Известны способы определения расхода тепла, припосимого потоком нагретой среды, с коррекцией по удельному весу, теплосодержанию, коэффициенту расхода, коэффициентам расширения среды, а также сужающего устройства и трубопровода. Известны также устройства для осуществления подобных способов, в которых умножение величин, входящих в уравнение расхода тепла, производится путем их преобразования в электрические величины с последующим умножением и регистрацией результатов умножения с помощью электрического счетчика. Подобные способы и устройства сложны и малоэффективны.
В предлагаемом способе величины удельного веса, теплосодержания и коэффициент расхода вводятся в выражение для определения расхода тепла потоком нагретой среды в виде произведений постоянного коэффициента на два сомножителя, один из которых зависит только от температуры, другой же только от давления, а коэффициенты расширения среды и сужающего устройства с трубопроводом вводятся в это же выражение в виде произведения постоянных коэффициентов на сомножители, зависящие соответственно от температуры и давления, что достигается применением в устройстве для осуществления способа потенциометрических датчиков расхода, давления и температуры, соединенных в множительно-дел.ительную схему. Это позволяет увеличить точность определения тепла потока нагретой среды и упростить ввод коррекции .на изменение указанных величин вследствие изменения температуры и давления.
На чертеже приведена принципиальная электрическая мнол ительно-делительная схема, поясняющая описываемый способ.
Расход тепла методом учета теплосодерн ания и расхода теплоносителя (пара, газа) по перепаду давления на сужающем устройстве в общем случае определяется следующей зависимостью:
Q G.i Kia.E.Kt.d.i I/AT, ккал час, (1)
№ 147010- 2 -
где G -действительный расход теплоносителя, кг/час;
i - теплосодержзние теплоносителя в рабочем состоянии, т. е.
при действительном давлении и температуре, ккал/кг; Ki - коэффициент, зависящий от среды,заполняющей дифманометр, я среды, находящейся в импульсных трубах; а - коэффициент расхода; S - поправочный множитель на расширение; Kt- поправочный множитель на тепловое расширение материала
сужающего устройства и трубопровода;
d - диаметр отверстия сужающегося устройства при температуре 20°, мм; h - перепад давления на сужающем устройстве, измеряемый дифманометром, мм рт. ст.; 7 - удельный вес теплоносителя, соответствующий его состоянию
перед сужающим устройством, кг/м.
Теплосодержание i является сложной функцией температуры и давления теплоносителя.
Удельный вес сухих газов и пара выражается уравнением
Т То , (2)
где То -удельный вес теплоносителя при расчетном давлении РО и расчетной температуре Го, например, принятых при расчете сужающего устройства,
Р -действительное давление теплОНосителя перед сужающим устройством, кг/см ; Т -действительная температура теплоносителя перед сужающим
устройством,°К;
К -Коэффициент, характеризующий отклонения теплоносителя от законов для идеального газа, или коэффициент сжимаемости. Удельный вес у является сложной функцией температуры и давления теплоносителя, поскольку коэффициент сжимаемости К в выражении (2) также зависит от температуры и давления.
При правильно выбранном сужающем устройстве коэффициенты киев большинстве случаев измерения расхода тепла практически остаются постоянными.
Уравнеиие расхода тепла () с коррекцией по всем величинам, зависящим от параметров теплоносителя (давления и температуры), в общем виде запищется: Q где Со, ЁО, Л/о - GO - Объединяя
р 7
Р,- Т- К l±lj .G,. , ккал/час,(3) яо So Kt.V То значениякоэффициентов G, 8, Kt при расчетных температуре tu и давлении PQ, принятых при расчете сужающего устройства; значение расхода теплоносителя без коррекции, измеряемое дифманометром, кг/час. постоянные величины, выражение (3) перепищется: Q /Cz.a.e. Дг; GO./Y,(4) .(5)
Величины выражения (4), зависящие как от температуры, так и от давления теплоносителя, а именно т, /, а, можно условно представить в следующем виде:
(. «г/.г(6)
it р ip t: ккал1к1(7)
где , 4, - постоянные коэффициенты;
, , у., р -соответственно значения т. - при любом
давлении Р и расчетной температуре /о, т. е.
