EA036718B1

EA036718B1 - Self-contained heat meter and method of its implementation

Info

Publication number: EA036718B1
Application number: EA201900325A
Authority: EA
Inventors: Вячеслав Юрьевич Теплышев; Дмитрий Юрьевич Иванов; Абдулжелил Махмудович Абдулкеримов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Альтернативные Энергетические Технологии"
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2020-12-11
Also published as: EA201900325A1

Abstract

The invention can be used to determine flow rate in a pipeline completely filled with electroconductive liquid medium, at objects remote from industrial power supply. A heat meter is supplied from autonomous power supply comprising two batteries. EFM (electromagnetic flow meter) supply is carried out by current of rectangular shape. To select the optimum power supply determined are thermal noise voltages in the EFM circuit, in a wide range of change of active resistance, frequency and temperature. Current consumption is defined. Dependences of EFM thermal noise on the temperature higher than 20°C are determined at different resistances of EFM winding and frequency band. In quiescent mode, initial value of thermal noise voltage is determined, in working mode - current one, depending on change of frequency band, active resistances, noise temperature coefficient. Operator monitors working mode of the self-contained heat meter. Under control of a microcontroller, after amplification, matched digitized signals bearing information on flow rate of fluids and temperature are stored and registered in computer unit memory. Significant reduction of electric energy consumption is provided, signal/noise ratio is improved by three orders.

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к теплосчетчикам, содержащим электромагнитный расходомер (ЭМР) и может быть использовано для определения тепловой энергии, значений объемного расхода, массового расхода, объема, массы, давления и температуры теплоносителя в полностью заполненных напорных трубопроводах в водяных системах теплоснабжения, в отсутствии электрической сети.The invention relates to the field of measuring technology, in particular to heat meters containing an electromagnetic flow meter (EMF) and can be used to determine thermal energy, values of volumetric flow rate, mass flow rate, volume, mass, pressure and temperature of the coolant in completely filled pressure pipelines in water systems heat supply, in the absence of an electrical network.

Известен электромагнитный расходомер текучих сред, содержащий первичный электромагнитный преобразователь расхода, включающий индуктор с катушками. В зазоре, которого расположен трубопровод с электродами, подсоединенными к измерительной схеме, содержащей измерительный АЦП. Вход, которого соединен с электродами, а выход со схемой управления и контролера тока питания индуктора. Предусмотрен источник тока питания катушек индуктора, управляемый микроконтроллером, соединенным, по меньшей мере, с индикатором отображения. Схема контроля управления содержит дополнительный АЦП, один вход которого выполнен с возможностью измерения напряжения, пропорционального току через индуктор. А второй вход с возможностью измерения напряжения, пропорционального напряжению на индукторе. При этом выход дополнительного АЦП соединен с микроконтроллером. С возможностью передачи измеренных величин напряжений с каждого входа на микроконтроллер. И расчета микроконтроллером программно-аппаратным образом текущих значений активного и индуктивного сопротивлений индуктора. И, их сравнения с предустановленными в энергонезависимой памяти микроконтроллера эталонными значениями. И регистрации наличия внешнего магнитного поля. Искажающего результаты измерения при отклонении текущих расчетных значений от эталонных. С возможностью вывода результата, на индикатор отображения. (Патент РФ №2529598 2014. Электромагнитный расходомер текучих сред, автор Шохин А.В.).Known electromagnetic flowmeter of fluids, containing a primary electromagnetic flow transducer, including an inductor with coils. In the gap, which is located a pipeline with electrodes connected to the measuring circuit containing the measuring ADC. The input is connected to the electrodes, and the output is connected to the control circuit and controller of the inductor supply current. A power source for the inductor coils is provided, controlled by a microcontroller connected at least to the display indicator. The control circuit contains an additional ADC, one input of which is configured to measure a voltage proportional to the current through the inductor. And the second input with the ability to measure voltage proportional to the voltage across the inductor. In this case, the output of the additional ADC is connected to the microcontroller. With the ability to transfer measured voltage values from each input to the microcontroller. And the microcontroller calculates in software and hardware the current values of the active and inductive resistance of the inductor. And, their comparison with the reference values preset in the non-volatile memory of the microcontroller. And registration of the presence of an external magnetic field. Distorting the measurement results when the current calculated values deviate from the reference values. With the ability to output the result, to the display indicator. (RF patent №2529598 2014. Electromagnetic flowmeter of fluids, author Shokhin AV).

Однако этот расходомер (устройство) имеет следующие недостатки: отсутствие возможности питания в отсутствии электрической сети. Не указаны количественные и качественные показатели влияния внешних и внутренних фактов на результаты измерения, например, объемных и массовых расходов.However, this flow meter (device) has the following disadvantages: lack of power supply in the absence of an electrical network. Quantitative and qualitative indicators of the influence of external and internal facts on the measurement results are not indicated, for example, volumetric and mass flow rates.

Известен способ контроля измерения расхода текучих сред, в нём используют электромагнитный преобразователь расхода, включающий индуктор с катушками, в зазоре которых расположен трубопровод с электродами, подсоединенными к измерительной схеме. Схема содержит измерительный АЦП, вход, которого соединяют с электродами ЭМР, а выход соединяют со схемой управления и контроля тока питания индуктора. Последний содержит источник питания катушек индуктора, управляемый микроконтроллером, соединенный, по меньшей мере, с индикатором отображения. Управляющая цепь содержит дополнительный АЦП. Один из входов которого выполнен с возможностью измерения напряжения пропорционального току через индуктор. Другой вход для измерения напряжения, пропорционально напряжению на индукторе и передачи измеренных величин напряжений с каждого входа на микроконтроллер. Где производится расчет программно-аппаратным образом текущих значений активного и индуктивного сопротивлений индуктора. Их сравнивают с эталонными значениями и фиксируют наличие внешнего магнитного поля, искажающего результаты. При этом схема контроля управления может дополнительно содержать питающийся от источника тока и снабженный датчиком тока мостовой коммутатор тока выходы, которого соединены с входами индуктора, а вход с микроконтроллером. При этом один вход дополнительного АЦП соединен с датчиком тока. С возможностью измерения напряжения, пропорционального току через индуктор. А другой вход с последовательно соединенными мостовым коммутатором и источником тока, с возможностью измерения напряжения пропорционального напряжению на индукторе. (Патент РФ №2529598 2014 Способ контроля измерения расхода текучих сред, автор Шохин А.В.).A known method for monitoring the measurement of the flow rate of fluids, it uses an electromagnetic flow transducer, including an inductor with coils, in the gap of which there is a pipeline with electrodes connected to the measuring circuit. The circuit contains a measuring ADC, the input of which is connected to the EMR electrodes, and the output is connected to the control and monitoring circuit of the inductor supply current. The latter contains a power supply for the inductor coils, controlled by a microcontroller, connected at least with a display indicator. The control circuit contains an additional ADC. One of the inputs of which is configured to measure voltage proportional to the current through the inductor. Another input for measuring voltage proportional to the voltage across the inductor and transmitting the measured voltage values from each input to the microcontroller. Where is the software and hardware calculation of the current values of the active and inductive resistance of the inductor. They are compared with reference values and the presence of an external magnetic field, which distorts the results, is recorded. In this case, the control control circuit may additionally comprise a bridge current switch powered by a current source and equipped with a current sensor, the outputs of which are connected to the inputs of the inductor, and the input to a microcontroller. In this case, one input of the additional ADC is connected to the current sensor. With the ability to measure voltage proportional to the current through the inductor. And another input with a series-connected bridge switch and a current source, with the ability to measure voltage proportional to the voltage across the inductor. (RF Patent No. 2529598 2014 Method for monitoring fluid flow measurement, author Shokhin A.V.).

Сущность технического решения и результата заключается в том, что в электромагнитном расходомере и способе контроля измерения расхода текучих сред является повышение достоверности распознавания влияния внешних помех на точность измерений. И, как следствие, повышение точности измерений, расширение диапазона измерений и области применения устройства.The essence of the technical solution and result lies in the fact that in the electromagnetic flow meter and the method for monitoring the measurement of the flow rate of fluids is to increase the reliability of recognizing the effect of external interference on the measurement accuracy. And, as a consequence, an increase in measurement accuracy, an expansion of the measurement range and scope of the device.

Однако этот способ имеет следующие недостатки: отсутствие методики оценки влияния внешних и внутренних электрических шумов и помех на результаты измерения. Не определен диапазон диаметров трубопроводов и способ контроля косвенного измерения расхода текучих среди в трубопроводах.However, this method has the following disadvantages: the lack of a method for assessing the influence of external and internal electrical noise and interference on the measurement results. The range of pipe diameters and the method of monitoring the indirect measurement of the flow rate of fluids in pipelines have not been determined.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является устройство для определения расхода в трубопроводах больших диаметров, содержащее мерный трубопровод, на поверхности трубопровода по образующей смонтированы три измерителя локальной скорости. Каждый, из которых состоит из преобразователя первичных сигналов и подсоединенного к нему погружного датчика локальной скорости. Погружная часть, датчика локальной скорости содержит чувствительный элемент с электродами и погруженного в трубопровод с электропроводящей жидкостью. Многоканальный блок питания постоянного тока с раздельными каналами, питаемый от промышленной сети 220В 50 Гц. Три преобразователя первичных сигналов, которые содержат предварительный усилитель, переключатель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер. Вычислительный блок, который содержит микропроцессор, энергонезависимый блок памяти и индикатор. В устройстве выход электродов через предварительный усилитель, переключатель, аналого-цифровой преобразователь подсоединен к входу микроконтроллера. Следовательно, выходы микроконтроллеров соединены с входом микропроцессора вычислительного блока. Выход микропроцессора соединен с блоком памяти и индикатором. ПоложительныйThe closest to the proposed invention, the technical solution is a device for determining the flow rate in pipelines of large diameters, containing a measured pipeline, on the surface of the pipeline along the generatrix are mounted three local velocity meters. Each of which consists of a primary signal converter and a submersible local speed sensor connected to it. The submerged part of the local speed sensor contains a sensitive element with electrodes and immersed in a pipeline with an electrically conductive liquid. Multichannel DC power supply unit with separate channels powered from an industrial network 220V 50 Hz. Three converters of primary signals, which contain a preamplifier, a switch, an analog-to-digital converter, a microcontroller. Computing unit, which contains a microprocessor, a non-volatile memory unit and an indicator. In the device, the output of the electrodes through a preamplifier, a switch, an analog-to-digital converter is connected to the input of the microcontroller. Consequently, the outputs of the microcontrollers are connected to the input of the microprocessor of the computing unit. The microprocessor output is connected to a memory unit and an indicator. Positive

