Jak fungují měřiče tepla?

Měřič tepla je měřicí přístroj určený k určení množství tepla. Množství tepla se obvykle vyjadřuje v gigajoulech (GJ) nebo gigakaloriích (Gcal), 1 Gcal = 4,1868 GJ.

Měřiče tepla se rozšířily, protože na základě jejich odečtů se provádějí výpočty pro teplo přijaté spotřebiteli. Měřiče tepla jsou instalovány jak u zdrojů tepla: KVET, RTS (okresní tepelné stanice), tak u spotřebitelů je chladivem voda, zřídka pára. Všechny v současnosti vyráběné měřiče tepla jsou multifunkční mikroprocesorová zařízení, která zahrnují měřiče teploty, průtoku, tlaku a kalkulátory tepla. Jsou chráněny před neoprávněným přístupem a programy v nich použité a vestavěná funkcionalita vycházejí ze současných pravidel měření tepla a chladiva a spotřeby tepla.

Algoritmy pro výpočet množství tepla. Algoritmy výpočtu tepla implementované v měřičích tepla závisí na typu chladiva a struktuře systému zásobování teplem. Poslední, znázorněný na Obr. 1, lze uzavřít, když množství chladicí kapaliny v topném systému zůstává konstantní, a otevřít, když se množství chladicí kapaliny změní v důsledku uvolňování chladicí kapaliny pro potřeby dodávky teplé vody, doplňování nezávislého topného systému, v důsledku netěsností.

Rýže. 1. Schéma uzavřené soustavy zásobování teplem

Pro výpočet množství tepla pomocí výrazů je nutné změřit průtok chladiva, teplotu, tlak a shrnout výsledky výpočtu v čase. Určení množství tepla je nepřímé měření, jeho chyba závisí na:

• z chyb primárních prostředků měření průtoku nebo jeho rozdílu, teplotních a tlakových rozdílů;

• z algoritmu výpočtu tepla;

• z chyby tepelného kalkulátoru, který kromě přístrojové chyby zahrnuje chyby ve vypočítaných vztazích, které aproximují termofyzikální vlastnosti vody a páry.

Chyby tepelného kalkulátoru při výpočtu tepla jsou obvykle ±(0,1. 0,25) % pro měření teplotního rozdílu. Měřiče tepla pro uzavřené systémy zásobování teplem, které implementují tento algoritmus, mají minimální chyby.

Nejběžnější měřiče tepla mají meze relativní chyby od ±3 do ±6% v závislosti na naměřeném rozdílu teplot. Při posuzování chyb těchto měřičů tepla pro uzavřené soustavy zásobování teplem se sečtou hranice relativních chyb měření průtoku, teplotního rozdílu a kalkulátoru tepla.

V systémech otevřeného ohřevu vody as parním chladicím médiem se chyby výrazně zvyšují v důsledku přítomnosti dvou nebo více průtoků a jejich rozdílů ve výpočetním algoritmu. Pro snížení chyb se doporučuje používat průtokoměry se shodnými charakteristikami, jako jsou párové tepelné převodníky. Při přímém měření průtoku doplňovací vody je chyba měření nižší.

Složení měřičů tepla. Rozmanitost měřičů tepla odráží různorodost požadavků spotřebitelů těchto zařízení. Měřiče tepla jsou instalovány na hlavních řadách tepelných elektráren s průměrem potrubí do 1400 mm a na potrubí o průměru 10 mm v bytech a malých kancelářích. Počet potrubí, kterými měřič tepla vypočítává teplo, se může lišit v rámci tuctu. U všech druhů měřičů tepla nutně obsahují tepelné převodníky, průtokoměry a kalkulačky tepla. Měřiče tepla lze rozdělit podle následujících charakteristik:

• podle typu použitých konvertorů průtoku;

• podle průměrů potrubí chladiva;

• podle rozsahu měřených průtoků Gmax/Gmin;

• počtem průtoků chladicí kapaliny (kanálů).

V tabulce 1 u některých typů měřičů tepla jsou uvedeny charakteristiky stanovené charakteristiky.

Tabulka 1 Charakteristika měřičů tepla

Typ průtokového vysílače

Průměr potrubí, mm

Počet kanálů podle průtoku

Membrána s diferenciálními manometry

*) Měřič tepla STD může pracovat se všemi typy průtokoměrů s charakteristikami závislými na jejich typu v rozsahu DN a Qmax/Qmin

**) K měřiči tepla „Vzlyot TCP“ lze dodatečně připojit dva průtokoměry s pulzním výstupem.

***) Měřič tepla Metran-410 může pracovat se čtyřmi průtokoměry, které mají pulzní výstupní signál: otáčkoměr (BCT, VMG), vortex-akustický (Metran-300 PR) a akustický (DRK-S).

Vzhledem k tomu, že chyby měření tepla závisí na chybě měření teplotního rozdílu, používá drtivá většina měřičů tepla sady platinových tepelných převodníků s konzistentními charakteristikami jako KTPTR, KTSP, KTP atd.

