ТЕПЛОСЧЕТЧИК-РАСХОДОМЕР Российский патент 1998 года по МПК G01K17/10 G01F1/68 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам измерения и учета тепловой энергии, передаваемой по трубам жидкими или газообразными теплоносителями. Известны устройства, измеряющие расход теплоносителя и умножающие значения расхода на значения разности температур до и после объекта теплопотребления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель тепловой мощности, содержащий канал в виде корпуса, на поверхности которого размещены охлаждаемые датчики теплового потока, датчики температуры на выходе и выходе канала (см. DE, заявка N 3303769, A1, МКИ G 01 K 17/10, 1983). Хотя такой измеритель прост по конструкции, но не нашел практического применения, поскольку разность температур между входом и выходом канала может быть весьма мала особенно при больших расходах теплоносителя. При этом соответственно мала и разность сигналов датчиков температуры. Применение электронного усиления сигнала в данном случае проблематично (сопоставимый уровень помех, нестабильность и прочее). Поэтому возникает необходимость получения большего сигнала. Это возможно за счет увеличения тепловых потерь на самом приборе, либо за счет применения большого числа датчиков температуры на входе и выходе канала. Во многих случаях эти способы нежелательны, так как это приводит к усложнению конструкции и увеличению габаритов прибора.

Получение достаточного уровня сигнала при сравнительно простом способе измерения разности температур достигается в предлагаемом техническом решении. Для того в теплосчетчике-расходомере, содержащем канал? по бокам которого размещены охлаждаемые (нагреваемые) радиаторами датчики теплового потока, а также содержащем датчики температуры и вычислительное устройство, канал выполнен в виде разомкнутого кольца, между концами которого помещен датчик разности температур, характеризующийся достаточным уровнем и стабильностью сигнала. Предлагаемый теплосчетчик представлен на фиг. 1. Расходомерная часть состоит из кольцевого канала 1, радиаторов 2 с датчиками теплового потока 3 и датчика разности температур 4. Температура теплоносителя измеряется датчиком 5, а после объекта теплопотребления - датчиком 6. Сигналы датчиков поступают на вычислительное устройство 7. Движение теплоносителя обозначено стрелками.

Расходомерная часть работает следующим образом. Нагретый (или охлажденный) поток теплоносителя, проходя по каналу 1, отдает (или принимает) в единицу времени через радиаторы 2 часть тепловой энергии q. При этом его температура изменится на Δt. В подобных устройствах массовый расход теплоносителя G равен:

где
C_p - теплоемкость теплоносителя.

Следовательно, измеряя величины q и Δt при известной C_p, можно определить значение расхода. По характеристикам датчиков имеем:
для датчика 3 E₁ = k₁ • q,
для датчика 4 E₂ = k₂ • Δt,
где
k₁ и k₂ - коэффициенты преобразования датчиков. Отсюда следует:
q = E₁/k₁; Δt = E₂/k₂.
Подставляя эти значения в формулу расхода, получаем:

Известно, что количество теплоты Q, передаваемой объекту теплопотребления в единицу времени равно: Q = C_p•G•ΔT,
где
ΔT - разность температур теплоносителя до и после объекта теплопотребления. При применении дифференциального способа измерения температур получим сигнал E₃= k₃•ΔT , то есть ΔT = E₃/k₃, Следовательно, с учетом (1) получим, что:

или

где

Таким образом в расчетную формулу не входит теплоемкость теплоносителя, что является преимуществом устройств, в которых используется такой способ измерения.

Предлагаемый теплосчетчик может быть реализован в виде простых, надежных и недорогих приборов по учету тепловой энергии. Кроме того, он может быть использован просто как расходомер, нагретых (или охлаждаемых) жидких или газообразных сред с учетом их теплоемкости.

Изобретение может быть использовано для измерения тепловой энергии, а также расхода жидких или газообразных теплоносителей. Расходомерная часть устройства содержит канал в виде разомкнутого кольца, по бокам которого размещены датчики теплового потока, между концами канала - датчик разности температур. При движении нагретого или охлажденного вещества по каналу происходит частичная передача тепловой энергии через радиаторы, измеряемая датчиками теплового потока. Перепад температур между концами канала измеряет датчик разности температур. Сигналы датчиков поступают на вычислительное устройство. При измерении количества тепла используются также датчики температуры на входе и выходе объекта теплопотребления. Изобретение обеспечивает получение высокого уровня сигнала при расходах до сотен кг/ч, имеет малые габариты и простую конструкцию. 1 ил.

Теплосчетчик-расходомер, содержащий канал, датчики температуры, датчик разности температур, датчики теплового потока, размещенные по бокам канала, и вычислительное устройство, отличающийся тем, что канал выполнен в виде разомкнутого кольца, между концами которого помещен датчик разности температур.