- 1 036718 полюс блока питания постоянного тока соединен со схемами питания микропроцессора, блока памяти и индикатора. Положительный полюс многоканального блока питания соединен с цепями питания предварительного усилителя, переключателя, аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллера. Управляющий выход f микроконтроллера подсоединен к переключателю с целью выдачи на него управляющих команд f_1j2. Управляющий выход e микроконтроллера подсоединен к аналого-цифровому преобразователю. Управляющий выход p микроконтроллера соединен с соответствующими управляющими входами p микропроцессоров преобразователей первичных сигналов. В составе преобразователей первичных сигналов, формирователь тока, датчик тока, клавиатура, в нём выходы катушек погружных датчиков локальной скорости подсоединены через формирователи тока, датчики тока к выходам, положительным полюсам многоканального блока питания катушек. Отрицательный полюс многоканального бока питания катушек соединен с отрицательным полюсом обшей шины питания устройства. Другой выход многоканального блока питания через датчик тока, формирователь тока, подсоединен к входу катушки. Управляющие выходы микроконтроллера g1 и g2 подсоединены к ключам К1 и К2 формирователя тока. Причем выход датчика тока подсоединен к входу переключателя, а отрицательные полюсы многоканального и автономного блоков питания постоянного тока соединены с отрицательным полюсом общей шины питания устройства. Следовательно, отрицательный полюс общей шины питания устройства электрически изолирован от местного защитного заземления. Корпуса преобразователей первичных сигналов соединены с местным защитным заземлением применения (Изобретение, полезный модель № 175583, 2017.- 1 036718 pole of the DC power supply is connected to the power supply circuits of the microprocessor, memory unit and indicator. The positive pole of the multichannel power supply is connected to the power supply circuits of the preamplifier, switch, analog-to-digital converter, microcontroller. The control output f of the microcontroller is connected to the switch in order to issue control commands f _{1j2 to it} . The control output e of the microcontroller is connected to an analog-to-digital converter. The control output p of the microcontroller is connected to the corresponding control inputs of the p microprocessors of the primary signal converters. The primary signal converters include a current driver, a current sensor, a keyboard, in which the outputs of the coils of submersible local speed sensors are connected through current drivers, current sensors to the outputs, the positive poles of the multi-channel coil power supply. The negative pole of the multi-channel coil power supply is connected to the negative pole of the common power bus of the device. Another output of the multichannel power supply unit is connected to the input of the coil through a current sensor, a current driver. The control outputs of the microcontroller g1 and g2 are connected to the keys K1 and K2 of the current driver. Moreover, the output of the current sensor is connected to the input of the switch, and the negative poles of the multichannel and autonomous DC power supplies are connected to the negative pole of the common power bus of the device. Consequently, the negative pole of the common power bus of the device is electrically isolated from the local protective earth. The housings of the primary signal converters are connected to the local protective ground of the application (Invention, utility model No. 175583, 2017.

Устройство для определения расхода в трубопроводах больших диаметров, авторы Теплышев В.Ю., Шинельев А.А. и др.).Device for determining the flow rate in pipelines of large diameters, authors Teplyshev V.Yu., Shineliev A.A. and etc.).

Сущность технического решения и результата повышение точности измерений расхода электропроводящей жидкости в трубопроводах, экономия (снижение) потребляемой устройством электроэнергии, улучшение помехоустойчивости. Благодаря указанным свойствам расширяется область применения теплосчетчикаThe essence of the technical solution and the result is an increase in the accuracy of measuring the flow rate of an electrically conductive liquid in pipelines, saving (reducing) the electricity consumed by the device, improving noise immunity. Thanks to these properties, the scope of the heat meter is expanded

Однако этот теплосчетчик (устройство) имеет недостаток: отсутствие возможности автономного питания (в отсутствии электрической сети); не достаточно изучено влияние напряжения тепловых шумов на выбор типа источника питания (ИП).However, this heat meter (device) has a drawback: the lack of the possibility of autonomous power supply (in the absence of an electrical network); the influence of the thermal noise voltage on the choice of the type of power supply (PS) has not been sufficiently studied.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является способ определения тепловой энергии теплоносителя для открытых водяных систем теплоснабжения, характерный тем, что через подающий и обратный трубопроводы пропускают теплоноситель. Объемный расход теплоносителя преобразуют в электрический сигнал, который согласуют, усиливают, оцифровывают и регистрируют. Затем при нормальной температуре 20°C определяют напряжение теплового шума электромагнитных расходомеров. Также определяют разность объемных расходов теплоносителя с выхода блока вычисления разности расходов. Затем подают на входы блоков вычисления массы отобранного из сети теплоносителя. Причем до определения тепловой энергии определяют размеры футеровки из фторопласта на измерительном участке электромагнитного расходомера. Определяют коэффициенты изменения линейных размеров футеровки из фторопласта, вязкости, плотности, числа Рейнольдса в зависимости от диапазона рабочих температур теплоносителя. Из суммы этих коэффициентов получают коэффициент выходного напряжения электромагнитного расходомера. Эти коэффициенты в зависимости от температуры запоминают.The closest to the proposed invention, the technical solution is a method for determining the thermal energy of the heat carrier for open water heat supply systems, characterized by the fact that through the supply and return pipelines pass the heat carrier. The volumetric flow rate of the coolant is converted into an electrical signal, which is coordinated, amplified, digitized and recorded. Then, at a normal temperature of 20 ° C, the thermal noise voltage of the electromagnetic flowmeters is determined. Also, the difference in the volumetric flow rates of the coolant from the output of the flow difference calculation unit is determined. Then fed to the inputs of the blocks for calculating the mass of the coolant taken from the network. Moreover, before determining the thermal energy, the dimensions of the fluoroplastic lining are determined at the measuring section of the electromagnetic flow meter. The coefficients of change in the linear dimensions of the fluoroplastic lining, viscosity, density, and Reynolds number are determined depending on the operating temperature range of the coolant. From the sum of these coefficients, the coefficient of the output voltage of the electromagnetic flowmeter is obtained. These coefficients are memorized depending on the temperature.

Измеряют температуру теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах и определяют коэффициент выходного напряжения. Затем измеряют напряжение на выходе электромагнитного расходомера. Это напряжение делят на коэффициент выходного напряжения. Получают первоначальное напряжение и уточняют коэффициент преобразования электромагнитного расходомера, затем определяют массу отобранного из сети теплоносителя и тепловую энергию (патент РФ № 2383866, 2008. Способ определения тепловой энергии теплоносителя с прямим измерением разности расходов при компенсации температурной погрешности, авторы. Теплышев В.Ю., Бурдунин М.Н., Варгин А.А.).The temperature of the coolant in the supply and return pipelines is measured and the output voltage coefficient is determined. Then the voltage at the output of the electromagnetic flowmeter is measured. This voltage is divided by the ratio of the output voltage. The initial voltage is obtained and the conversion factor of the electromagnetic flow meter is specified, then the mass of the coolant taken from the network and the thermal energy are determined (RF patent No. 2383866, 2008. Method for determining the thermal energy of the coolant with direct measurement of the difference in flow rates when compensating for the temperature error, authors. Teplyshev V.Yu. , Burdunin M.N., Vargin A.A.).

Сущность способа заключается в расширении области применения, повышении стабильности и точности при определении расхода теплоносителя с прямым измерением путем компенсации (коррекции) влияния температуры на результаты измерения (определения) тепловой энергии.The essence of the method lies in expanding the scope, increasing stability and accuracy in determining the flow rate of the coolant with direct measurement by compensating (correcting) the effect of temperature on the results of measuring (determining) thermal energy.

Однако этот способ имеет недостаток, совпадающий, с недостатками выбранного устройства прототипа, заявляемого изобретения.However, this method has a disadvantage that coincides with the disadvantages of the selected prototype device of the claimed invention.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение теплосчетчика автономным электрическим питанием в условиях эксплуатации (использовании теплосчетчика), в отсутствии электрической сети. Поставленной задачи достигают тем, что в составе теплосчетчика в качестве расходомера, выбирают ЭМР теплосчетчика АТ-Т и автономный источник питания (АИП) формируют из батарей. Определяют внутренние напряжение шумов и потерь теплосчетчика для формирования АИП с улучшением отношения сигнал/шум.The objective of the present invention is to provide a heat meter with an autonomous electric power supply under operating conditions (using a heat meter), in the absence of an electrical network. The set task is achieved by the fact that in the composition of the heat meter as a flow meter, the EMR of the AT-T heat meter is selected and the autonomous power source (APS) is formed from batteries. Determine the internal noise voltage and losses of the heat meter for the formation of APS with an improvement in the signal-to-noise ratio.

Указанный технический результат достигается тем, что, автономный теплосчетчик, содержащий первичный преобразователь расхода (ПНР), включающий трубопровод, изготовленный из немагнитного материала, магнитную систему электромагнитного расходомера с катушками и электродами Э1-Э2, конThe specified technical result is achieved by the fact that an autonomous heat meter containing a primary flow transducer (PNR), including a pipeline made of non-magnetic material, a magnetic system of an electromagnetic flow meter with coils and electrodes E1-E2, end

