термометров ,и 0, определенных в процессе калибровки, и блоки 5, 13, 21 расчета температуры с учетом этих коэффициентов. Для расчета зависимости температуры от сопротивления в блоках 5, 13 и 21 использовали обратную функцию Каллендара ВанДюзена (КВД) Термопреобразователи сопротивления. Общие технические требования и методы испытаний. ГОСТ 665511-94 5,2 2 где , , 0 - индивидуальные коэффициенты статических характеристик термометров,определенные в процессе калибровки и - температура теплоносителя- сопротивление преобразователя температуры. При таком расчете температуры погрешность расчета зависит от погрешности определения коэффициентов уравнения (индивидуальные коэффициенты статических характеристик термометров), которая, в свою очередь, зависит от характеристик эталонной установки. Таким образом, погрешность рабочих термометров уменьшается практически до погрешности эталонных значений температур. Например, оценка, выполненная для реперных точек 0, 80 и 140 С, показывает, что погрешность расчета статической характеристики, обусловленная погрешностью эталонной установки, не будет превышать области,ограниченной прямыми к(0,017810-5). Поскольку измерение температуры и разности температур влияет на вычисление энтальпий, то уменьшается погрешность вычисления и этих величин. Избыточное давление в подающем и обратном трубопроводах 5, 8 контролируется с помощью одного из известных типов преобразователей давления. В теплосчетчиках объемные расходомеры 4 и 7 выдают электрический сигнал, пропорциональный расходу жидкости. Объем получают интегрированием расхода по времени. Блоки вычисления температуры с использованием индивидуальных статических коэффициентов термометров в подающем, обратном и подпитыващем трубопроводах реализованы в теплосчетчике программно. Технико-экономический эффект в заявляемой полезной модели достигается за счет ввода в теплосчетчик блоков ввода индивидуальных статических коэффициентов термометров и блоков вычисления температуры с учетом этих коэффициентов, что позволяет уменьшить погрешность измерения разности температур и, соответственно, повысить точность измерения тепловой энергии теплоносителя. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6