Способ учета расхода тепловой энергии отопительного прибора и устройство для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано для измерения количества расходуемой тепловой энергии в системах теплоснабжения. Способ учета расхода тепловой энергии отопительного прибора включает непрерывное измерение температур отопительного прибора и отапливаемого помещения за определенный временной интервал. По разности мгновенных значений этих температур непрерывно определяют мгновенные значения термоЭДС. Эти значения термоЭДС преобразуют в мгновенные значения тока записи интегратора дискретного действия. Мгновенные значения тока записи преобразуют в количество электричества за временной интервал. Величину количества электричества считывают постоянным током считывания интегратора дискретного действия. По значению времени считывания, току считывания, с учетом коэффициента теплопередачи и площади отопительного прибора определяют расход тепловой энергии. Устройство учета расхода тепловой энергии отопительного прибора состоит из термопреобразователя, токозадающего резистора, интегратора дискретного действия на основе суперионного проводника, соединенных последовательно и образующих замкнутую электрическую цепь, и блока считывания. Изобретение позволяет повысить точность измерения расхода, а также отказаться от источника питания при учете расхода тепловой энергии. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к теплотехническим измерениям, позволяет определить количество тепловой энергии, расходуемой отопительным прибором, и может быть использовано для измерения количества расходуемой тепловой энергии в системах теплоснабжения.

Известен способ определения расхода тепловой энергии отопительного прибора по расходу теплоносителя, температуре теплоносителя в подающем трубопроводе и температуре теплоносителя в обратном трубопроводе (а.с. СССР N 1458724, кл. G 01 К 17/08, 1989, БИ N 6). Способ заключается в том, что измеряют расход теплоносителя, температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, затем формируют импульсы с частотой, пропорциональной расходу теплоносителя и разности температур в подающем и обратном трубопроводах, определяют число импульсов, которое пропорционально расходу тепловой энергии.

Данный способ реализуется в известном из того же авторского свидетельства теплосчетчике, содержащем расходомер, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом первой схемы И-НЕ, входом первого инвертора, входом первого формирователя импульсов по фронту, выход которого соединен с вторым входом первой схемы И-НЕ, выход первого инвертора соединен с входом второго формирователя импульсов по фронту, а также мостовую схему, одна половина которой относительно питающей диагонали, подключенной к источнику постоянного тока, состоит из двух последовательно соединенных термопреобразователей сопротивления, а другая - из двух последовательно соединенных резисторов, к измерительной диагонали мостовой схемы подключен усилитель, выход которого соединен с входом дифференциального усилителя и с входом преобразователя напряжение-частота, выход которого соединен с первым входом вентильной схемы, выход которой соединен со счетчиком, выход которого соединен с индикатором, второй инвертор, вторую и третью схемы И-НЕ, первый и второй компараторы, четвертую и пятую схемы И-НЕ, причем выход дифференциального усилителя соединен с инвертирующим входом первого и второго компараторов соответственно, вторые входы которых соединены с отрицательной и положительной шинами источника опорного напряжения соответственно, выход первого компаратора соединен с первым входом пятой схемы И-НЕ, второй вход которой соединен с выходом четвертой схемы И-НЕ, первый вход которой соединен с выходом первого инвертора, а второй вход соединен с выходом второго формирователя импульсов по фронту, выход второго компаратора соединен с входом второго инвертора и с третьим входом первой схемы И-НЕ, второй вход которой соединен с выходом третьей схемы И-НЕ, первый вход которой соединен с выходом второго инвертора, а второй вход соединен с выходом формирователя импульсов, выход пятой схемы И-НЕ соединен с третьим входом второй схемы И-НЕ, выход которой соединен с вторым входом вентильной схемы.

Недостатком данного способа является то, что непрерывный аналоговый сигнал о расходе теплоносителя и температуре теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах преобразуется в последовательность импульсов, что приводит к возникновению погрешности при определении расхода тепловой энергии. Теплосчетчик также обладает рядом недостатков. Устройство не фиксирует медленные изменения разности температур, оно содержит источник постоянного тока, и выход последнего из строя приводит к потере информации о расходе тепла, также к недостаткам следует отнести слишком громоздкую принципиальную схему и то, что устройством постоянно потребляется электрическая энергия от источника питания.

Известен способ учета расхода тепловой энергии отопительного прибора по разности температур отопительного прибора и отапливаемого помещения, взятый в качестве прототипа (описание изобретения к заявке РФ N 95102356 кл. G 01 К 17/08, 1996, БИ N 32). Способ заключается в том, что измеряют температуры отопительного прибора и отапливаемого помещения, преобразуют сигналы о температурах отопительного прибора и отапливаемого помещения в последовательность импульсов, по числу импульсов определяют коэффициент теплоотдачи, по которому находят расход тепловой энергии отопительного прибора.