- 2 036718 тактирующими с электропроводящей жидкостью, измерительную систему включающую формирователь тока, предварительный усилитель, микроконтроллер, переключатель, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, дисплей, индикатор, клавиатуру, выход электродов Э1-Э2 электромагнитного расходомера через предварительный усилитель, переключатель, аналогово-цифровой преобразователь, подсоединены к входу микроконтроллера, при этом микроконтроллер соединен с блоком памяти, дисплеем, клавиатурой, причем управляющие выходы g1 и g2 микроконтроллера подсоединены к формирователю тока через ключи К1, К2, управляющий выход f микроконтроллера подсоединен к переключателю, управляющий выход e микроконтроллера подсоединен к аналого-цифровому преобразователю, выход датчика тока подсоединен к входу переключателя, все управляющие выводы в точках а,..., д подсоединены с микроконтроллером в точке г, в теплосчетчик дополнительно введены автономный источник питания, включающий две последовательно соединенных батареи, не более трех и не менее двух датчиков температуры, выход датчиков температуры через усилитель напряжения, переключатель, аналогоцифровой преобразователь подсоединен к входу микроконтроллера и его управляющий вход в точке д подсоединен к управляющему выходу микроконтроллера в точке г, управляющий выход с микроконтроллера подключен к генератору тока, положительный полюс автономного источника питания через генератор тока подсоединен к входу формирователя тока, а отрицательный полюс автономного источника питания подсоединен к отрицательному полюсу общей шины питания теплосчетчика в точке Б и электрически изолирован от местного защитного заземления в точке В, при этом выходы катушек подсоединены через формирователь тока и опорный резистор Ron генератора тока к общей шине питания теплосчетчика в точке Б, а датчики температуры устанавливаются на подающем и обратном трубопроводах, причем третий датчик температуры может использоваться для измерения температуры атмосферы.- 2 036718 clocked with an electrically conductive liquid, a measuring system including a current driver, a preamplifier, a microcontroller, a switch, an analog-to-digital converter, a memory unit, a display, an indicator, a keyboard, an output of electrodes E1-E2 of an electromagnetic flowmeter through a preamplifier, a switch, digital converter, connected to the input of the microcontroller, while the microcontroller is connected to the memory unit, display, keyboard, and the control outputs g1 and g2 of the microcontroller are connected to the current driver through the keys K1, K2, the control output f of the microcontroller is connected to the switch, the control output e of the microcontroller is connected to the analog-to-digital converter, the output of the current sensor is connected to the input of the switch, all control outputs at points a, ..., d are connected to the microcontroller at point d, an autonomous power source is additionally introduced into the heat meter, including two series-connected batteries, no more than three and at least two temperature sensors, the output of temperature sensors through a voltage amplifier, a switch, an analog-to-digital converter is connected to the input of the microcontroller and its control input at point d is connected to the control output of the microcontroller at point d, the control output from the microcontroller is connected to the generator current, the positive pole of the autonomous power source through the current generator is connected to the input of the current driver, and the negative pole of the autonomous power source is connected to the negative pole of the common power supply bus of the heat meter at point B and is electrically isolated from the local protective ground at point C, while the outputs of the coils are connected through a current driver and a reference resistor Ron of the current generator to the common power bus of the heat meter at point B, and temperature sensors are installed on the supply and return pipelines, and the third temperature sensor can be used to measure the temperature of the atmosphere.

Технический результат также достигается способом реализации автономного теплосчетчика, заключающийся в том, что при нормальной температуре 20°C в режиме покоя определяют напряжение теплового шума электромагнитного расходомера, затем в рабочем режиме расход теплоносителя преобразуют в электрический сигнал разной полярности, который согласуют, усиливают в предварительном усилителе, оцифровывают, регистрируют и запоминают в блоке памяти, в нем дополнительно определяют текущее напряжение шума в режиме покоя электромагнитного расходомера, с температурой больше 20°C, при разных сопротивлении и частоты цепи электромагнитного расходомера, также в режиме покоя определяют начальное значение напряжения теплового шума в зависимости от изменения частоты, от значений активных сопротивлений для разных схем измерительной системы, от напряжения теплового шума при нормальной температуре 20°C и от температурного коэффициента шума, температуру измеряют, усиливают, оцифровывают, регистрируют в блоке памяти, затем определяют текущее значение напряжения теплового шума в зависимости от изменения частоты, т.е. U_θ,_f= K_θ·U₂o°_C, где U₂₀ C - напряжение теплового шума при нормальной температуре 20°C при значении активного сопротивления в цепях измерительной системы, К_θ - температурный коэффициент шума, а при полном заполненном трубопроводе движущимся теплоносителем контроль рабочего режима автономного теплосчетчика, осуществляют под наблюдением оператора, также после усилений, согласованные, оцифрованные сигналы с выходов согласующего усилителя, усилителя напряжения, несущие информации об изменении расхода теплоносителя и температуры запоминают и регистрируют в блоке памяти, причем обеспечивают снижение потребления электрической энергии теплосчетчика следующим образом:The technical result is also achieved by the method of implementing an autonomous heat meter, which consists in the fact that at a normal temperature of 20 ° C in the rest mode, the voltage of the thermal noise of the electromagnetic flow meter is determined, then in the operating mode the coolant flow is converted into an electrical signal of different polarity, which is coordinated, amplified in a preamplifier , are digitized, recorded and stored in a memory unit, it additionally determines the current noise voltage in the rest mode of the electromagnetic flowmeter, with a temperature greater than 20 ° C, at different resistance and frequency of the electromagnetic flowmeter circuit, and in the rest mode, the initial value of the thermal noise voltage in depending on the change in frequency, on the values of active resistance for different circuits of the measuring system, on the voltage of thermal noise at a normal temperature of 20 ° C and on the temperature noise figure, the temperature is measured, amplified, digitized, recorded in the memory unit , then the current value of the thermal noise voltage is determined as a function of the frequency change, i.e. U _θ , _f = K _θ U ₂ o ° _C , where U ₂₀ C is the thermal noise voltage at a normal temperature of 20 ° C at the value of the active resistance in the circuits of the measuring system, K _θ is the temperature noise figure, and when the pipeline is full, the moving coolant control of the operating mode of an autonomous heat meter is carried out under the supervision of an operator, also after amplifications, coordinated, digitized signals from the outputs of the matching amplifier, voltage amplifier, carrying information about the change in the coolant flow rate and temperature, are stored and recorded in the memory unit, and they provide a decrease in the consumption of electrical energy of the heat meter in the following way:

увеличивают интервал опроса расхода контролируемой жидкости;increase the interval of polling the flow rate of the controlled liquid;

отключают части схемы, функции которых не задействованы на текущий момент измерения расхода контролируемой жидкости, расчета, сохранения полученных результатов, отключение производится либо переводом в режим сверхнизкого энергопотребления либо отключением от энергоснабжения;parts of the circuit are turned off, the functions of which are not currently involved in measuring the flow rate of the controlled liquid, calculating, saving the results obtained, shutdown is performed either by switching to an ultra-low power consumption mode or disconnecting from the power supply;

генератор тока возбуждения катушки первичного преобразователя расхода, управляемый микроконтроллером, настраивают на генерацию тока на минимальную необходимое для обеспечении измерении расхода с требуемой точностью;the generator of the excitation current of the coil of the primary flow transducer, controlled by the microcontroller, is adjusted to generate the current at the minimum required to ensure the flow measurement with the required accuracy;

согласующий усилитель, усилитель напряжения выбирают с минимальными уровнями собственных шумов, как по току, так и по напряжению;matching amplifier, voltage amplifier are selected with minimum levels of intrinsic noise, both in current and in voltage;

минимизируют время, выделяемое на измерения, при этом ограничением эффективности указанного решения будет относительная медлительность сигма-дельта АЦП высокой разрядности с низким значением уровня собственных шумов, следовательно, фильтрацию сигналов с выходов согласующего усилителя выгодно производить до выполнения оцифровки, и с этим улучшают соотношение сигнал/шум не менее чем на три порядка и согласно составленному алгоритму и программе осуществляют измерение расхода жидкости, причем в рабочем режиме, в режиме холостого хода, в режиме паузы, сокращают среднее потребление тока в цепях ЭМР, что позволяет выбирать, срок службы автономного источника питания теплосчетчика таким, чтобы он перекрывал межповерочный интервал и срок службы теплосчетчика от АИП увеличивают до пяти лет или 45000 ч.minimizes the time allotted for measurements, while the limitation of the efficiency of this solution will be the relative slowness of a high-bit sigma-delta ADC with a low value of the intrinsic noise level; therefore, it is advantageous to filter signals from the outputs of the matching amplifier before digitizing, and thus improve the signal / noise by at least three orders of magnitude and, according to the compiled algorithm and program, they measure the liquid flow rate, and in the operating mode, in the idle mode, in the pause mode, they reduce the average current consumption in the EMR circuits, which allows you to choose the service life of the autonomous power source of the heat meter such that it overlaps the calibration interval and the service life of the heat meter from the AIP is increased to five years or 45000 hours.

На фиг. 1 показана упрощенная блок-схема первичного преобразователя расхода (ГШР) и измерительной системы (ИС) в составе теплосчетчика.FIG. 1 shows a simplified block diagram of a primary flow transducer (GShR) and a measuring system (IC) as part of a heat meter.

На фиг. 2 показана зависимость изменения относительных величин в заданных значениях сопро- 3 036718 тивления и частоты для обмотки ЭМР от изменения температуры.FIG. 2 shows the dependence of the change in the relative values in the given values of the resistance and frequency for the EMR winding on the temperature change.

На фиг. 3 показана зависимость изменения теплового шума резисторов при заданном значении температуры 20°C в зависимости от изменения температуры.FIG. 3 shows the dependence of the change in the thermal noise of resistors at a given temperature value of 20 ° C, depending on the temperature change.

На фиг. 4 показана зависимость изменения коэффициента теплового шума от изменения температуры.FIG. 4 shows the dependence of the change in the thermal noise figure on the change in temperature.

На фиг. 5а, фиг. 5б показан принцип компенсации дрейфа 0.FIG. 5a, fig. 5b shows the principle of drift compensation 0.

Устройство на фиг. 1 содержит: электромагнитный расходомер 1, состоящий из участка трубопровода 2, изолированного от содержащейся в нем жидкости футеровкой из диэлектрика. На измерительном участке, которого установлена магнитная система с катушками 3 и электродами 4 (контактами) Э1-Э2, расположенными ортогонально оси магнитной системы и контактирующими с электропроводящей жидкостью 5 в составе первичного преобразователя расхода (НИР) 7. Трубопровод 2 полностью заполнен электропроводящей жидкостью 5.The device in FIG. 1 contains: an electromagnetic flowmeter 1, consisting of a section of the pipeline 2, isolated from the liquid contained in it by a dielectric lining. On the measuring section, which is equipped with a magnetic system with coils 3 and electrodes 4 (contacts) E1-E2, located orthogonal to the axis of the magnetic system and in contact with an electrically conductive liquid 5 as part of the primary flow transducer (R&D) 7. Pipeline 2 is completely filled with electrically conductive liquid 5.

Теплосчетчик 21, под условным названием AT-А, включающий измерительную систему (ИС) 20 содержащую формирователь тока 8, предварительный усилитель 9, усилитель напряжения 10, генератор тока 11, переключатель 12, автономный источник питания 13, аналого-цифровой преобразователь (АЦН) 14, микроконтроллер 15, блок памяти 16, индикатор 17, клавиатуру 18, интерфейс обмена данными 19.Heat meter 21, code-named AT-A, including a measuring system (IC) 20 containing a current driver 8, a preamplifier 9, a voltage amplifier 10, a current generator 11, a switch 12, an autonomous power source 13, an analog-to-digital converter (ADS) 14 , microcontroller 15, memory unit 16, indicator 17, keyboard 18, data exchange interface 19.

