Теплосчетчик Советский патент 1992 года по МПК G01K17/16 

Фиг.1

Изобретение относится к области приборостроения, а именно, к приборам для измерения расхода и количества тепловой энергии, потребляемой или вырабатываемой теплоэнергетическими установками и объектами (котельные, ТЭЦ, отдельными жилыми и административно-хозяйственными зданиями) в закрытых системах теплоснабжения, использующих в качестве теплоносителя воду.

Известен теплосчетчик для измерения расхода и количества тепловой энергии, который содержит расходом ер с импульсным выходным сигналом, два датчика температуры и вычислительное устройство 1.

Недостатком этого теплосчетчика является большая методическая погрешность измерения. Она является результатом игнорирования изменением плотности теплоносителя и его удельной теплоемкости в зависимости от температуры. . .,

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является теплосчетчик с объемным расходомером с импульсным выходом, на выходе которого формируется строб калиброванной длительности. Теплосчетчик содержит два термодатчика в виде термометров сопротивления, установленные в подающем и обратном трубопроводах, схе- му, формирующую последовательность импульсов с частотой следования, пропорциональной разности температур, причем в эту схему введена коррекция на изменение плотности теплоносителя в месте установки объемного расходомера 2,

Недостатком этого теплоосчетчика является большая методическая погрешность, возникающая вследствие отсутствия коррекции на изменение теплоемкости тепло- носителя от температуры в месте установки объемного расходомера.

Для подающего трубопровода составляющая методическая погрешности от неучета изменения удельной теплоемкости в диапазоне температур 30-150°С может достигать более 3%.

Целью изобретения является повышение точности измерения расхода и количества тепловой энергии.

Поставленная цель достигается тем, что в известный теплосчетчик введены второй вычитающий блок и подключенные к его входам умножитель, входы которого подключены к первому выводу первого термо- метра сопротивления, и источник опорного напряжения, при этом выход второго вычитающего блока соединен со вторым входом компаратора, подключенного своим выходом ко второму входу схемы совпадения.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого теплосчетчика; на фиг.2 - эпюры импульсных сигналов, вырабатываемых теплосчетчиком.

Теплосчетчик содержит термометры 1 и 2 сопротивления, размещенные в подающем и обратном трубопроводах, соответственно, и подключенные к источнику 3 стабильного тока.

Зажим термометра 1 сопротивления подключен к одному из входов вычитающего блока 4, к второму входу которого подключен нижний по схеме зажим термометра 2 сопротивления. Выход вычитающего блока 4 подключен к входу преобразователя напряжение-частота (ПНЧ) 5, выход которого подключен к входу схемы 6 совпадения, выход котрой через нормирующий счетчик- делитель 7 подключен к суммирующему накопителю 8. Теплосчетчик содержит также расходомер 9, импульсный выход которого через формирователь 10 импульсов подключен к входу интегратора 11, выход которого подключен к входу компаратора 12. Входы умножителя 13 подключены к термометру 1 сопротивления, а выходы умножителя 13 подключены к одному из входов вычитающего блока 15, ко второму входу которого подключен источник 14 опорного напряжения, выход вычитающего блока 15 подключен к второму входу компаратора 12, выход которого под ключей ко второму входу схемы совпадения 6.

В качестве элементов схемы теплосчетчика можно использовать:

датчики 1 и 2 температуры - термометры сопротивления медные;

источники 3 стабильного тока - на основе операционных усилителей;

вычитающий блок 4 - с использованием инструментальных операционных усилителей;

суммирующий накопитель 8 - с использованием электромеханических счетчиков;

формирователь 10 импульсов - дифференцирующая RC-цепь со ждущим одновиб- ратором;

интегратор 11 - с использованием операционных усилителей;

вычитающий блок 15 - с использованием инструментальных операционных усилителей;

вычитающий блок 15 - с использованием инструментальных операционных усилителей.

Теплосчетчик работает следующим образом.

От источника стабильного тока 3 питают постоянным током (з) последовательно включенные термометры 1 и 2 сопротивления, на которых образуются падения напряжения постоянного тока Ui и 1)2 (относительно общей шины)

Ui l3Ri; U2 l2R2,(1)

где Ri, R2 - активные сопротивления термометров 1 и 2 сопротивления.

На выходе вычитающего блока 4 напряжение Щ будет составлять

U4 (UHJ2)K4 или с учетом (1)

U4 K4l3(Ri-R2),(2)

где К4 коэффициент передачи вычитающего блока 4.

Напряжение Щ подается на вход ПНЧ 5, частота Fs на выходе которого равна

Fs K5U4 или с учетом (2)

Fs K4K5l3(Rl-R2),(3)

где КБ - коэффициент передачи ПНЧ 5.

Напряжение 1Н подается на вход умножителя 13, преобразующего его по формуле

(Ui)2 Ki3(liRi)2,(4)

где U 1з напряжение на выходе умножителя 13;

коэффициент нормирования умножителя 13 (для интегральных умножителей серии К525 коэффициент нормирования составляет Ki3 0,1).

Напряжение с выхода умножителя 13 подается на один из выходов вычитающего блока 15, на второй вход которого подается постооянное напряжение с источника 14 опорного напряжения Ui4.