Данный способ осуществляется в известной из того же описания системе учета расхода тепловой энергии отопительного прибора, содержащей отопительный прибор, два термопреобразователя, выходы которых соединены со входом усилителя, а выход усилителя соединен со входом блока обработки сигнала и индикации, задатчик, выполненный, например, в виде переменного резистора, один конец которого соединен с входом усилителя, а два других с его выходом, и блок вычисления коэффициента теплоотдачи, первый вход которого соединен со вторым входом блока обработки сигнала и индикации, причем один термопреобразователь установлен на поверхности, в части, соответствующей среднему значению перепада температур отопительного прибора, и измеряет температуру его поверхности, а второй термопреобразователь установлен в отапливаемом помещении и измеряет температуру воздуха.

Недостатком известного способа является то, что непрерывный аналоговые сигналы о температурах отопительного прибора и отапливаемого помещения преобразуется в последовательность импульсов, что приводит к возникновению погрешности при определении коэффициента теплоотдачи и расхода тепловой энергии.

Недостатком известной системы, реализующей данный способ, является наличие погрешности при определении из-за преобразования аналогового сигнала в последовательность импульсов. К недостаткам можно отнести и то, что она во время своей работы постоянно потребляет электрическую энергию для питания усилителя и блока обработки сигнала и индикации, и при выходе из строя блока питания, усилителя или блока обработки сигнала и индикации теряется информация о расходе тепловой энергии отопительного прибора.

Техническим результатом, создаваемым изобретением, является повышение точности измерения расхода тепловой энергии отопительного прибора, отказ от источника питания при учете расхода тепловой энергии, упрощение конструктивного выполнения, снижение трудозатрат при монтаже и эксплуатации, уменьшение габаритов, улучшение условий по технике безопасности.

Решение технической задачи в способе учета расхода тепловой энергии отопительного прибора, включающем непрерывное, в течение временного интервала [0; t] , измерение температуры отопительного прибора T_Сi - мгновенное значение температуры отопительного прибора, температуры отапливаемого помещения T_Кi - мгновенное значение температуры отапливаемого помещения достигается тем, что по разности мгновенных значений температур отопительного прибора и отапливаемого помещения (T_Сi-T_Кi) непрерывно определяют мгновенные значения соответствующих разностных термоЭДС по формуле E_Тi=k₁(T_Сi-T_Кi), где E_Тi - мгновенное значение термоЭДС, k₁ - коэффициент пропорциональности, которые преобразуют в соответствующие мгновенные значения тока записи интегратора дискретного действия да основе суперионного проводника по формуле I_Зi= k₂(T_Сi-T_Кi) где I_Зi - мгновенное значение тока записи, k₂ - коэффициент пропорциональности, которые преобразуют в количество электричества Q, за временной интервал [0;t] по формуле далее величину количества электричества Q считывают постоянным током считывания интегратора дискретного действия I_С, используя интегратор дискретного действия в режиме "считывания" и определяют время считывания t_С, по найденному значению времени считывания t_С, току считывания I_С, с учетом определенного для соответствующих температурных условий коэффициента теплоотдачи отопительного прибора и его площади поверхности S определяют расход тепловой энергии отопительного прибора по формуле где - тепловая энергия; t_С - время считывания; I_С - ток считывания; S - площадь поверхности; - коэффициент теплоотдачи; k₂ - коэффициент пропорциональности.

Решение технической задачи в устройстве учета расхода тепловой энергии отопительного прибора, содержащем термопреобразователь, достигается тем, что в него дополнительно введены интегратор дискретного действия на основе суперионного проводника, токозадающий резистор, блок считывания, причем, термопреобразователь, токозадающий резистор, интегратор дискретного действия соединены последовательно в замкнутую электрическую цепь, один конец термопреобразователя является элементом установки на отопительном приборе а второй конец термопреобразователя является элементом установки в отапливаемом помещении, отрицательный вывод термопреобразователя соединен с поляризуемым электродом интегратора дискретного действия, блок считывания съемно подключен к интегратору дискретного действия.

Блок считывания может содержать интегратор дискретного действия на основе суперионного проводника, генератор стабильного тока, пороговое устройство.

Предложенное техническое решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень", так как предложенные отличительные признаки позволяют получить новые "свойства" - учет расхода тепловой энергии отопительного прибора без наличия источника питания.