7. /, a f{P) при / const;
in,,t, -соответственно значения т. /, э: при любой температуре / и расчетном давлении РО, т. е.
Т, 1, а /(/) при Р const.
Если представить величины у, /, а по предлагаемому способу при расчетных параметрах теплоносителя /о, РО, то значения коэффициентов Лз, К,, Ks
1 1 J,9)
АЗ --,, ,
К,..-..,(10)
i.p г„ккал кг
№ 147010
a i;/C5 - а, Яр,(§)
где /о - значение теплосодержания теплоносителя при расчетных параметрах t,,. Ру, /-скал/кг.
Значение коэффициента К, в вырал ениях (1), (3), (4) зазис 1т только от температуры, а значение коэффициента е практически зависит от давления и величины расхода измеряемого теплоносителя.
Способ представления удельного веса теплоносителя (пара, газов) дает значительно меньшую погрешность по сравнб.ч.ию с выраже ием (2), если считать в-нем коэффициент К постоянным.
Из выражений (6), (7), (8) видно, что при отклонениях от расчетного значения только температуры или только давления тег1, предлагаемы/ способ представления у, /, а погрешности совсем не вносит. Величины значений у, /, а разбивают на дза со.множителя, каждый из которых зависит только от температуры или только от давления теплоносителя, что дает возможность вводить коррекцию в значение расхода тепла на изменения удельного веса у, тенлосодержания /, коэффициентов а, е, Kt раздельно но температуре и давлению теплоносителя, а также позволяет значительно упростигь расчет cxejM авто.матической коррекции.
№ 147010 4 С учетом (6), (7), (8) выражение (4) в общем виде перепишется Q K,t,p p,t 3 /С, 0„ . 1 ккал1,ас (12)
где К, К, УК, К, К, -
Для случаев измерения расхода тепла, когда значения -коэффициентов а, е в уравнениях (3), (4) можно принять постоянными, выражение (12) примет вид
G,- itop ipoi Ki У ,,t ,(14)
где;, Выражение f.p- it. является функцией давления теплоносителя
,,;, (Я)(16)
Выражение - Л; 1 Тр„/ является функцией температуры теплоносителя
PofKfp,,((17)
Значения выражений (16) и (17) известны при любых температуре и давлении. Они подсчитываются, исходя из табличных значений соответствующих величин, входящих в эти выражения.
Допуская незначительную дополнительную погрешность зависимости (16), (17) в пределах ввода коррекции, можно нредставить;
,r .-К.Р(1«)
р„ А , ip t } 77-) С учето.м выражений (18), (19) уравнение (12) принимает вид:
Примен;1тельно к уравнению (14) выражения (18), (19), соответственно запишутся
h,..)
о о О о --(15)
To о
А10 г А пК,., --/b,r
Множителыю-делительная схема, воспроизводящая зависимость, описываемую уравнением (20) или (23), приведена на чертеже.
Напряжение UQ, пропорциональное действительному расходу тепла,
,,.,.,„..1„„ )
где - балластное сопротивленпе, Rp - переменное сопротивление .датчика; R,,i - сопротивление реостатного датчика первичного или вторичного прибора - манометра: Rf- термометр сопротивления - датчик температуры теплоносителя; Rao - переменное сопротивление датчика, пропорциональное расходу теплоносителя без коррекции; RO- компенсационное сопротивление;/ о/ - сопротивление реостатного датчика вторичного прибора - расходомера; U - напряжение питания; Uоо-напряжение, пропорциональное расходу теплоносителя без коррекции,
- относительное перемещение движка переменного сопротивления Roo.
3 - + Ran RD Ran,пк
Ri -г Rрп +
коэффициент Нагрузки сопротивления RaoRn Ri + Rpn +Rt, ом(27)
Выражение в квадратных скобках (24) характеризует погрешность нагруженного сопротивлением RH потенциометра. Для уменьшения этой погрешности при относительно малых значениях сопротивления RH Можно изменить масштаб питаюш,егонапряжения (в с раз), огра-ничив перемещение движка переменного сопротивления R сопротивлени ем RO.
