1.3.1 Принцип работы

Основой работы теплосчетчика является измерение  параметров теплоносителя. Полученные в результате измерений  значения расхода теплоносителя, его температуры и давления  являются исходными данными для вычисления тепловой энергии.

Основным функциональным элементом теплосчетчика  является ИБ, который обеспечивает обработку и нормализацию всех  сигналов с преобразователей физических параметров.

Структурная схема ИБ приведена на рисунке 1.

1.3.1.1  Принцип измерения расхода.

Действие платы расходомера основано на измерении времен  распространения ультразвуковых импульсов в потоке теплоносителя  через УПР ( рисунок 2).

На УПР установлены как минимум пара идентичных ПЭП. Они  размещены строго друг против друга под определенным углом к оси  потока и образуют измерительный луч. ПЭП работают поочередно  как передатчик и приемник.

Каждая плата расходомера обеспечивает 2 канала измерения  расхода. Возможно использование двух плат расходомера.

Скорость распространения ультразвукового импульса в  теплоносителе, заполняющем УПР, представляет собой сумму  скоростей ультразвука в неподвижном теплоносителе и скорости  потока теплоносителя  u в проекции на рассматриваемое направление распространения ультразвука. Таким образом, время распространения ультразвука по потоку и против него определяется в соответствии с формулами:

t12 и t21 -  время распространения ультразвукового импульса по потоку и против потока соответственно;

LA -  длина активной части измерительного луча;

LПЭП -  расстояние между мембранами ПЭП;

С0 -  скорость ультразвука в неподвижном теплоносителе;

u - средняя скорость движения теплоносителя в УПР, м/с;

a - угол наклона ПЭП относительно оси УПР.

Возбуждение ПЭП и прием сигналов осуществляет приемопередатчик, гальванически изолированный от остальной схемы  платы расходомера. Схема усиления и детектирования нормализует  принятый сигнал для последующего точного выделения разности  Dt =  t21 -  t12  во время - цифровом преобразователе. Логика и  диагностика работы обеспечивается процессором расходомера,  который на основе измерения  Dt

вычисляет объемный расход  G  c  учетом (1) и (2) по формуле:

D -  фактический внутренний диаметр УПР в зоне установки  ПЭП;

K -  коэффициент коррекции, рассчитываемый в зависимости от характера потока и конструктивных параметров  УПР.

Зависимость скорости ультразвука в теплоносителе от температуры исключается расчетом фактической скорости ультразвука по  формуле:

Значения измеренных расходов передаются по внутриприборному цифровому интерфейсу в центральный процессор на плате  тепловычислителя.

1.3.1.2  Принцип измерения температуры.

Принцип получения фактических значений температуры  теплоносителя основывается на изменениях омического сопротивления металлов от повышения или понижения их температуры. В  качестве датчика используется платиновый термопреобразователь  сопротивления.

Измеритель температуры в составе теплосчетчика пропускает  высокостабильный ток через датчик. Падение напряжения на чувствительном элементе поступает на дифференциальный вход  аналого-цифрового преобразователя (АЦП) измерителя. Получаемые коды, прямо пропорциональные омическому сопротивлению,  преобразуются в фактические значения температуры в соответствии  с номинальной статической характеристикой термопреобразователя  сопротивления по ГОСТ Р 8.625 - 2006. Значения температур определяются полиномиальной аппроксимацией в центральном процессоре  платы вычислителя. Период обновления значений температуры в  каждом канале измерения составляет не более 5 секунд при всех  включенных четырех каналах измерения.

1.3.1.3  Принцип измерения давления.

Сигнал силы постоянного тока от каждого измерительного  преобразователя избыточного давления проходит по нормирующему  резистору на плате вычислителя. Напряжение с нормирующего  резистора подвергается аналого-цифровому преобразованию в  центральном процессоре.

Преобразование значения силы постоянного тока в фактическое значение избыточного давления теплоносителя в трубопроводе  осуществляется в соответствии с формулой:

PВ -  верхний предел номинального диапазона измерений  преобразователя давления;

I - значение силы тока с преобразователя давления,  соответствующее измеряемому давлению, мА.