Канал питания (подмагничивания) катушек 3 состоит из формирователя тока 8, генератора тока 11, микроконтроллера 15 и автономного источника питания 13.The power (bias) channel of the coils 3 consists of a current driver 8, a current generator 11, a microcontroller 15 and an autonomous power source 13.

Измерительный канал расхода текучих сред контролируемой жидкости состоит из ННР 7, предварительного усилителя 9, переключателя 12, АЦН 14, микроконтроллера 15 и автономного источника питания 13.The measuring channel for the flow of fluids of the liquid under control consists of ННР 7, a preamplifier 9, a switch 12, ATSN 14, a microcontroller 15 and an autonomous power source 13.

Измерительный канал температуры состоит из датчика температуры 6, генератора тока возбуждения и усилителя сигнала 10, переключателя 12, АЦН 14, микроконтроллера 15 и автономного источника питания 13. AT-A содержит 3 измерительных канала температуры. Третий датчик температуры может использоваться для измерения температуры атмосферы.The temperature measuring channel consists of a temperature sensor 6, an excitation current generator and signal amplifier 10, a switch 12, ATSN 14, a microcontroller 15 and an autonomous power source 13. AT-A contains 3 temperature measuring channels. A third temperature sensor can be used to measure the temperature of the atmosphere.

Автономный источник питания постоянного тока 13 состоит из двух последовательно соединенных батарей обеспечивающих напряжение питания 7,2 В, и обладающих емкостью 19 Ач.Autonomous DC power supply 13 consists of two series-connected batteries providing a supply voltage of 7.2 V, and having a capacity of 19 Ah.

Совокупность блоков: микроконтроллера 15; блока памяти 16; индикатора 17; клавиатуры (сенсора) 18; интерфейса обмена данными 19 -выполняют функции расчета потребленных ресурсов, хранения результатов расчетов и обеспечивают обмен данными с потребителями (операторами, устройствами).The set of blocks: microcontroller 15; memory block 16; indicator 17; keyboard (sensor) 18; data exchange interface 19 - perform the functions of calculating consumed resources, storing calculation results and providing data exchange with consumers (operators, devices).

Контролируемая электропроводная жидкость 5, движущаяся через трубопровод 2, попадает в зону действия магнитного поля, создаваемого катушками 3 магнитной системой ЭМР 1 при протекании через него электрического тока. В результате чего по закону Фарадея об электромагнитной индукции, в ней индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), создающая на электродах 4 (Э1-Э2) разность потенциалов, то есть информационные сигналы U±, пропорциональные расходу в измерительном сечении (фиг. 1).The controlled electrically conductive liquid 5, moving through the pipeline 2, enters the zone of the action of the magnetic field created by the coils 3 of the magnetic system of the EMR 1 when an electric current flows through it. As a result, according to Faraday's law of electromagnetic induction, an electromotive force (EMF) is induced in it, which creates a potential difference on electrodes 4 (E1-E2), that is, information signals U ± proportional to the flow rate in the measuring section (Fig. 1).

Трубопровод 2 полностью заполнен электропроводящей жидкостью 5 и электроды Э1-Э2 4 контактируют с этой жидкостью.Pipeline 2 is completely filled with an electrically conductive liquid 5 and electrodes E1-E2 4 are in contact with this liquid.

Оператор подает команду с помощью клавиатуры 18 микроконтроллеру и считывает информацию с индикатора 17. Клавиатура состоит из датчика касания, функцией которого являются пролистывание меню, переход в подменю при длительном касании рукой оператора, запуск счета, сброс (обнуление) статистик отказов, перевод индикатора 17 в рабочий (активный) режим. Одиночные касания приводят к движению по ленте меню слева направо, двойные касания, в обратную сторону. Микроконтроллер 15 подсоединен (и питает) клавиатуру 18 и снимает информацию о количестве и длительностей касаний.The operator issues a command using the keyboard 18 to the microcontroller and reads information from the indicator 17. The keyboard consists of a touch sensor, the function of which is to scroll through the menu, go to a submenu with a long touch of the operator's hand, start counting, reset (zeroing) failure statistics, transfer indicator 17 to working (active) mode. Single touches lead to movement along the menu ribbon from left to right, double touches, in the opposite direction. The microcontroller 15 is connected (and powers) the keyboard 18 and takes information about the number and duration of touches.

В блоках формирователя тока 8 ключи К1, К2 являются неотделимой частью формирователя тока и находятся внутри него. Ключи К1, К2 и переключатель 12 являются бесконтактными логически управляемыми элементами.In the blocks of the current driver 8, the keys K1, K2 are an integral part of the current driver and are inside it. Keys K1, K2 and switch 12 are contactless, logic-controlled elements.

В блоках генератора тока 11 формируется ток, необходимый для выполнения измерений расхода с заявленной точностью. В этом случи при увеличении сигнала с электродов и соответственно росте соотношения сигнал/шум, появляется возможность снижать ток без снижения точности измерений. Микроконтроллер 15 задает требуемый ток с помощью управляющего сигнала с, также с помощью управляющего сигнала с производится отключение и перевод генератора тока 11 в режим пониженного энергопотребления. В свою очередь снижение тока возбуждения позволяет экономить потребление от автономного источника питания. Также благодаря тому, что генератор тока построен по схеме преобразователя мощности с КНД более 90%, появляется дополнительная возможность снизить потребление. Например, для активной нагрузки в R=30 Ом и токе в 1=50 мА нагрузка на АИН составит всего 11,57 мА.In the blocks of the current generator 11, the current is generated, which is necessary to perform flow measurements with the stated accuracy. In this case, with an increase in the signal from the electrodes and, accordingly, an increase in the signal-to-noise ratio, it becomes possible to reduce the current without reducing the measurement accuracy. The microcontroller 15 sets the required current with the help of the control signal c, and with the help of the control signal c, the current generator 11 is turned off and switched into a low power consumption mode. In turn, reducing the excitation current allows you to save consumption from an autonomous power source. Also, due to the fact that the current generator is built according to the scheme of a power converter with an LPC of more than 90%, there is an additional opportunity to reduce consumption. For example, for an active load of R = 30 Ohm and a current of 1 = 50 mA, the load on the AVI will be only 11.57 mA.

Указанные свойства отсутствуют в блоке выбранного прототипа, и его принцип заключается в измерении тока возбуждения с помощью измерительного шунта Ron.These properties are absent in the block of the selected prototype, and its principle is to measure the excitation current using a measuring shunt Ron.

В блоке памяти 16, содержится информация о потребленных ресурсах, событиях, возникших во время работы теплосчетчика (АТ-А), в режиме покоя, рабочем режиме и на стадии градуировки.The memory block 16 contains information about the consumed resources, events that occurred during the operation of the heat meter (AT-A), in rest mode, operating mode and at the calibration stage.

Нредварительный (согласующий) усилитель 9 согласует, усиливает дифференциальную составляющую сигнала и обеспечивает на своем входе подавление синфазного (продольного) напряжения помехи. Для устранения взаимного влияния все интегральные микросхемы по питанию обеспечены кон- 4 036718 денсаторами развязки. Во время оцифровки в АЦП обеспечена фильтрация сигнала. Интегратор, используемый в схеме коррекции смещения согласующего усилителя 9, позволяет повысить быстродействие измерительной схемы за счет быстрого входа на рабочий режим.The preliminary (matching) amplifier 9 matches, amplifies the differential component of the signal and provides suppression of the in-phase (longitudinal) voltage of the interference at its input. To eliminate mutual influence, all integrated circuits for power supply are provided with decoupling capacitors. During digitization, signal filtering is provided in the ADC. The integrator used in the offset correction circuit of the matching amplifier 9 makes it possible to increase the speed of the measuring circuit by quickly entering the operating mode.

АЦП 14 предназначен для оцифровки аналоговых сигналов расхода текучих сред и температур.ADC 14 is designed to digitize analog signals of flow rates of fluids and temperatures.

Выходы электродов Э1-Э2 ЭМР 1 через предварительный усилитель 9, переключатель 12, АЦП 14, соединены с микроконтроллером 15. При этом микроконтроллер 15 соединен с блоком памяти 16, индикатором 17, клавиатурой 18, интерфейсом обмена данными 19 и обшей шиной питания теплосчетчика 21 в точке Б.The outputs of the electrodes E1-E2 EMR 1 through a preamplifier 9, a switch 12, an ADC 14 are connected to the microcontroller 15. In this case, the microcontroller 15 is connected to the memory unit 16, the indicator 17, the keyboard 18, the data exchange interface 19 and the common power bus of the heat meter 21 V point B.

Выходы катушек 3 ЭМР 1 подсоединены через формирователь тока 8, опорный резистор Ron генератора тока 11 обшей шины питания теплосчетчика 21 в точке Б и электрически изолирован от местного защитного заземления в точке В. Положительному полюсу АИП 13 через генератор тока подсоединен к входу формирователя тока. Отрицательный полюс АИП 13 соединен с отрицательным полюсом устройства в точке Б. Управляющие выходы g1 и g2 микроконтроллера 15 подсоединены к входу формирователю тока 8 (через ключи К1, К2). Управляющий выход f микроконтроллера 15 подсоединен к переключателю 12. Управляющий выход е микроконтроллера 15 подсоединен к АЦП 14. Отрицательный выход генератора тока 11 подсоединен к входу переключателя 12. Выход АИП соединен с предварительным усилителем 9. Управляющие цепи всех упомянутых блоков в точках а-г соединены в точке д с управляющим выходом микроконтроллера (фиг. 1).The outputs of the coils 3 EMR 1 are connected through the current driver 8, the reference resistor Ron of the current generator 11 of the common power bus of the heat meter 21 at point B and is electrically isolated from the local protective ground at point B. The positive pole of the APS 13 is connected through the current generator to the input of the current driver. The negative pole of the APS 13 is connected to the negative pole of the device at point B. The control outputs g1 and g2 of the microcontroller 15 are connected to the input of the current driver 8 (through the keys K1, K2). The control output f of the microcontroller 15 is connected to the switch 12. The control output e of the microcontroller 15 is connected to the ADC 14. The negative output of the current generator 11 is connected to the input of the switch 12. The output of the APS is connected to the preamplifier 9. The control circuits of all the mentioned blocks are connected at points a-d at point d with the control output of the microcontroller (Fig. 1).