При этом выражение (24) можно переписать
-С-Кп - . В(28)
Чтобы погрешность от яагрузки сопротивления Ron не превышала допустимую Здо„ , например +0,1%, необходимо выполнить следующие соотношения:
я- 17Л2 Ron, ом.(32)
Выражение (28) пропорционально выражениям (20), (23)
,, GO -j- / К,, q. в.(33)
При расчете схемы исходят из величины сопротивления термометра сопротивления Rt стандартной градуировки; при этом определению подлежат i, R,,ii , Ran, Ro- 5 -№ 147010
,
Si + ffpn -|- Rf
0,37 Ron, ом(29)
0 0,08(30)
С 0,982.(31)
AI -t- АрП + А,8 t
№ 147010- 6 Если принять линейную аппроксимацию кривой, описываемой уравнением расхода тепла, в зависимости от изменения температур, а также принять, что уравнение прямой принимает значения действительного расхода тепла ,,,, Р температуре TI и Т2 соответствующ.их нижнему (Ti) н верхнему (Г2) пределам ввода коррекции по температуре, то уравнение аппроксимирующей прямой запишется (проходящей через две заданные точки)
Q 2Qp,A Q/.Л.Qp..t, -Qpnf, j. ккал
Тчi-riri- Т
/2 - . - Г,час
Подставляя в выражение (34) значение (12) при Я fо, получим в общем виде:
О , К G ( 1 ,/ ... о 1--.
ч1 - - i
. Pot-, ,/| г, p..t, Г/,1/| ° jPiA t-.-pnt ViA. . j j Гз - TIт, TI
где a,,; a,,j.j Л:,; .; ..; Уд,,; v,/. соответственно значения данных величин при расчетном давлении Р„ и температурах
t, (Т,) и /2 () .
Изменение расхода тепла Qy,,, за счет изменения температуры Т в уравнении (35) должно соответствовать изменению напряжения UQ в вьфажении (20) за счет изменения сопротивления термометра Rf Для этого необходимо, чтобы тангенс угла наклона аппроксимирующей прямой, описываемой уравнением (35), был численно равен относительному изменению сопротивления нагрузки RH схемы за счет изменения Rt, т. е.
, Kt, i-pj ,t, - V... /иЛ- I PJ, t, ,0.
Т rт Г
J - J IJ 2 - J 1
где , R., - соответственно значения сопротивления термометра при температуре TI и TZ.
Из выражения (36) следует значение масщтабного коэффициента сопротивления Kzo, связывающего сопротивления схемы с ординатой Qpijf уравнении (35) при изменении температуры.
-...., .. .(- /
р,А t, Vu/, Тр,;/, - y-p.,t; t, p,t, V.,. ккал:час.
Значение сопротивления нагрузки R (при температуре 1) пли RH, (при TZ) определяют из выражения (35) при подстановке в него значения масштабного коэффициента Лао вместо масштабного коэффициента расхода .
ккал.час. (35)
этом вместо Т подставляется соответственно Гг или TI
, По известн RH., или . Пр.именяя расхода тепла Rpn где ции нии
R, -P-K,-P, ом.(44)
Значения сопротивлений РД/-Г и Ро определятся, исходя из известного сопротивления Р.,, и допустимой погрешности .-i от нагрузки потенциометра Ran. При а зон inO,V/o Рол и РО определяются по выражениям (29), (32).
При изменении величины RH (из-за изменения Р() возникает дополНительная погрешность (изменяется коэффициент С в уравнении 28). Однако эта погрешность незначительна и может быть скомпенсирована уменьшением качестве компенсационного сопротивления РО может быть использовайо внутреннее сопротивление источника питания измерительной схемы.
