Беспроводный счетчик-распределитель учета тепла в доме

Беспроводный счетчик-распределитель тепла относится к информационно-измерительной технике, а именно устройствам для измерения и регистрации температурного напора, и может быть использован для организации поквартирного учета тепловой энергии в жилых зданиях с вертикальной или горизонтальной разводкой трубопроводов системы отопления. Прибор предназначен для измерения температуры поверхности отопительных приборов, регистрации температурного напора отопительного прибора и передачи данных по беспроводной линии связи в локальную радиосеть. Прибор содержит корпус и установленные в нем: датчик температуры поверхности отопительного прибора с теплопроводящей втулкой, монтажную плату, снабженную антенной радиопередающего модуля и подсоединенную к жидкокристаллическому индикатору, микроконтроллер и источник питания. Он также снабжен защитной вставкой, тепловым адаптером и узлом контроля вскрытия, защитная вставка и тепловой адаптер размещены на оборотной стороне корпуса, антенна радиопередающего модуля выполнена в виде S-образного печатного проводника на монтажной плате, теплопроводящая втулка выполнена из алюминия, датчик температуры поверхности отопительного прибора установлен на монтажной плате, дополнительно снабжен пластиковым держателем, термистором и теплопроводящим компаундом. 7 з.п., 5 илл.

Полезная модель относится к информационно-измерительной технике, а именно устройствам для измерения и регистрации температурного напора, и может быть использована для организации поквартирного учета тепловой энергии в жилых зданиях с вертикальной или горизонтальной разводкой трубопроводов системы отопления. Прибор предназначен для измерения температуры поверхности отопительных приборов, регистрации температурного напора отопительного прибора и передачи данных по беспроводной линии связи в локальную радиосеть.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство «Low cost heat cost allocator», содержащее теплопроводящую пластину, датчик температуры поверхности отопительного прибора, датчик температуры воздуха в помещении, печатную плату с радиопередающим модулем и жидкокристаллический индикатор (Патент ЕР 1925924 A1, МПК G01K 17/06, 2008-05-28). Устройство измеряет температуры отопительного прибора и воздуха в помещении, регистрирует температурный напор и передает результаты на жидкокристаллический индикатор и в радиосеть.

Основным недостатком данного известного устройства является отсутствие дополнительной тепло- и влаго- защиты. Это снижает надежность работы прибора при установке на радиаторах отопления.

К недостаткам указанного устройства относятся также выполнение антенны, конструктивно не являющейся частью печатной платы, и конструкция термодатчика, состоящая из нескольких элементов, которые требуют ручной сборки, что значительно усложняет производство.

Кроме того, в известном устройстве при его работе отправляемые телеграммы разделяются на типы (инсталляционные, статические, и телеграммы с данными). Это усложняет программную часть, что повышает вероятность брака прибора, и значительно усложняет процесс пуско-наладки. Также известный аллокатор не отображает на дисплее значение текущей температуры отопительного прибора, что значительно усложняет проверку его работоспособности.

Технической целью предлагаемого беспроводного счетчика-распределителя тепла является повышение надежности, точности измерения температуры и стабильности работы прибора при установке на радиаторах отопления.

Результат достигается тем, что счетчик-распределитель снабжен тепловым адаптером, узлом контроля вскрытия и дополнительной пластиной тепло- и влаго- защиты, при этом, антенна передатчика конструктивно выполнена в виде проводника на печатной плате, конструкция термодатчика состоит из теплопроводящей алюминиевой втулки, пластикового держателя, термистора и термопроводящего компаунда. При этом текущая температура поверхности отопительного прибора отображается на жидкокристаллическом индикаторе прибора.

На фиг. 1. показана блок-схема описываемого беспроводного счетчика-распределителя тепла.

На фиг. 2 показан поперечный разрез описываемого устройства.

На фиг. 3 показан вид со стороны жидкокристаллического индикатора.

На фиг. 4 показан датчик температуры поверхности отопительного прибора.

На фиг. 5 показана монтажная плата с антенной.

Беспроводный счетчик-распределитель тепла содержит корпус 1 и установленные в нем датчик 2 температуры поверхности отопительного прибора с теплопроводящим элементом 3, монтажную плату 4, снабженную антенной 5 радиопередающего модуля 6 и подсоединенную к жидкокристаллическому индикатору 7, установленному на лицевой стороне корпуса 1, микроконтроллер 8 и источник питания 9.

Для достижения заявленной цели счетчик-распределитель дополнительно снабжен защитной вставкой 10, тепловым адаптером 11 и узлом 12 контроля вскрытия, защитная вставка 10 и тепловой адаптер 11 размещены на оборотной стороне корпуса 1, антенна 5 радиопередающего модуля 6 выполнена в виде в виде S-образного печатного проводника на монтажной плате 4, теплопроводящий элемент 3 выполнен в виде алюминиевой втулки, датчик 2 температуры поверхности отопительного прибора установлен на монтажной плате 4 и защитной вставке 10, и дополнительно снабжен пластиковым держателем 12, термистором 13 и теплопроводящим компаундом 14.