Датчик термометры 6 монтируются на подающем и обратном трубопроводах, их выходы через предварительные усилители напряжения 10, переключатель 12, АЦП 14 подсоединены ко входу, микроконтроллера 15. Управляющий вход предварительного усилителя напряжения в точке д подсоединен к управляющему выходу микроконтроллера в точке г.The thermometer sensor 6 is mounted on the supply and return pipelines, their outputs through voltage preamplifiers 10, switch 12, ADC 14 are connected to the input of the microcontroller 15. The control input of the voltage preamplifier at point d is connected to the control output of the microcontroller at point d.

Теплосчетчик (АТ-А) разработан на базе ЭМР, заявителя, для трубопроводов диаметров от 15 до 300 мм.The heat meter (AT-A) was developed on the basis of the EMR, the applicant, for pipelines with diameters from 15 to 300 mm.

Предварительный усилитель 9 разработан на основе интегральной микросхемы типа AD8221 фирмы Analog Devices (США).Preamplifier 9 is developed on the basis of an AD8221 integrated circuit from Analog Devices (USA).

В устройстве в качестве усилителя и генератора тока с целью питании датчиков температуры 10, переключателя 12, аналого-цифрового преобразователя 14, микроконтроллера 15, используется интегральная микросхема типа ADuCM362 фирмы Analog Devices (США).The device uses an ADuCM362 integrated circuit from Analog Devices (USA) as an amplifier and a current generator to power the temperature sensors 10, switch 12, analog-to-digital converter 14, microcontroller 15.

В устройстве используется блок памяти 16 типа SST26VF016B фирмы Microchip (США), индикатор 17 типа DOGM204 фирмы Electronic Assembly GMBH (Германия).The device uses a memory block 16 of type SST26VF016B from Microchip (USA), indicator 17 of type DOGM204 from Electronic Assembly GMBH (Germany).

Формирователь тока 8 разработан на основе интегральной микросхемы типа DRV8838 фирмы Texas Instruments (США).The current shaper 8 is developed on the basis of an integrated circuit of the DRV8838 type from Texas Instruments (USA).

Генератор тока 11 разработан на основе интегральной микросхемы типа TPS54202 Texas Instruments (США). Датчик тока в составе генератора тока 11 разработан на основе токового усилителя собранного на интегральной микросхеме типа INA282 фирмы Texas Instruments (США), в качестве чувствительного элемента (токового шунта) использован прецизионный резистор (R=0.1 Ом, мощностью 0.25 Вт фирмы VISHAY (США)).The current generator 11 is developed on the basis of an integrated circuit of the TPS54202 type by Texas Instruments (USA). The current sensor as part of the current generator 11 is developed on the basis of a current amplifier assembled on an INA282 integrated microcircuit (Texas Instruments, USA); a precision resistor (R = 0.1 Ohm, 0.25 W from VISHAY (USA) was used as a sensitive element (current shunt) ).

Сенсорная клавиатура 18 разработана на основе интегральной микросхемы AT42QT1010 фирмы Microchip (США).The touch keyboard 18 is developed on the basis of an AT42QT1010 integrated circuit from Microchip (USA).

Датчики температуры 6 представляют собой покупные серийно выпускаемые термометры с чувствительными платиновыми элементами класса 3 (Россия).Temperature sensors 6 are commercially available commercially available thermometers with sensitive platinum elements of class 3 (Russia).

Автономный источник питания 13 разработан на базе батарей типа ER34615 (Китай) и контроллера питания LTC4412 Analog Devices (США).The autonomous power supply 13 is developed on the basis of ER34615 batteries (China) and an Analog Devices LTC4412 power controller (USA).

Все перечисленные электрорадиоэлементы известны и выпускают в отечественной и зарубежной электронной промышленности.All of the listed electrical radio elements are known and produced in the domestic and foreign electronic industry.

Функционирование устройства (фиг. 1) при определении расхода электропроводящей жидкости в трубопроводах малых диаметров (от 15 мм до 300 мм) происходит в рабочем режиме (нормальный или активный режим работы устройства) при полностью заполненном трубопроводе 2 контролируемой электропроводящей жидкостью 5. При этом режиме блоки: предварительный усилитель 9, формирователь тока 8, генератор тока 11, переключатель 12, АЦП 14, микроконтроллер 15, блок памяти 16, индикатор 17 и клавиатура 18 питаются от автономного источника питания 13. Кроме того блок памяти 16, способен сохранять информацию даже при отсутствии питания.The operation of the device (Fig. 1) when determining the flow rate of an electrically conductive liquid in pipelines of small diameters (from 15 mm to 300 mm) occurs in the operating mode (normal or active mode of operation of the device) when the pipeline 2 is completely filled with a controlled electrically conductive liquid 5. In this mode, the blocks : preamplifier 9, current driver 8, current generator 11, switch 12, ADC 14, microcontroller 15, memory unit 16, indicator 17 and keyboard 18 are powered from an autonomous power source 13. In addition, memory unit 16 is able to store information even in the absence nutrition.

В устройстве под управлением микроконтроллера 15 происходит обработка информационного сигнала U± с выходов электродов Э1-Э2 и сигнала тока катушки UI снимаемого с опорного резистора Ron генератора тока 11. Формирование тока через катушку происходит по управляющим логическим сигналам g1, g2 формируемым микроконтроллером (фиг. 1, табл. 1) и сигналу с формируемому микроконтроллером и управляющему генератором тока 11. Оцифровка информационного сигнала U_± и сигнала тока катушки UI происходит по управляющим командам f1,₂ и e, подаваемым микроконтроллером 15 соответственно на переключатель 12 и АЦП 14 согласно заранее составленному алгоритму и программе для микропроцессора (см. табл. 2). Оцифровка сигнала тока катушки UI происходит после подачи микрокон- 5 036718 троллером 15 команды f1 на переключатель 12 и команды е на АЦП. Оцифровка сигнала U± происходит после подачи микроконтроллером 15 команды f₂ на переключатель 12 и команд е на АЦП (см. табл. 2).The device under the control of the microcontroller 15 processes the information signal U ± from the outputs of the electrodes E1-E2 and the current signal of the coil UI taken from the reference resistor Ron of the current generator 11. The current through the coil is generated according to the control logic signals g1, g2 generated by the microcontroller (Fig. 1 Table 1) and the signal generated by the microcontroller and the control current generator 11. Digitization of the information signal U _± and the coil current signal UI occurs according to the control commands f1, ₂ and e supplied by the microcontroller 15 to the switch 12 and the ADC 14, respectively, according to a pre-compiled algorithm and the program for the microprocessor (see Table 2). Digitization of the current signal of the coil UI occurs after the microcon- 5 036718 troller 15 sends the f1 command to the switch 12 and the e command to the ADC. Digitization of the signal U ± occurs after the microcontroller 15 sends the command f ₂ to the switch 12 and the commands e to the ADC (see Table 2).

Таблица 1Table 1

gl gl g2 g2 Напряжение на Ron, Ui Voltage on Ron, Ui Ток катушки, I Coil current, I Усиленное напряжение на электродах, kU±_v Enhanced voltage on electrodes, kU ± _v Положение ключей формирователя тока The position of the keys of the current driver К1 K1 К2 K2 1 one 0 0 ц c 1₊ 1 ₊ kU_+v kU _{+ v} Замкнут Closed Разомкнут Open 0 0 1 one ц c I. I. kU._v kU. _v Разомкнут Open Замкнут Closed 0 0 0 0 0 0 0 0 ±U₀ ± U ₀ Разомкнут Open Разомкнут Open

Таблица 2table 2

Управляющие команды микроконтроллера Microcontroller control commands Переключатель Switch АЦП ADC Вход микроконтроллера Microcontroller input е e f f положение position выход output вход entrance выход output вход entrance оцифровать digitize fl fl 1 one Ц C Ur Ur U’j U'j U’i U'i оцифровать digitize f₂ f ₂ 2 2 kU± kU ± kU± kU ± kU*± kU * ± kU’± kU '± - - f₃...f ₃ ... 3 ... 3 ... резервные каналы backup channels - - - - - -

При этом напряжение от автономного источника питания 13 через генератор тока 11, формирователь тока 8 поступает на вход катушек 3. Формирование тока питания разной полярности I+, I. катушек в виде меандра происходит при подаче на вход формирователя тока 8 прямоугольных логических сигналов g1, g2 от микроконтроллера 15. После обеспечения питания катушек 3 и остальных блоков. Под воздействием движущейся электропроводящей жидкости 5 на электродах Э1-Э2 4 ЭМР 1 индуцируется информационный сигнал U±, который поступает на вход предварительного усилителя 9, затем согласованный и усиленный информационный сигнал kU± с выхода предварительного усилителя 9 через переключатель 12 поступает на вход АЦП 14. Оцифрованный информационный сигнал kU’± с выхода АЦП 14 поступает на микроконтроллер 15.In this case, the voltage from the autonomous power source 13 through the current generator 11, the current driver 8 is fed to the input of the coils 3. The formation of the supply current of different polarity I +, I. The coils in the form of a meander occurs when rectangular logical signals g1, g2 from microcontroller 15. After providing power supply for coils 3 and other units. Under the influence of a moving electrically conductive liquid 5, an information signal U ± is induced on the electrodes E1-E2 4 of the EMR 1, which is fed to the input of the preamplifier 9, then the matched and amplified information signal kU ± from the output of the preamplifier 9 is fed through the switch 12 to the input of the ADC 14. The digitized information signal kU '± from the output of the ADC 14 is fed to the microcontroller 15.

Кроме того, сигнал с выхода датчика тока UI, снимаемый с опорного резистора Ron, поступает через переключатель 12 на вход АЦП. Оцифрованный сигнал тока катушки U’I с выхода АЦП подается на вход микроконтроллера 15.In addition, the signal from the output of the current sensor UI, taken from the reference resistor Ron, is fed through the switch 12 to the ADC input. The digitized signal of the current of the U'I coil from the ADC output is fed to the input of the microcontroller 15.

Задача измерения температуры сводится к определению значения сопротивления терморезисторов 6 (датчиков температуры). И на основе значения сопротивления рассчитывается температура с использованием полинома, зависящего от типа терморезистора.The task of measuring the temperature is reduced to determining the resistance value of the thermistors 6 (temperature sensors). And based on the resistance value, the temperature is calculated using a polynomial depending on the type of thermistor.