Напряжение на выходе вычитающего блока 15 равно

(U14-U13)

или с учетом (4)

U15 K15 U14-K13(I3R1)2J(5)

где KIS - коэффициент передачи вычитающего блока 15.

Формирователь 10 импульсов, интегратор 11, компаратор 12 преобразуют напряжение Uis с выхода вычитающего блока 15 во временной интервал (строб), длительность которого Ti2 на выходе компаратора 12 равна

ri2 KnUl5

или с учетом (5)

ri2 KnKi5 Ui4 - KIS (IsRi)2, (6)

где Kn - крутизна преобразования интегратора 11.

На выходе схемы совпадения 6 формируются пачки импульсов, количество которых (в каждой пачке) равно

Ne Ti2 Fs или с учетом (6)

N6 KiiKi5F5 Ui4-Ki3(l3Rir.

(7)

Выражение (7) является номинальной характеристикой преобразования (НХП) предлагаемого теплосчетчика.

Работы теплосчетчика поясняют эпюры,

5 изображенные на фиг.2. Расходомер 9 выдает последовательность импульсов (вых.9), которые формирователем импульсов 10 (вых.10) преобразуют в прямоугольные, запускающие интегратор 11. С поступлением

10 каждого импульса с выхода формирователя импульсов 10 интегратор 11 формирует пилообразное напряжение (вых.11), подающееся на вход компаратора 12. Умножитель 13, источник опорного напряжения 14, вычита15 ющий блок 15 из напряжения, снимаемого с термометра сопротивления 1 (относительно общей шины) формируют (на выходе вычитающего блока 15) напряжение, пропорцио- нальное произведению плотности

20 теплоносителя на удельную теплоемкость( рС) в месте установки объемного расходомера 9 (на эпюре Вых.11 точка Вых.15). В момент равенства напряжений с выхода ин- тегратроа 11 (пилы) и с выхода вычитающего

25 блока 15 срабатывает компаратор 12, на выходе которого формируется строб, длительность которого определяется соотношением величин напряжения Uis и крутизной Кп (крутизной пилы) преобра30 зования интегратора 11, т.е. происходит преобразвание напряжения Uis, пропорционального произведению рС во временной интервал (длительность строба - эпюра Вых.12), а частота повторения этих стро35 бов равна частоте повторения импульсов с выхода расходомера 9 (эпюра Вых.9). Эти стробы посредством схемы совпадения б заполняются импульсами с выхода ПНЧ 5, частота следования которых пропорцио40 нальна разности температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, и количество импульсов в каждом стробе соответствует выражению (7).

Таким образом число импульсов Ne в

45 пачке пропорционально произведению

Q СрД t,

Q - количество тепловой энергии, переносимой теплоносителем;

At - разность температур теплоноси50 теля в подающем и обратном трубопроводах;

р.С - плотность и удельная теплоемкость теплоносителя в месте установки расходомера 9.

55 Пачки импульсов с выхода схемы совпадения 6 подаются на нормирующий счетчик-делитель 7 и далее на суммирующий накопитель 8.

Коэффициент пересчета (К) счетчика- делителя 7 выбирают таким, чтобы вес каждого импульса на его выходе соответствовал единице теплоты, например, 1 ГДж, 1 Гкал, 1 кВт ч и т.д.

Методическая погрешность предлагаемого теплосчетчика не более 0,14%.

Формула изобретения

Теплосчетчик, содержащий размещенный в подающем трубопроводе первый термометр сопротивления, своим первым выводом подключенный к источнику стабильного тока и одному из входов первого вычитающего блока, а вторым выводом соединенным с одним из выводом второго термометра сопротивления, размещенного в обратном трубопроводе и подключенного другим выводом к источнику стабильного тока и второму входу первого вычитающего

0

5

0

блока, через преобразователь напряжение - частота подключенного своим выходом к одному из входов схемы совпадения, выход котрой через счетчик-делитель соединен с суммирующим накопителем, и последовательно соединенные объемный расходомер, формирователь импульсов и интегратор, выход которого подключен к одному из входов компаратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй вычитающий блок и подключенные к его входам умножитель, входы которого подключены к первому выводу первого термометра сопротивления, и источник опорного напряжения, при этом выход второго вычитающего блока соединен с вторым входом компаратоора, подключенного своим выходом к второму входу схемы совпадения.

Использование: измерение расхода и количества тепловой энергии, потребляемой или вырабатываемой теплоэнергетическими установками, в закрытых системах теплоснабжения, использующих в качестве теплоносителя воду. Сущность изобретения: теплосчетчик содержит два термометра 1 и 2 сопротивления,источник 3 стабильного тока, два вычитающих блока 4 и 15, преобразователь 5 напряжения-частота, схему 6 совпадения, счетчик-делитель 7, суммирующий накопитель 8, расходомер 9, формирователь 10 импульсов, интегратор 11, компаратор 12, умножитель 13, источник 14 опорного напряжения. 3-2-1-13-15-12-6- - 8,9-10-11-12,3-4-5-6, 14-15, 1-4. 3-4. 2 ил.

Д

ВмД

Д

Д