Датчик 2 температуры поверхности отопительного прибора выполнен в виде термистора 13, размещенного внутри пластикового держателя 12, и теплопроводящей втулки 3, и заполнен теплопроводящим компаундом 14. Защитная вставка 10 выполнена в виде пластины тепло- и влаго- защиты. На монтажной плате 4 размещены клеммы 15 для подключения адаптера конфигурирования и кнопка 16 управления. Микроконтроллер 8 подключен к датчику 2 температуры поверхности отопительного прибора, радиопередающему 6 модулю с антенной 5, клеммам 15 для подключения адаптера конфигурирования, узлу 17 контроля вскрытия и к жидкокристаллическому индикатору 7. Узел 17 контроля вскрытия выполнен в виде пластиковой пломбы.

Тепловой адаптер 11 - это алюминиевая пластина, которая закрепляется на радиатор отопления. После ее закрепления на радиатор отопления беспроводной счетчик-распределитель тепла защелкивается на тепловой адаптер 11. При этом и происходит замыкание контактов кнопки 16 управления и срабатывание узла 17 контроля вскрытия.

Источник питания 9 подключен к микроконтроллеру 8, клеммам 15 для подключения адаптера конфигурирования и к радиопередающему модулю 6 с антенной 5. В нижней части корпуса 1 установлена пружина 18, выполненная для обеспечения надежного контакта датчика 2 температуры поверхности отопительного прибора с тепловым адаптером 11.

Описываемый беспроводный счетчик-распределитель (прибор) крепится к поверхности отопительного прибора таким образом, чтобы тепловой адаптер 11 воспринимал тепловой поток от отопительного прибора. Термистор 13 через теплопроводящий компаунд 14 и алюминиевую теплопроводящую втулку 3 воспринимает температуру теплового адаптера 11 и преобразует ее в электрический сигнал, который поступает в микроконтроллер 8, расположенный на монтажной плате 4. Питание счетчика-распределителя осуществляется с помощью источника питания 9. Для индикации данных счетчик-распределитель имеет жидкокристаллический индикатор 7 (ЖКИ). Счетчик-распределитель имеет две степени защиты от вскрытия - узел 17 контроля вскрытия для визуального контроля и кнопку 16 управления для самотестирования и активации режима выдачи телеграммы с оповещением о вскрытии корпуса 1. При установке счетчика-распределителя на тепловой адаптер 11 (который уже установлен на отопительный прибор) происходит замыкание контактов кнопки управления 16 и переход прибора из режима пониженного потребления в рабочий режим. При попытке вскрытия происходит размыкание контактов кнопки 16 управления и переход прибора из рабочего режима в аварийный режим. Под вскрытием подразумевается несанкционированный демонтаж прибора пользователем с отопительного прибора.

Защитная вставка 10 служит для предохранения попадания на монтажную плату 4 влаги, частиц пыли и снижения температуры всех элементов внутри корпуса 1 прибора. Пружина 18 обеспечивает надежный контакт датчика 2 температуры поверхности отопительного прибора, размещенного на монтажной плате 4, с тепловым адаптером 11. Антенна 5 радиопередающего модуля 6 конструктивно выполнена в виде S-образного печатного проводника на монтажной плате 4.

Беспроводный счетчик-распределитель тепла работает следующим образом.

С помощью термистора 13 температура теплового адаптера 11 преобразуется в сопротивление датчика 2 температуры поверхности отопительного прибора, а затем в длительность времени заряда/разряда образцовой емкости, сигнал с которой поступает в микроконтроллер 8. Микроконтроллер 8 рассчитывает значение температуры теплового адаптера, используя градуировочную таблицу для термистора 13, вносит поправку, связанную с тепловым сопротивлением между термистором 13 и тепловым адаптером 11, вычисляемую по формуле:

t_i=t _измер·К1+К2,

где t_i - измеренное значение температуры с учетом поправки,

t _измер - значение температуры, вычисленное на основании сопротивления термистора 13,

К1 и К2 - поправочные коэффициенты

По рассчитанному значению температуры микроконтроллер 8 производит накопление показаний для регистрации теплового потока в соответствии с алгоритмом:

t_i=t_i-20°C, если t_it_z

t_i=0, если t_i<t_z

- количество четырехминутных интервалов времени с момента начала измерений.

t_i - температура теплового адаптера, зафиксированная датчиком 2 температуры поверхности отопительного прибора,

t_z - стартовая температура - температура, при превышении которой начинается процесс интегрирования, °С.

Стартовая температура составляет 30°C в период с сентября по май и 40°C в период с июня по август (данные значения стартовой температуры и соответствующей календарной даты программируются заводом изготовителем).

Далее рассчитанные в микроконтроллере 8 данные передаются в радиосеть с помощью радиопередающего модуля 6 и антенны 5.

Телеграмма данных содержит в себе следующую информацию:

- серийный номер прибора;

- текущие показания;

- текущее время и дату телеграммы;

- потребление на текущее время;

- дату конца расчетного периода;

- потребление за прошлый расчетный год;

- информацию о статусе прибора или код ошибки (в случае неисправности);

- время и дата ошибки;

- версия программного обеспечения (ПО) прибора.