Вычисление тепловой энергии Для задания алгоритмов вычисления тепловой энергии  используется одно из следующих уравнений измерения:

W - тепловая мощность системы;

m1, m2 -  массовый расход теплоносителя, соответственно в  подающем и обратном трубопроводах;

h1, h2 -  энтальпия теплоносителя, соответственно в  подающем и обратном трубопроводах;

hхв -  энтальпия теплоносителя в трубопроводе холодной воды на источнике тепловой энергии;

mразбора - массовый расход отбираемого (невозвращаемого)теплоносителя из системы, может определяться  как разность  m1  и  m2  или измеряться на подпиточных трубопроводах или трубопроводе ГВС.

Использование уравнения (6) или (7) зависит от того, в каких  трубопроводах измеряется массовый расход.

Массовый расход теплоносителя определяется по формуле:

G - измеренный объемный расход теплоносителя, ;

r - плотность теплоносителя, кг/м³ .

Значения энтальпий и плотности  получаются из уравнений  определения энтальпии и плотности по исходным значениям температуры и абсолютного давления в соответствии с данными ГСССД.

Исходные значения температуры - всегда являются измеренными значениями, за исключением температуры холодной воды в  некоторых случаях.

Исходные значения абсолютного давления могут быть получены измерением избыточного давления или задаваться значением  расчетного или номинального давления для конкретного трубопровода на месте эксплуатации.

Определение объема  V и массы  M теплоносителя, прошедших  через УПР, осуществляется в соответствии с формулами:

Алгоритмы вычисления тепловой энергии для конкретной  теплосистемы выражаются в виде конечных формул, не противоречащим “Правилам учета тепловой энергии”.

для закрытой системы:

Qи -  тепловая энергия, измеренная теплосчетчиком.

для источника тепловой энергии:

М1i -  масса отпущенного теплоносителя за  i-й интервал  времени;

М2iб -  масса возвращенного теплоносителя за  i-й интервал  времени;

Мпi -  масса теплоносителя израсходованного на подпитку.

(h1-h2)i -  разность энтальпий отпущенного и возвращенного  теплоносителя на  i-ом интервале времени;

hхв - энтальпия холодной воды на источнике.

Для вычислений отпущенной тепловой энергии источником теплоты достаточно, чтобы масса теплоносителя измерялась в любой  паре трубопроводов: подающий и обратный, подающий и подпитка,  обратный и подпитка.

Если измеряются  M1и  M2, то вычисления могут вестись либо по  (13) или (14), при этом принимается  Мп=М1-М2.

Если измеряются  M1и  Mп,  то вычисления проводятся по формуле (13), если же измеряются  M2 и Mп, участвует формула (14).

для открытой системы потребления тепловой энергии:

В открытой теплосистеме у потребителя, где во время отчетного периода имеют место измерения или возможность получения фактических среднечасовых значений температуры холодной воды на источнике тепловой энергии с периодом не более 1 часа , вычисления  потребленной тепловой энергии производятся по формулам (13) или  (14).

В противном случае используется значение условной и постоянной температуры холодной воды  tк и соответствующее ей значение  энтальпии  hк.

Здесь имеет место следующая формула алгоритма вычисления тепловой энергии:

М1i - масса сетевой воды, полученной по подающему трубопроводу;

Mразбора i  -  масса сетевой воды,  отобранной потребителем  (может включать часть израсходованной на подпитку систем  отопления или горячее водоснабжение и возможные утечки).

Масса разбора определяется как  Mразбора i  =  М1-М2, если нет возможности отдельных измерений масс подпитки и горячего водоснабжения. Погрешности измерения тепловой энергии и массы разбора  при этом будут зависить от величины максимального разбора. Методика оценки погрешностей приведена во второй части “Методика поверки” настоящего руководства.

В конце отчетного периода методическая погрешность, вызванная отклонением условного значения энтальпии холодной воды hк от  фактических среднечасовых значений энтальпии холодной воды, может быть исключена введением поправок  DQ к измереннным значениям тепловой энергии  в соответствии с ГОСТ Р 8.592-2002 :

Поправки суммируются со среднечасовыми значениями  Q и в  архиве за отчетный период.

Для  DQ  при этом можно задействовать  независимый контур вычисления тепловой энергии.