Из опубликованных источников авторами не обнаружены подобные решения данной технической задачи.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство учета расхода тепловой энергии отопительного прибора.

На фиг. 2 изображен предлагаемый блок считывания.

Предлагаемое устройство учета расхода тепловой энергии отопительного прибора состоит из термопреобразователя 1, токозадающего резистора 2, интегратора дискретного действия 3 на основе суперионного проводника, блока считывания 4. Термопреобразователь 1, токозадающий резистор 2, интегратор дискретного действия 3 соединены последовательно и образуют замкнутую электрическую цепь. Один конец термопреобразователя 1 являются элементом установки на отопительном приборе. Второй конец термопреобразователя 1 является элементом установки в отапливаемом помещении. Отрицательный вывод термопреобразователя 1 соединен с поляризуемым электродом интегратора дискретного действия 3. Блок считывания 4 съемно подключен к интегратору дискретного действия 3.

Блок считывания 4 может состоять, например, из интегратора дискретного действия 5 на основе суперионного проводника, генератора стабильного тока 6, порогового устройства 7. Генератор стабильного тока 6, интегратор дискретного действия 5 и интегратор дискретного действия 3 образуют последовательную замкнутую цепь, причем интегратор дискретного действия 5 и интегратор дискретного действия 3 соединены встречно последовательно. Пороговое устройство 7 подключено к интегратору дискретного действия 3.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности. Количество тепловой энергии, расходуемой отопительным прибором, зависит от его температуры T_С, от геометрических размеров и форм, от физических свойств материала, от температуры помещения T_К. Измеряя разность температур (T_С-T_К), зная перечисленные факторы, можно определить коэффициент теплоотдачи для данных температурных условий, для конкретного отопительного прибора. В течение временного интервала [0;t], непрерывно измеряют мгновенные значения температур отопительного прибора T_Сi и отапливаемого помещения T_Кi. Разность мгновенных значений температур отопительного прибора и отапливаемого помещения (T_Сi-T_Кi) непрерывно преобразуют в соответствующие мгновенные значения разностных термоЭДС по формуле E_Тi=k₁(T_Сi-T_Кi), где E_Тi - мгновенное значение термоЭДС, k₁ - коэффициент пропорциональности, которые преобразуют в соответствующие мгновенные значения тока записи по формуле I_Зi=k₂(T_Сi-T_Кi) интегратора дискретного действия на основе суперионного проводника, где I_Зi - мгновенное значение тока записи, k₂ - коэффициент пропорциональности. Пропускают ток записи I_Зi через интегратор дискретного действия, где он преобразуется в количество электричества Q за временной интервал [0;t] по формуле

Количество электричества Q пропорционально току I_Зi времени записи t и разности измеряемых температур (T_Сi-T_Кi). Далее величину количества электричества Q считывают постоянным током считывания I_С, используя интегратор дискретного действия в режиме "считывания", и определяют время считывания t_С, по найденному значению времени считывания t_С и времени записи t выбирают коэффициент теплоотдачи из заранее определенных по известным из литературы методикам для соответствующих температурных условий. Далее по времени считывания t_С, току считывания I_С, с учетом коэффициента теплоотдачи отопительного прибора и его площади поверхности S определяют расход тепловой энергии отопительного прибора по формуле

где - - тепловая энергия;
t_С - время считывания;
I_С - ток считывания;
S - площадь поверхности;
- коэффициент теплоотдачи;
k₂ - коэффициент пропорциональности.

Работа устройства учета расхода тепловой энергии отопительного прибора осуществляется следующим образом.

Конец термопреобразователя 1 устанавливают на отопительном приборе и непрерывно измеряют температуру T_Сi - мгновенное значение температуры отопительного прибора, другой конец термопреобразователя 1 устанавливают в отапливаемом помещении и также непрерывно измеряют температуру T_Кi - мгновенное значение комнатной температуры. Отрицательный вывод термопреобразователя 1 соединен с поляризуемым электродом интегратора дискретного действия 3. Возникающая при этом термоЭДС, E_Тi - мгновенное значение термоЭДС, с помощью токозадающего резистора 2 преобразуется в ток записи, I_Зi - мгновенное значение тока записи, интегратора дискретного действия. Ток записи I_Зi пропускается через интегратор дискретного действия 3 на основе суперионного проводника. Интегратор дискретного действия 3 работает в двух режимах: "запись" и "считывание". В режиме "запись" через интегратор дискретного действия 3 пропускается ток записи I_Зi, который преобразуется в количество электричества Q.