Для индикации данных прибор имеет жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) 7.

Индикация показаний на ЖКИ 7 осуществляется в циклическом режиме:

- текущие показания;

- текущая температура теплового адаптера 11;

- тест экрана с дополнительными символами;

- дата конца расчетного периода (по умолчанию - 31 декабря);

- показания за прошлый расчетный год (на контрольную дату).

Конфигурирование прибора производится при помощи отдельного устройства (адаптера конфигурирования) устанавливаемого иглами-штырями на специальные клеммы 15 для подключения адаптера конфигурирования на монтажной плате 4 и подключаемого по USB-порту к ПЭВМ. Адаптер конфигурирования - это отдельный прибор, который используется при производстве беспроводного счетчика-распределителя тепла или в сервисных случаях.

Конфигурируемые данные:

- серийный номер прибора;

- текущие показания прибора;

- текущие время и дата;

- дата конца расчетного периода;

- поправочные коэффициенты.

Прибор имеет 4 режима функционирования:

- режим пониженного потребления, от момента производства до установки на тепловой адаптер 11, для увеличения срока службы;

- рабочий режим, с момента установки на тепловой адаптер 11, до демонтажа;

- аварийный режим, после демонтажа прибора;

- поверочный режим, при производстве, для калибровки прибора.

Беспроводный счетчик-распределитель тепла выполняет следующие функции:

- накопление показаний потребления, начиная с последнего дня настройки,

- индикация показания потребления за предыдущую расчетную дату,

- постоянное самотестирование с выдачей сообщений об ошибках,

- индикация показаний потребления для проверки правильности показаний (как текущих, так и на заданный день), снятых жильцами.

Устройство измеряет температуру отопительного прибора, вычисляет температурный напор в условных единицах и передает результаты на жидкокристаллический индикатор 7 и в локальную радиосеть.

Специально отливаемая из алюминиевого сплава теплопроводящая втулка 3 обеспечивает большую площадь контакта и надежный контакт втулки с нагреваемой поверхностью. Пластиковый держатель 12 обеспечивает жесткое закрепление термистора 13, а применяемый теплопроводящий компаунд 14 повышенную теплопроводность. Как следствие, разработанный узел преобразования температуры обеспечивает измерение температуры поверхности радиатора с относительной погрешностью 0,7% в допустимом температурном диапазоне.

Таким образом, обеспечивается достижение заявленной технической цели предлагаемого беспроводного счетчика-распределителя тепла: повышение надежности, точности измерения температуры и стабильности работы прибора при установке на радиаторах отопления.

Это обеспечивается тем, что:

- устройство снабжено дополнительной пластиной тепло- и влаго- защиты, которая защищает плату и элемент питания от нагрева и попадания влаги;

- антенна передатчика конструктивно выполнена в виде проводника на печатной плате, что обеспечивает хорошую радиопередачу и стабильное качество изготавливаемого изделия;

- конструкция термодатчика состоит из теплопроводящей алюминиевой втулки, пластикового держателя, термистора и термопроводящего компаунда;

- прибор отправляет только один тип телеграмм, что упрощает процесс пуско-наладки и снижает вероятность брака;

- на дисплей выводится температура поверхности отопительного прибора, что позволяет визуально контролировать работоспособность датчика температуры поверхности отопительного прибора.

1. Беспроводный счетчик-распределитель тепла, содержащий корпус и установленные в нем датчик температуры отопительного прибора с теплопроводящим элементом, монтажную плату, снабженную антенной радиопередающего модуля и подсоединенную к жидкокристаллическому индикатору, установленному на лицевой стороне корпуса, микроконтроллер и источник питания, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен защитной вставкой, тепловым адаптером и узлом контроля вскрытия, защитная вставка и тепловой адаптер размещены на оборотной стороне корпуса, антенна радиопередающего модуля выполнена в виде S-образного печатного проводника на монтажной плате, теплопроводящий элемент выполнен в виде алюминиевой втулки, датчик температуры поверхности отопительного прибора установлен на монтажной плате и дополнительно снабжен пластиковым держателем, термистором и теплопроводящим компаундом.

2. Счетчик-распределитель по п.1, отличающийся тем, что датчик температуры поверхности отопительного прибора выполнен в виде термистора, размещенного внутри пластикового держателя, и теплопроводящей втулки и заполнен теплопроводящим компаундом.

3. Счетчик-распределитель по п.2, отличающийся тем, что защитная вставка выполнена в виде пластины тепло- и влагозащиты.

4. Счетчик-распределитель по п.3, отличающийся тем, что на монтажной плате размещены клеммы для подключения адаптера конфигурирования и кнопка управления.

5. Счетчик-распределитель по п.4, отличающийся тем, что микроконтроллер подключен к датчику температуры поверхности отопительного прибора, радиопередающему модулю с антенной, клеммам для подключения адаптера конфигурирования, узлу контроля вскрытия и к жидкокристаллическому индикатору.

6. Счетчик-распределитель по п.7, отличающийся тем, что в нижней части корпуса установлена пружина, выполненная с возможностью обеспечения надежного контакта датчика температуры с тепловым адаптером.