Tepelné kalkulátory se výrazně liší v designu a funkčnosti od sekundárních zařízení diskutovaných výše. Pravidla pro účtování tepla a chladiva a spotřebu tepla platná v Ruské federaci vyžadují nejen výpočet množství přijatého tepla, ale také zajištění kontroly režimu spotřeby tepla. V tomto případě je třeba zaznamenat teplotu vody a průtok v přívodním a vratném potrubí. První umožňuje sledovat účinnost zařízení pro výměnu tepla, druhá – přítomnost úniků chladicí kapaliny nebo úniků vody z vodovodu. Měřič tepla TSRV-010 měřiče tepla „Vzlyot TCP“ tedy poskytuje následující standardní funkce:

• zobrazení aktuálních hodnot průtoku, teploty a tlaku v 1–4 potrubích;

• zobrazení aktuálních hodnot objemu nebo hmotnosti chladiva dodávaného přes 1–4 potrubí;

• indikace aktuální spotřeby tepla pro 1-2 topné systémy;

• archivace výsledků měření, výpočtů a ukládání těchto hodnot do energeticky nezávislé paměti po vypnutí napájení;

• vstup a výstup dohodnutých hodnot teploty a tlaku vody ve zdroji dodávky studené vody, tlaku chladiva v potrubí;

• výstup uvedených a diagnostických informací přes sériová rozhraní RS-232 (včetně telefonních a rádiových modemů), RS-485 i do tiskového zařízení přes adaptér tiskárny;

• výstup průtoků v jednom nebo dvou kanálech ve formě pulzní sekvence a v jednom z kanálů ve formě jednotného proudového signálu;

• zjištění, indikace a záznam v archivu poruch měřiče tepla, abnormálních stavů tepelného systému, doby provozu a odstávky měřiče tepla pro každý z tepelných systémů;

• ochrana archivovaných dat před neoprávněným přístupem.

Jako příklad pro uzavřený systém dodávky tepla, diagnostikované abnormální stavy pro měřič tepla TSRV-010 zahrnují:

• průtok G1 překračuje maximální specifikovanou hodnotu;

• snížení průtoku G1 pod minimální nastavenou hodnotu;

Blokové schéma tepelného kalkulátoru TSRV-010 vyrobeného v jednodeskovém provedení obsahuje konstrukční prvky znázorněné na Obr. 2.

Rýže. 2. Blokové schéma měřiče tepla

Všechny primární převodníky jsou připojeny k měřiči tepla pomocí stíněných vodičů. Tepelné konvertory (TC) jsou připojeny k tepelnému kalkulátoru pomocí třívodičového obvodu, jejich počet může dosáhnout šesti. Pulzní budicí (čerpací) napětí je přiváděno do elektromagnetického převodníku průtoku (FTC) dvěma vodiči a amplitudově modulovaný impulsní signál úměrný průtoku je přiváděn dvěma vodiči. Maximální počet průtokoměrů jsou čtyři, z toho dva průtokoměry mohou být ultrazvukové. Převodníky tlaku (PD) s proudovým výstupním signálem 4 mA se připojují k měřiči tepla dvěma vodiči, se signálem 20 mA – třemi vodiči. Počet převodníků tlaku připojených k měřiči tepla lze zvýšit ze dvou na čtyři při současném snížení počtu odporových tepelných převodníků.

V tepelném kalkulátoru jsou vstupní signály normalizovány (H) a periodicky připojeny k ADC přepínačem (K) a poté k mikroprocesoru (MP). ROM ukládá archivovaná data, zadané konstanty, vypočítané poměry a sekvenci řídicích příkazů. Výstupní zařízení zahrnují jednotku displeje s tekutými krystaly (LCD), DAC, přepínač, moduly RS-232, RS-485 a další prvky, které zajišťují provoz externích zařízení. Měřiče tepla lze odečítat prostřednictvím několika kanálů: z displeje z tekutých krystalů, vytištění na tiskárně přes RS-232 přes adaptér, výstup do osobního počítače (PC) nebo přenos do vzdálených zařízení pomocí modemu. Tento měřič tepla má pulzní výstup a může mít navíc proudový výstupní signál nebo rozhraní RS-485. Programování zařízení se provádí z ovládacího panelu nebo osobního počítače.

Sítě komerčních měřicích zařízení. Platba za energetické zdroje a vodu je významnou nákladovou položkou jakékoli výroby a bydlení a komunálních služeb. V průmyslových podnicích, elektrárnách, v oblastech teplárenských sítí a dalších se pomocí rozhraní RS-232 nebo RS-485 vytvářejí lokální sítě, které kombinují prostředky měření spotřeby elektřiny, plynu a tepla. V zásadě lze takové sítě vytvářet pomocí internetu, ale ve výrobních sdruženích preferují uzavřené podnikové sítě a v jednotlivých podnicích – místní. Náročnost tvorby takových systémů je dána tím, že při použití standardních protokolů RS-232, RS-485, HART používají výrobci měřičů tepla, průtokoměrů a dalších primárních měřicích přístrojů individuální protokoly pro výstup číselných dat, což vyžaduje přizpůsobení centrální počítač do flotily používaných měřicích přístrojů.

Měřicí a výpočetní komplex ASUT-601 je určen pro komerční měření tepelné energie a chladiv pro výrobce a spotřebitele tepelné energie. Komplex vám umožňuje sledovat následující prostředí:

• teplá a studená voda;

• zemní a technické plyny.

Počet vypočítaných potrubí může dosáhnout 100. Vstup signálů z primárních převodníků teploty, tlaku, tlakové diference, jejich primární převod na hodnotu měřených parametrů se provádí v měřičích tepla, průtokoměrech, plynoměrech.

Centrální částí ASUT-601 je počítač na bázi osobního počítače s procesorem PENTIUM-133 MHz s pokročilým softwarem, včetně operačních systémů QNX 4.25, Windows NT, MS DOS; KOMPLEXNÍ software v reálném čase; databáze v reálném čase; prostředky jejich generace.

Maximální počet kanálů rozhraní RS-485 je 24. V tabulce. Tabulka 2 ukazuje typy zařízení připojených ke komplexu, jejich maximální počet na jedné lince a maximální vzdálenost mezi zařízením a počítačem.

Tabulka 2 Měřicí přístroje pracující s ASUT-601

Maximální vzdálenost, m