Длительность режима "записи" t определяется периодом, за который нужно узнать расход тепловой энергии отопительным прибором. Все это время на интегратор дискретного действия 3 ведется "запись" и не потребляется никакой энергии от источника питания.

Для считывания информации с интегратора дискретного действия 3 к нему подключается блок считывания 4. Генератор стабильного тока 6 вырабатывает ток считывания I_С, который пропускается через интегратор дискретного действия 3 в направлении, обратном току записи I_З.

Сигналом об окончании считывания служит резкий рост напряжения на интеграторе дискретного действия 3. Пороговое устройство 7 при достижении напряжения на интеграторе дискретного действия 3 пороговой величины размыкает цепь тока I_С. В блоке считывания 4 происходит обнуление интегратора дискретного действия 3, при этом вся информация записывается на подключенный встречно последовательно интегратор дискретного действия 5, входящий в состав блока считывания 4 и происходит суммирование информации о расходе тепловой энергии от нескольких отопительных приборов. В блоке считывания 4 определяется время считывания t_С, далее, по току считывания I_С, заранее рассчитанным для соответствующих значений температур коэффициентам теплоотдачи , площади поверхности отопительного прибора S вычисляется расход тепловой энергии.

В качестве нагревательного прибора использовался электропаяльник с напряжением питания U_п от 19 до 27 В, что обеспечило его нагрев T_С от 70 до 131^oC. Комнатная температура T_К находилась в пределах от 18 до 21^oC. В качестве термоэлемента использовалась пара хромель-алюмель. Диапазон изменений термоЭДС E_Т составил, при вышеуказанных условиях, от 12,5 до 25 мВ. С помощью токозадающих резисторов в диапазоне от 4,7 до 820 кОм задавался ток записи I_З интегратора дискретного действия в пределах от 16 нА до 3,5 мкА. Проверка способ осуществлялась во временном интервале от 3-5 часов до 2-3 дней.

Таким образом, определяется расход тепловой энергии отопительного прибора по аналоговому сигналу, что повышает точность, для "записи" на интегратор дискретного действия необходимо лишь наличие термоЭДС E_Т, это позволяет отказаться от источника питания при учете расхода тепловой энергии отопительного прибора, что в свою очередь ведет к упрощению конструктивного выполнения самого устройства, снижению трудозатрат при монтаже и эксплуатации, уменьшению габаритов, а также к улучшению условий по технике безопасности.

Формула изобретения

1. Способ учета расхода тепловой энергии отопительного прибора, включающий непрерывное, в течение временного интервала [0; t], измерение температуры отопительного прибора, T_ci - мгновенное значение температуры отопительного прибора, температуры отапливаемого помещения, T_ki - мгновенное значение температуры отапливаемого помещения, отличающийся тем, что по разности мгновенных значений температур отопительного прибора и отапливаемого помещения (T_ci - T_ki) непрерывно определяют мгновенные значения соответствующих разностных термоЭДС по формуле
E_Ti = k₁(T_ci - T_кi),
где E_Ti - мгновенное значение термоЭДС;
k₁ - коэффициент пропорциональности,
которые преобразуют в соответствующие мгновенные значения тока записи интегратора дискретного действия на основе суперионного проводника по формуле
I_зi = k₂(T_ci - T_кi),
где I_зi - мгновенное значение тока записи;
k₂ - коэффициент пропорциональности,
которые преобразуют в количестве электричества Q за временной интервал [0; t] по формуле

далее величину количества электричества Q считывают постоянным током считывания интегратора дискретного действия I_с, используя интегратор дискретного действия в режиме "считывания" и определяют время считывания t_с, по найденному значению времени считывания t_с, току считывания I_с, с учетом определенного для соответствующих температурных условий коэффициента теплоотдачи отопительного прибора и его площади поверхности S определяют расход тепловой энергии отопительного прибора по формуле:

где - тепловая энергия;
t_с - время считывания,
I_с - ток считывания;
S - площадь поверхности;
- коэффициент теплоотдачи;
k₂ - коэффициент пропорциональности.

2. Устройство учета расхода тепловой энергии отопительного прибора, содержащее термопреобразователь, отличающееся тем, что в него дополнительно введены интегратор дискретного действия на основе суперионного проводника, токозадающий резистор, блок считывания, причем термопреобразователь, токозадающий резистор, интегратор дискретного действия соединены последовательно в замкнутую электрическую цепь, один конец термопреобразователя является элементом установки на отопительном приборе, а второй конец термопреобразователя является элементом установки в отапливаемом помещении, отрицательный вывод термопреобразователя соединен с поляризуемым электродом интегратора дискретного действия, блок считывания съемно подключен к интегратору дискретного действия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2