СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛА Российский патент 1995 года по МПК G01K17/16 

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для измерения количества тепла, переносимого потоком жидкого теплоносителя, например в области горячего водоснабжения.

Известен способ определения количества тепла, переносимого потоком жидкого теплоносителя, заключающийся в измерении температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах накладными термодатчиками преобразователями температуры теплоносителя в перемещение, состоящими из двух заполненных рабочим телом газом термобаллонов, и измерении расхода теплоносителя крыльчаткой врезного расходомера, вращение которого редуктором передается на интегратор, а расход преобразуется в механический сигнал, и определении счетчиком потребления количества тепла в единицу времени как произведения расхода теплоносителя на разность его температур, а также суммирование интегратором общего потребления количества тепла [1]
Недостатком известного способа является высокая погрешность измерения 3,5-5% обусловленная наличием накладных термодатчиков, обеспечивающих косвенное измерение температуры (через стенки), и обрастанием отложениями минеральных солей поверхности крыльчатки расходомера и наличием кинематической связи между интегратором и накладными термодатчиками.

Недостатком известного способа является также отсутствие возможности использования его в весенне-летний период (погрешность не лимитируется ниже 25% расхода).

Известен способ определения количества тепла, переносимого потоком жидкого теплоносителя, наиболее близкий по назначению и технической сущности к заявляемому, заключающийся в измерении расхода теплоносителя врезным тахометрическим расходомером, измеряющим число оборотов турбинки крыльчатки, вращающейся со скоростью, пропорциональной расходу воды, протекающей в трубопроводе; сигнал, генерируемый за счет вращения крыльчатки, передается через магнитную муфту к счетному устройству посредством конической зубчатой передачи и аналогичного цилиндрического редуктора, в определении теплосчетчиком количества тепла в единицу времени, измерении температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах ультразвуковыми термодатчиками, определении времени работы системы с получением произведения расхода теплоносителя на разность его температур и суммированием интегратором общего потребления количества тепла [2]
Недостатком известного способа является высокая погрешность измерения до 3-5% при диапазоне измерения расходов 10-20% т.е. невозможность измерения в весенне-летний период, так как погрешность не лимитируется ниже 10% расхода. Высокая погрешность обусловлена также состоянием отражающих поверхностей из-за обрастания их минеральными солями в системах горячего водоснабжения и теплосетях и наличием кинематической связи между расходомером и интегратором.

Недостатком известного способа является сложность в эксплуатации, что обусловлено необходимостью врезки расходомера в трубопроводе.

Целью изобретения является снижение погрешности, возможность применения способа в весенне-летний период.

Цель достигается тем, что в способе определения количества тепла, переносимого потоком жидкого теплоносителя, состоящем в измерении расхода теплоносителя при помощи частотного ультразвукового расходомера и температуры в прямом и обратном трубопроводах с помощью размещения в них термодатчиков с последующим интегрированием сигналов расходомера и термодатчиков в суммирующем блоке, измерение расхода теплоносителя осуществляют на частоте измерительного сигнала в диапазоне от 300 до 1000 кГц с одновременным измерением толщины стенки трубопроводов ультразвуковым расходомером для корректировки величины диаметра последних по мере их обрастания, при этом в качестве пьезопреобразователей ультразвукового расходомера используют накладные пьезопреобразователи, а в качестве суммирующего блока счетчик-таймер.

На чертеже показана схема для осуществления способа.

После подачи горячей воды в подающий трубопровод 1 одним из накладных пьезопреобразователей (формирователем 2 импульсов) генерируют сигнал 300-1000 кГц и подают его на второй диаметрально расположенный накладной пьезопреобразователь (приемник 3) ультразвукового расходомера 4. Накладные пьезопреобразователи 2 и 3 обеспечивают уменьшение погрешности измерений из-за отсутствия местных сопротивлений; применение их ведет к упрощению монтажа, так как исключает необходимость врезки в трубопровод. Применение ультразвуковых расходомеров, основанных на эффекте Допплера, позволяет исключить влияние температуры на точность измерения, что дает возможность использовать их для измерения расхода горячей воды.

По мере обрастания трубопроводов солевыми отложениями производят коррекцию размера диаметра трубопровода ультразвуковым толщиномером 5.