Также с выходов датчиков температуры 6 аналоговый сигнал Uti согласован, усилен в усилителях напряжения 10 и через переключатель 12 поступает на вход АЦП 14, после оцифровки, сигналы kU’ti поступают на микроконтроллер 15 для дальнейшей обработки, согласно составленному алгоритму и программе.Also, from the outputs of the temperature sensors 6, the analog signal Uti is matched, amplified in voltage amplifiers 10 and through the switch 12 is fed to the input of the ADC 14, after digitization, the kU'ti signals are fed to the microcontroller 15 for further processing, according to the compiled algorithm and program.

Таким образом, на вход микроконтроллера 15 поступают следующие оцифрованные информационные сигналы: сигнал тока катушки U’I снимаемый с опорного резистора Ron генератора тока 11 (при любом состоянии ключей К1, К2 формирователя тока 8); усиленный, оцифрованный информационный сигнал kU’_± с выхода предварительного усилителя 9, оцифрованные, усиленные информационные сигналы kU’ti с выходов усилителей напряжения 10. Эти сигналы, то есть сигнал тока катушки U’I усиленный информационные сигналы kU’_± и kU’_ti несут информацию о величине расхода контролируемой жидкости.Thus, the following digitized information signals are fed to the input of the microcontroller 15: the coil current signal U'I taken from the reference resistor Ron of the current generator 11 (for any state of the keys K1, K2 of the current driver 8); amplified, digitized information signal kU ' _± from the output of the preamplifier 9, digitized, amplified information signals kU'ti from the outputs of voltage amplifiers 10. These signals, that is, the coil current signal U'I, amplified information signals kU' _± and kU ' _ti carry information on the flow rate of the controlled liquid.

Согласно составленному алгоритму и программе для микроконтроллера, сигнал тока катушки U’I, усиленные информационные сигналы kU’± и kU’ti обрабатываются и преобразуются в значения расхода, плотности и тепловой мощности и запоминаются в оперативной памяти микроконтроллера 15.According to the compiled algorithm and program for the microcontroller, the coil current signal U'I, amplified information signals kU '± and kU'ti are processed and converted into values of flow, density and heat power and are stored in the RAM of the microcontroller 15.

Результаты измерений сохраняются в оперативной памяти микроконтроллера 15 до поступления новых измерений в следующем измерительном цикле Т_ИЗМ. при этом старые измерения в оперативной памяти заменяются новыми. А также согласно командам микроконтроллера 15 запоминаются и сохраняются в блоке памяти 16 и при действии клавиатуры 18 выводятся на индикатор 17. Далее процесс повторяется. Ввод параметров и управление устройством осуществляется оператором при помощи клавиатуры 18 и через интерфейс обмена данными 19.The measurement results are stored in the RAM of the microcontroller 15 until new measurements are received in the next measuring cycle T _MEZ . the old measurements in the RAM are replaced with new ones. And also according to the commands of the microcontroller 15 are memorized and stored in the memory unit 16 and, when the keyboard 18 is activated, are displayed on the indicator 17. Then the process is repeated. The input of parameters and the control of the device is carried out by the operator using the keyboard 18 and through the data exchange interface 19.

Формированные диаграммы расхода, в цепях коммутации и управления теплосчетчика, приводятся в тексте выбранного прототипа устройства.The generated flow diagrams in the switching and control circuits of the heat meter are given in the text of the selected prototype of the device.

Функционирование устройства в режиме покоя (холостого хода), отличается от рабочего тем, что устройство находится в состоянии минимального энергопотребления, при этом все функциональные не- 6 036718 задействованные блоки отключены от электропитания. Эксперименты в режиме покоя можно проводить на стадии калибровки теплосчетчика. Цель проведения такого эксперимента следует из постановки задачи предполагаемого изобретения, т.е. созданы оптимального автономного теплосчетчика с АИП 13.The operation of the device in rest (idle) mode differs from the working one in that the device is in a state of minimum power consumption, while all functional non-6 036718 involved blocks are disconnected from the power supply. Experiments in rest mode can be carried out at the stage of calibrating the heat meter. The purpose of such an experiment follows from the statement of the problem of the proposed invention, i.e. created an optimal autonomous heat meter with AIP 13.

Известно, что суммарное значение помех создает не благоприятные условия для работы устройства. Исходя из этого на фиг. 2 приводится относительное значение теплового шума в зависимости от температуры при заданных разных значениях полосы частот и активного сопротивления обмотки 3 ЭМР 1, к начальному значению (при температуре 20°C). С помощью этой зависимости можно определить напряжение шума в цепи подмагничивания индуктора.It is known that the total interference value creates unfavorable conditions for the device operation. On this basis, in FIG. 2, the relative value of thermal noise, depending on temperature, at the given different values of the frequency band and active resistance of the winding 3 of the EMR 1, is given to the initial value (at a temperature of 20 ° C). Using this relationship, you can determine the noise voltage in the inductor magnetizing circuit.

Для определения напряжения теплового шума на разных резисторах, например, на опорном сопротивлении генератора тока 11, на сопротивлении цепи коммутации АЦП 14 в теплосчетчике, при заданном начальном значении температуры 20°C, построена зависимость изменения напряжения теплового шума от изменения полосы частот и дискретных значениях активного сопротивления (резисторы) фиг. 3.To determine the thermal noise voltage across different resistors, for example, on the reference resistance of the current generator 11, on the resistance of the ADC 14 switching circuit in the heat meter, at a given initial temperature value of 20 ° C, the dependence of the thermal noise voltage change on the frequency band change and discrete values of the active resistances (resistors) of FIG. 3.

В диапазоне температур 30-150°C, (особенно в диапазоне 30-90°C), для определения напряжения теплового шума в отличии от напряжения теплового шума при 20°C, введено понятие температурный коэффициент шума. Это позволяет переходить от 20°C к другому значению температуры рис.4 и определять текущее значение напряжения теплового шума в цепи ЭМР 1. В табл. 3 приводиться начальное значение напряжения теплового шума при температуре 20°C при разных характерных значениях полосы частот и активного сопротивления катушки ЭМР.In the temperature range of 30-150 ° C, (especially in the range 30-90 ° C), to determine the thermal noise voltage as opposed to the thermal noise voltage at 20 ° C, the concept of temperature noise figure is introduced. This allows you to go from 20 ° C to another temperature value in Fig. 4 and determine the current value of the thermal noise voltage in the EMR circuit 1. In table. 3 shows the initial value of the thermal noise voltage at a temperature of 20 ° C at different characteristic values of the frequency band and active resistance of the EMR coil.

Таблица 3Table 3

Полоса частот Frequency band 1,0Гц 1.0Hz 10Гц 10Hz 100Гц 100Hz Сопротивление обмотки ЭМР при температуре 20°С, Ом EMR winding resistance at a temperature of 20 ° C, Ohm 22 22 36 36 22 22 36 36 22 22 36 36 Напряжение шума в обмотке ЭМР при температуре 20°С, В Noise voltage in the EMR winding at a temperature of 20 ° C, V 5,9-1О’¹⁰ 5,9-1O ^'10 7,6-10'¹⁰ 7,6-10 ^'10 1,83-10'⁹ 1.83-10 ' ⁹ 2,39-10'⁹ 2,39-10 ' ⁹ 5,94-10’⁹ 5.94-10 ' ⁹ 7,6-10’⁹ 7.6-10 ' ⁹

Принцип работы устройства основан на взаимодействии движущейся контролируемой электропроводящей жидкости 5 с магнитным полем катушек 3 и заключается в следующем: при заполненном трубопроводе 2 электропроводящей жидкостью 5 с помощью формирователя тока 8 генератор тока 77 питает знакопеременным током катушки 3 магнитной системы ЭМР 1, создающей магнитное поле в области вблизи электродов Э1-Э2 в измерительных точках, фиг. 1. При движении жидкости 5 в магнитном поле индуцируется ЭДС, наводящая на электродах Э1-Э2 4 ЭМР сигнал U± пропорциональный расходу контролируемой жидкости в измерительном сечении и индукции магнитного поля. Сигналы U_± после согласования и усиления предварительным усилителем 9, оцифровки в АЦП 14 и обработке в микроконтроллере 15, где согласно предварительно составленному алгоритму и программе обрабатываются в измерения расхода контролируемой жидкости. В результате чего на выходе микроконтроллера 15 получают значения объемного расхода G контролируемой жидкости. При этом, под воздействием температуры контролируемой жидкости 5 изменяются сопротивления датчиков температуры 6, в результате чего на выходе усилителя напряжения 10 регистрируют сигналы пропорционально измеряемых температур.The principle of operation of the device is based on the interaction of a moving controlled electrically conductive liquid 5 with the magnetic field of the coils 3 and is as follows: when the pipeline 2 is filled with an electrically conductive liquid 5, using the current driver 8, the current generator 77 feeds the coil 3 of the magnetic system EMR 1, which creates a magnetic field in areas near electrodes A1-A2 at measuring points, FIG. 1. When the liquid 5 moves in a magnetic field, an EMF is induced, which induces an EMR signal U ± on the electrodes E1-E2 4 proportional to the flow rate of the controlled liquid in the measuring section and the magnetic field induction. The signals U _± after matching and amplification by the preamplifier 9, digitizing in the ADC 14 and processing in the microcontroller 15, where, according to the previously compiled algorithm and program, are processed into measuring the flow rate of the liquid under control. As a result, at the output of the microcontroller 15, the values of the volumetric flow rate G of the controlled liquid are obtained. In this case, under the influence of the temperature of the monitored liquid 5, the resistances of the temperature sensors 6 change, as a result of which signals proportional to the measured temperatures are recorded at the output of the voltage amplifier 10.

Принцип работы датчика температуры. При прохождении контролируемой жидкости 5 через трубопровод 2 с определенной начальной температурой, происходит изменение сопротивления датчика температуры 6 от начального значения Rн. Благодаря прохождению через датчик температуры тока возбуждения действует, согласно по закону Ома. На нем возникает напряжение равное произведению величин текущего сопротивления датчика в зависимости температуры и тока возбуждения (пытаны).The principle of operation of the temperature sensor. When the controlled liquid 5 passes through the pipeline 2 with a certain initial temperature, the resistance of the temperature sensor 6 changes from the initial value Rн. Due to the passage through the temperature sensor, the excitation current acts according to Ohm's law. A voltage appears on it equal to the product of the values of the current resistance of the sensor depending on the temperature and the excitation current (tried).