- 7 -.Ко 147010
(38)
Рр// Рц К. 1 - . 1/ , ом(39) или „, определяют значение „ (приГ 7„), ,, Ч-.„ ож(40) Лн, , -/,-г-, O.W.(41) аналогичные преобразования в отношении уравнения в зависимости от давления Р, получим , ом (42) . / у,J Ч.р.-А- оР. / Т/„;н «., - р, ,, 1/ Tz;; - v (p. т; Р,/ - предел измерения по давлению датчика давления, аго; РЬ Р2- соответственно нижний и верхний пределы ввода коррекпо давлению, ата. Значение сопротивления R определяегся из выражения: , «, - К,-Крп, ом.(43) Величина сопротивления датчика давления /,, при любом давлеР оиределится: У,ЛГ г, ip.t, ,00-, , V-A P.i
№ 147010- 8 Для большинства случаев измерения расхода тепла коэффициенты а и S остаются практически постоянными. В этом случае выражения (38), (42) принимают вид
R ..-, АН. - -:::-
Крп 5 5
Р 1i 2fj
М г,
Остальные элементы схемы рассчитываются по выражениям (40), (41), (43), (44), (29), (32).
Значение масштабного коэффициента расхода Kz в выраженин (33), связывающего расход тепла Q с выходным напряжением UQ схемы, определится из уравнений (33) и (28) при t и РО.
г г,JJ- -г-п РйККаЛ
/Си, (Эоп-Л,9 /о Кпж«« г--,,(47) откуда л-„ - 0,73. С-
где Ооп -предел измерения по расходу датчика (т. е. предел измерения вторичного прибора - рас.ходомера), кг/час; Qon - расход тепла, соответствующий Соп, ккал/час; Кц макс - максимальное п еремешение движка потенцио.метра Ran (согласно выражениям (25), (29) равно 0,73).
Разность между расходом тепла, определенным по выражению (33) с учетом и действительным расходом тепла (выражение 3), отнесенная к действительному расходу тепла, представляет погрешность 0 измерительной схемы. В результате математических преобразований получим
( «о- 1 /То ,;
1-т-г77 гг1/т - V °
гдеl Rp Rp -R,, ом.(50)
/, -/,, , ом.(51)
(46)
/.час Ggfi
1 ± Р
R ккаЛЧас
- 9 -№ 147010
Выражение
/ а г„ Л. г
а о --}/ - - 1 100. %(52)
а в Kf 1 V 7/
в уравнении (49) представляет собой погрешность в измерении расхода тепла дифманометром-расходомером за счет отклонения параметров теплоносителя от расчетных при отсутствии схемы коррекции.
Наибольшие погрешности по выражению (49) получаются при значениях параметров теплоносителя соответствуюших пределам ввода коррекции, т. е. при t ti; f Я , P P2- При этохг, в зависимости от принятых пределов ввода коррекции, могут получиться неравные наибольшие погрешности обоих знаков. Для получения равных погрешностей необходимо выбрать коэффициент K2i таким образом, чтобы была допущена некоторая погрешность Зд соответствующего знака при расчетных параметрах теплоносителя:
где , I з I . абсолютные значения наибольших погрешностей разных знаков ) з) з I , рассчитанных по выражению (49) для различных комбинаций изменения параметров теплоносителя, соответствующих пределам ввода коррекции (/ь tz, Р}, P-i)Знак погрешности V всегда противоположен знаку norpeniHOСТИ 3
С учетом значения бо выражение (48) примет вид:
К.,., л:J 1 - , Окончательно расход тепла выразится через напряжение LQ измерительной схемы:
0 f;Q.A, fl-) -. . ,.,,
- lOO-Jo7H.r./; (
с учетом (53) максимальная погрешность измерительной схемы за счет отклонепия параметров теплоносителя от расчетных в пределах ввода коррекции составит:
.и...о :-- о.(56)
Значения нодсчитываются для значений температуры а давления теплоносителя, соответствующих пределам ввода коррекции г; Р Р) при различных сочетаниях отклонений.
Для учета дополнительной ошибки от нагрузки потенциометра Кои необходимо к значениям погрешностей, вычисленных но выражению (56), добавить величину 0,1, принятую при раечете схемы.
В множительно-делительной схеме вместо реостатных датчиков расхода теплоносителя и давлен;1я могут использоваться бесконтактные индукционные датчики и линейные вращающ:1еся трансфорл аторы, что значительно повышает надежность ycTpoiicTBa.
%,(53)
1 кал:ч.ас - .(Ъ4)
100,в
№ 147010
Предмет изобретения
и
- 10