Генерация импульсов менее 300 кГц способствует увеличению погрешности с 1,65 до 3,1% за счет усиления влияния состояния отражающих поверхностей (обрастание солями).

Генерация сигнала более 1000 кГц приводит к его затуханию, т.е. нарушает работоспособность ультразвукового расходомера 4 при наличии на внутренних поверхностях трубопровода солевых отложений.

Генерация импульсов от 300 до 1000 кГц обеспечивает уменьшение погрешности измерения до 1,64% так как снижает влияние отложений на внутренних поверхностях трубопровода.

Осуществление ультразвуковой коррекции размера диаметра трубопровода по мере его обрастания минеральными солями существенно уменьшает погрешность измерения количества тепла.

С ультразвукового расходомера 4 поступает первичная информация о расходе теплоносителя с преобразованием ее в электрический частотный сигнал в преобразователе 6. Измерение температуры теплоносителя осуществляют платиновыми термодатчиками ТСП 7 и 8, установленными на подающем 1 и обратном 9 трубопроводах соответственно; градуировка термодатчиков ТСП обеспечивает измерение температуры с точностью 0,05^оС. Сигналы о расходе теплоносителя и о температурах с термодатчиков 7 и 8 одновременно поступают на счетчик-таймер 10, определяющий мгновенное потребление количества тепла как произведение расхода теплоносителя на разность его температур с интегрированием мгновенного потребления количества тепла и учетом времени работы счетчика-таймера 10. Информация с ультразвукового толщиномера с накладными пьезопреобразователями 5, установленного на трубопроводе 1 непосредственно после ультразвукового расходомера 4, поступающая по мере обрастания внутренних поверхностей трубопроводов минеральными солями, также передается на счетчик-таймер 10. Со счетчика-таймера 10 стандартным токовым сигналом (0,1-5,0 мА) воздействуют на регулятор 11, в котором одновременно задают либо температуру обратной воды, либо количество тепла, либо разность температур теплоносителя в прямом 1 и обратном 9 трубопроводах. Полученной разностью сигналов между пришедшим со счетчика-таймера 10 и заданным воздействуют на исполнительный механизм 12 клапана 13. При больших расходах теплоносителя и больших диаметрах трубопроводов (более 200 мм) сигнал с регулятора 11 подают на частотный преобразователь 14, которым регулируют число оборотов насоса 15, перекачивающего воду из обратного трубопровода 9 в подающий трубопровод 1, доводя температуру обратной воды до заданного значения.

Предложенный способ по сравнению с известным обеспечивает уменьшение погрешности измерения с 3,1 до 1,64% за счет уменьшения влияния состояния отражающих поверхностей трубопроводов в результате генерации начального сигнала 300- 1000 кГц, ультразвуковой коррекции размера диаметра трубопроводов по мере их обрастания минеральными солями.

Предложенный способ обеспечивает работу системы измерения количества тепла в весенне-летний период погрешность лимитируется с 2% расхода, упрощает эксплуатацию и монтаж из-за ненадобности врезаться в трубопровод.

Сущность изобретения: одновременно с изменением температуры жидкого теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах и его расхода ультразвуковым толщиномером измеряют толщину стенки трубопроводов для корректировки величины диаметра последних по мере их обрастания. Измерение расхода осуществляют частотным ультразвуковым расходомером с накладными пьезопреобразователями на частоте измерительного сигнала в диапазоне 300 1000 кГц. Искомое количество тепла определяют по измеренным сигналам с помощью счетчика-таймера. 1 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛА, переносимого потоком жидкого теплоносителя, состоящий в измерении расхода теплоносителя при помощи частотного ультразвукового расходомера и температуры в прямом и обратном трубопроводах с помощью размещенных в них термодатчиков с последующим интегрированием сигналов расходомера и термодатчиков в суммирующем блоке, отличающийся тем, что одновременно с измерением расхода, которое осуществляют на частоте измерительного сигнала в диапазоне 300 1000 кГц, ультразвуковым толщиномером измеряют толщину стенки трубопроводов для корректировки величины диаметра последних по мере их обрастания, при этом в качестве пьезопреобразователей ультразвукового расходомера используют накладные пьезопреобразователи, а в качестве суммирующего блока счетчик-таймер.