С целью защиты электродов Э1, Э2 от электролитической поляризации, катушки 3 ЭМР, питают знакопеременным сигналом, прямоугольной формы (импульсное питание).In order to protect the electrodes E1, E2 from electrolytic polarization, the EMR coils 3 are fed with an alternating signal, rectangular shape (pulse power supply).

Для обеспечения энергосбережения и автономного питания теплосчетчика снижают общее энергопотребление путем снижения тока возбуждения катушек ЭМР. Ток выбирается исходя из принципа достаточности, т.е. силы тока должно хватить для проведения измерения расхода с заявленной погрешностью в заявленном динамическом диапазоне расходов и не более. Увеличивают период цикла Т_ИЗМ, снижают время нахождения схемы, в активном режиме.To ensure energy saving and autonomous power supply of the heat meter, the total energy consumption is reduced by reducing the excitation current of the EMR coils. The current is selected based on the principle of sufficiency, i.e. the current strength should be sufficient to measure the flow rate with the declared error in the declared dynamic range of flow rates and no more. Increase the period of the cycle T _ISM , reduce the time spent by the circuit in the active mode.

Основными потребителями энергии являются ЭМР, микроконтроллер в активном режиме, усилители, дисплей (в основном его подсветка) и интерфейс связи 19. Для снижения потребления интерфейс связи обеспечивается питанием от внешних устройств и не активен при отсутствии внешнего питания. Ток в катушки ЭМР подается по времени ровно столько, сколько требуется для завершения переходного процесса и выполнения измерений силы тока и разностного напряжения на измерительных электродах. Для адаптации к изменяющимся условиям - оценка длительности переходного процесса проводится постоян- 7 036718 но с момента подачи тока на катушки и до выхода тока в насыщение. Усилители 9, 10 обеспечиваются питанием исключительно на время выполнения измерений, также ток на датчики температуры подается только на время измерения температур, с учетом необходимости выдержать переходный процесс.The main consumers of energy are EMR, microcontroller in active mode, amplifiers, display (mainly its backlight) and communication interface 19. To reduce consumption, the communication interface is supplied with power from external devices and is not active in the absence of external power. The current in the EMR coils is supplied in time exactly as long as it takes to complete the transient process and perform measurements of the current strength and the difference voltage at the measuring electrodes. To adapt to changing conditions, the duration of the transient process is assessed continuously, but from the moment the current is applied to the coils and until the current reaches saturation. Amplifiers 9, 10 are supplied with power exclusively for the duration of the measurements, and the current is supplied to the temperature sensors only during the temperature measurement, taking into account the need to withstand the transient process.

Основная погрешность при измерении расхода кроется в дрейфе постоянной составляющей напряжения снятого с электродов 4 (фиг. 1) и усиленного усилителем 9: kU+ снятого при положительной полярности тока возбуждения; kU- снятого при отрицательной полярности. В результате получаем сигнал U=kU±+Δ, где kU± усиленный разностный сигнал, равный K(U±-U^-)=Δ, где Δ складывается из дрейфа смещения усилителя 9 между измерениями U+ и U., и шума. Так как дрейф смещения связан с фликер шумом, то существенно сократить его можно путем снижения интервала времени между измерениями U₊и U., в идеале измерения U+ и U.. необходимо проводить одновременно, (что физически невозможно) поэтому следует проводить измерения последовательно с минимальными задержками. В силу индуктивного характера сопротивления магнитной системы ток устанавливается в ней не мгновенно. Соответственно стоит рассмотреть способ компенсации, который способствует снижению дрейфа рабочей точки усилителя 9. Для чего следует провести серию измерений вида U₊₁, U-, U+2 либо U-1, U₊, U_-2 и затем рассчитать среднее значение крайних измерений, которое использовать в расчете объемного расхода. В приведенном выше методе берется предположение, что дрейф рабочей точки усилителя на коротком интервале времени описывается линейным уравнением. Даже в случае отклонения от линейности - получим ошибку явно меньшую, чем при использовании серии из двух измерений. Фиг. 5а и фиг. 5б демонстрируют вышеописанный способ, е - ошибка измерения разностного напряжения U₊ -U., вызванная дрейфом смещения усилителя 9, при выполнении серии измерений U₊, U_, e' - ошибка после использования вышеописанного способа. Следует отметить, что описанный метод компенсации возникавшегося дрейфа рабочей точки усилителя позволяет проводить измерения не дожидаясь полного завершения переходного процесса напряжения на выходе усилителя 9, после подачи на него питания. Что выгодно отличает АТ-А от выбранного прототипа. Так как существенно снижается время нахождения усилителя в активном режиме, что дает дополнительную экономию энергии, расходуемой от АИП 13 (согласно документации на микросхему усилителя 9, время установления смещения после подачи питания составляет ~7 с), а также позволяет снизить систематическую погрешность измерения. Далее аналогичные действия повторяются в каждом новом Т_ИЗМ. цикле.The main error in measuring the flow rate lies in the drift of the constant component of the voltage taken from the electrodes 4 (Fig. 1) and amplified by the amplifier 9: kU + excitation current taken with positive polarity; kU- removed with negative polarity. As a result, we obtain a signal U = kU ± + Δ, where kU ± is an amplified difference signal equal to K (U ± -U ^- ) = Δ, where Δ is the sum of the offset drift of the amplifier 9 between the measurements of U + and U., and noise. Since the offset drift is associated with flicker noise, it can be significantly reduced by reducing the time interval between measurements of U ₊ and U., ideally, measurements of U + and U .. should be carried out simultaneously, (which is physically impossible), therefore, measurements should be taken sequentially with minimum delays. Due to the inductive nature of the resistance of the magnetic system, the current is not established in it instantly. Accordingly, it is worth considering a compensation method that helps to reduce the drift of the operating point of the amplifier 9. To do this, take a series of measurements of the form U ₊₁ , U-, U + 2 or U-1, U ₊ , U _-2 and then calculate the average value of the extreme measurements to use in calculating the volume flow. The above method assumes that the drift of the amplifier operating point over a short time interval is described by a linear equation. Even in the case of deviation from linearity, we will get an error that is clearly smaller than when using a series of two measurements. FIG. 5a and FIG. 5b demonstrate the above-described method, e is the error in measuring the difference voltage U ₊ -U. Caused by the offset drift of the amplifier 9 when performing a series of measurements U ₊ , U_, e '- the error after using the above-described method. It should be noted that the described method of compensating for the resulting drift of the operating point of the amplifier makes it possible to carry out measurements without waiting for the complete completion of the transient process of the voltage at the output of the amplifier 9, after energizing it. What distinguishes AT-A from the selected prototype. Since the time spent by the amplifier in the active mode is significantly reduced, which gives additional energy savings from the AIP 13 (according to the documentation for the amplifier microcircuit 9, the bias settling time after power is applied is ~ 7 s), and also allows to reduce the systematic measurement error. Further, similar actions are repeated in each new T _ISM . cycle.

Способ реализации теплосчетчика с автономным источником питания 13 осуществляют, с учетом того, что задачей АТ-А (теплосчетчика) является измерение значений объемного расхода и температур контролируемой жидкости в трубопроводах малых диаметров. Систем отопления, горячего (ГВС) и холодного (ХВС) водоснабжения и по уравнениям, приведенным в МИ 2714 расчете потребленного тепла.The method of implementing a heat meter with an autonomous power source 13 is carried out taking into account the fact that the task of the AT-A (heat meter) is to measure the values of the volumetric flow rate and temperatures of the controlled liquid in pipelines of small diameters. Heating systems, hot (DHW) and cold (HVS) water supply and according to the equations given in MI 2714 for calculating the consumed heat.

Этап 1. В режиме отсутствия расхода теплоносителя на поверочной установке (нулевом значении расхода поверочной среды, т.е. режиме покоя) фиг. 1, определяют внутренние источники шумов. Шумы, возникающие в результате случайных флуктуаций внутри теплосчетчика, таких как тепловой и дробовой шумы.Stage 1. In the mode of no flow rate of the coolant at the calibration facility (zero value of the flow rate of the test medium, ie, at rest), FIG. 1 determine the internal noise sources. Noises resulting from random fluctuations inside the heat meter, such as thermal and shot noise.

Для решения поставленной задачи, наиболее интерес представляет, изучение теплового шума. Мощность теплового шума равномерно распределяется по частоте и имеет бесконечно много частотных составляющих. Его мгновенное значение можно определить лишь при вероятностном анализе. Среднее значение теплового шума равно нулю, а эффективное значение определяют из уравнения ^ие = Τΐΐ/ο, где k=1,38-10^-23 - постоянная Больцмана, Дж/К; θ-абсолютная температура, К; В - полоса пропускание шумов, Гц; R - сопротивление, Ом.To solve this problem, the most interesting is the study of thermal noise. Thermal noise power is evenly distributed in frequency and has infinitely many frequency components. Its instantaneous value can only be determined by probabilistic analysis. The average value of the thermal noise is zero, and the effective value is determined from the equation ^and e = Τΐΐ / ο, where k = 1.38-10 ^-23 is the Boltzmann constant, J / K; θ-absolute temperature, K; B - noise transmission bandwidth, Hz; R - resistance, Ohm.

Изменения относительного значения напряжения теплового шума в цепи катушки 3 ЭМР 1, (фиг. 1) при заданных характерных значениях полосы частот и разных активных сопротивлениях обмотки этойChanges in the relative value of the thermal noise voltage in the circuit of the coil 3 EMR 1, (Fig. 1) at the given characteristic values of the frequency band and different active resistances of the winding of this

UО =--— ⁰ и цепи, показана на фиг. 2 и табл. 3. На фиг. 2 относительное напряжение теплового шума равно ·^{20 <:}, где U с индексом m - текущее, н - начальное значения напряжений теплового шума.UO = - - ⁰ and the circuit shown in Fig. 2 and tab. 3. In FIG. 2 the relative voltage of thermal noise is ^{20 <:,} where U with index m is the current, n is the initial value of the thermal noise voltages.

Как следует из графика, изменение частоты от 1 Гц до 100 Гц и активного сопротивления обмотки 22 Ом и 36 Ом, напряжение теплового шума в обмотке ЭМР изменяется незначительно. При начальной температуре 20°C напряжения теплового шума указаны в таблице 3. Например, согласно фиг. 2 и табл. 3 при заданном значении температуры 30°C, начальной температуре 20°C, сопротивлении обмотки 36 Ом и полосе частот 1 Гц напряжение теплового шума в катушке будет 1,02·7,610^-10=7,75210^-10 В.As follows from the graph, the change in frequency from 1 Hz to 100 Hz and the active resistance of the winding is 22 Ohm and 36 Ohm, the thermal noise voltage in the EMR winding changes insignificantly. At an initial temperature of 20 ° C, thermal noise voltages are shown in Table 3. For example, as shown in FIG. 2 and tab. 3 at a given temperature of 30 ° C, an initial temperature of 20 ° C, a winding resistance of 36 ohms and a frequency band of 1 Hz, the thermal noise voltage in the coil will be 1.02 7.610 ^-10 = 7.75210 ^-10 V.

Затем в режиме покоя ИС 20, определяют напряжение теплового шума в информационном канале НИР 7 содержащем катушки 3 ЭМР 1 при температуре 20°C, частоты и активного сопротивления катушки ЭМР. При этих же условиях, в широком диапазоне температуры (больше или меньше от 20°C), определяют текущее значение напряжения теплового шума ЭМР в зависимости изменения температуры как: Um=U'θ·U_н,₂₀°c где U'_e - относительный напряжение теплового шума в ЭМР фиг. 2; U_н^20°c - напряжение теплового шума в ЭМР при температуре 20°C полосе частот 1, 10, 100 Гц и активном сопротивлении 22, 36 Ом, согласно табл. 3.Then, in the rest mode of the IC 20, the thermal noise voltage in the R&D information channel 7 containing the EMR coil 3 at a temperature of 20 ° C, the frequency and active resistance of the EMR coil is determined. Under the same conditions, in a wide temperature range (more or less from 20 ° C), the current value of the EMR thermal noise voltage is determined depending on the temperature change as: Um = U'θU _n , ₂₀ ° c where U ' _e is the relative the thermal noise voltage in the EMR of FIG. 2; U _{n ^ 20} ° c is the thermal noise voltage in EMR at a temperature of 20 ° C in a frequency band of 1, 10, 100 Hz and an active resistance of 22, 36 Ohm, according to table. 3.

Таким способом дополнительно определяют текущие напряжения теплового шума обмотки ЭМР, при разных сопротивлениях и полосы частот.In this way, the current voltages of the thermal noise of the EMR winding are additionally determined, at different resistances and frequency bands.

- 8 036718- 8 036718

Этап 2. Также в режиме покоя определяют напряжения теплового шума на активных сопротивлении в разных цепях ИС 20, например, резисторах генераторов тока 11, на входных и выходных резисторах предварительного согласующего усилителя 9, микроконтроллера 15 и т.п. При нормальной (начальной) температуре 20°C, дискретных значениях активных сопротивлений (от 10 Ом до 1 МОм), на фиг. 3 показана зависимость изменения напряжения теплового шума от полосы частот. Для определения напряжения шума на резисторах при разных заданных значениях температур (больше 20°C), определяют (вводят понятие) температурный коэффициент шумов, позволяющий переходить от одного начального значения температуры к другому начальному значению температуры фиг. 4. На этой фигуре показана зависимость изменения температурного коэффициента шума от изменения текущего значения темпера^₌X₌lw_=1>05 ^ΰ 1β 1712 туры , г.дс ’ , где θ_m - текущее значение температуры; θ₂₀°_C - температура при 20°C. Например, согласно фиг. 3 при начальной температуре 20°C, полосе частот 100 Гц, сопротивления 100 Ом, напряжение теплового шума на этом резисторе равно 0,01 мкВ. В этих условиях при заданной температуре, например, 50°C, напряжение теплового шума на этом резисторе 100 Ом равно 0,01-1,05=0,105 мкВ.Stage 2. Also, in the rest mode, the thermal noise voltages are determined at active resistance in different circuits of the IC 20, for example, the resistors of the current generators 11, at the input and output resistors of the pre-matching amplifier 9, the microcontroller 15, etc. At a normal (initial) temperature of 20 ° C, discrete values of active resistances (from 10 Ohm to 1 MΩ), in Fig. 3 shows the dependence of the variation of the thermal noise voltage on the frequency band. To determine the noise voltage across the resistors at different preset temperature values (more than 20 ° C), the temperature noise coefficient is determined (introduced), which makes it possible to move from one initial temperature value to another initial temperature value in FIG. 4. This figure shows the dependence of the change in the temperature noise figure on the change in the current temperature value ^ ₌ X ₌ lw _{= 1> 05} ^ΰ 1β 1712 rounds, gds', where θ _m is the current temperature value; θ ₂₀ ° _C - temperature at 20 ° C. For example, referring to FIG. 3 at an initial temperature of 20 ° C, a frequency band of 100 Hz, a resistance of 100 Ω, the thermal noise voltage across this resistor is 0.01 μV. Under these conditions at a given temperature, for example, 50 ° C, the thermal noise voltage across this 100 ohm resistor is 0.01-1.05 = 0.105 μV.

Согласно фиг. 3 табл. 3 при заданных дискретных значениях активного сопротивления в разных схемах ИС (10 Ом, 40 Ом, 100 Ом, 1 кОм, 10 кОм, 100 кОм, 1 МОм), напряжения теплового шума, при нормальной температуре 20°C и температурном коэффициента шума (от 1, до 1,25) могут быть разные фиг. 4. Затем определяют текущее значение напряжения теплового шума в зависимости от изменения полосы частот (от 1 Гц до 1 МГц), т.е. U_e,f=K-U₂₀°_C, где U₂₀°_C - напряжение теплового шума при нормальной температуре 20°C и при дискретных значениях активного сопротивления в цепях ИС 20 в зависимости от изменения полосы частот (табл. 3 фиг. 3).As shown in FIG. 3 tab. 3 at given discrete values of active resistance in different IC circuits (10 Ohm, 40 Ohm, 100 Ohm, 1 kOhm, 10 kOhm, 100 kOhm, 1 MOhm), thermal noise voltage, at a normal temperature of 20 ° C and temperature noise figure (from 1 to 1.25) there may be different FIGS. 4. Then the current value of the thermal noise voltage is determined depending on the change in the frequency band (from 1 Hz to 1 MHz), i.e. U _e , f = KU ₂₀ ° _C , where U ₂₀ ° _C is the thermal noise voltage at a normal temperature of 20 ° C and at discrete values of the active resistance in the IC 20 circuits, depending on the change in the frequency band (Table 3 of Fig. 3).

Этап 3. В рабочем режиме работы теплосчетчика 21 (в условиях эксплуатации). Теплосчетчик питают от АИЛ 13, собранного из двух батарей типа ER34615. АИЛ 13 имеет малое внутренне сопротивление. Следовательно, через это сопротивление могут образоваться паразитные связи. Например, между согласующим усилителем 9, генератором тока 11, формирователем тока 8 и т.п. В данном случае обеспечивают нормальные условия эксплуатации теплосчетчика тем, что все выбранные блоки в устройстве имеют цепи развязки для защиты от проникновения внешних электромагнитных и синфазных помех в информационных и управляющих цепях, а также по цепям питания. По опыту эксплуатации теплосчечиков установлено, что падение постоянного напряжения в цепи развязки, не является недостатком, поскольку на входе первый каскад микросхем работает с сигналами малого уровня и для него не требуется большого напряжение питания.Stage 3. In the operating mode of the heat meter 21 (under operating conditions). The heat meter is powered by AIL 13, assembled from two ER34615 batteries. AIL 13 has low internal resistance. Consequently, parasitic connections can form through this resistance. For example, between the matching amplifier 9, the current generator 11, the current driver 8, etc. In this case, normal operating conditions of the heat meter are ensured by the fact that all the selected units in the device have decoupling circuits to protect against the penetration of external electromagnetic and common-mode interference in information and control circuits, as well as in power circuits. According to the experience of operating heat meters, it has been established that a DC voltage drop in the decoupling circuit is not a disadvantage, since at the input the first stage of microcircuits works with low-level signals and does not require a large supply voltage.

Этап 4. Наиболее рациональный способ создания магнитного поля (возбуждения) индуктора ППР 7, знакопеременный сигнал с прямоугольной формой меандра с положительной и отрицательной полуволной (длительностью одного меандра 60 мс), с интервалом паузы (сна длительностью 10-30 с) между меандрами. Сигнал разной полярности формируют под командой микроконтроллера 15 при действии управляющих сигналов e, f, g1, g2, c, поступающий к генератору тока 11, формирователь тока 8, переключатель 12, АЦП 14 и питание генератора тока с АИП 13 фиг. 1, табл. 1, 2. При полностью заполненном трубопроводе, движущимся теплоносителем, контроль работы автономного теплосчетчика 21 осуществляется оператором, по команде управляющего сигнала ж микроконтроллера 15. Согласующий усилитель 9, усилитель напряжения 10 выбирают с минимальным уровнями шумов, как по току, так и по напряжению. Ограничением эффективности указанного решения будет относительная медлительность дельта-сигма АЦП высокой разрядности с низким значением уровня собственных шумов. Следовательно, до выполнены оцифровки, выгодно фильтровать сигналов с выходов согласующих усилителей 9 и усилителя напряжения 10. Что в последействие улучшает соотношение сигнал/шум. Согласно составленной алгоритму и программ осуществляют измерения расхода текучих сред (жидкости) и запоминают в блоке памяти 16.Stage 4. The most rational way of creating a magnetic field (excitation) of the inductor PPR 7, an alternating signal with a rectangular meander shape with a positive and negative half-wave (duration of one meander 60 ms), with a pause interval (sleep duration 10-30 s) between meanders. A signal of different polarity is generated under the command of the microcontroller 15 under the action of the control signals e, f, g1, g2, c, supplied to the current generator 11, the current driver 8, the switch 12, the ADC 14 and the power supply of the current generator with the APS 13 of FIG. 1, tab. 1, 2. With a completely filled pipeline with a moving coolant, the operation of the autonomous heat meter 21 is monitored by the operator, at the command of the control signal w from the microcontroller 15. Matching amplifier 9, voltage amplifier 10 are selected with minimum noise levels, both in current and voltage. A limitation of the effectiveness of this solution will be the relative slowness of a high-bit delta-sigma ADC with a low noise floor. Therefore, before the digitization is performed, it is advantageous to filter the signals from the outputs of the matching amplifiers 9 and the voltage amplifier 10. This improves the signal-to-noise ratio as a aftereffect. According to the compiled algorithm and programs, the flow rate of fluids (liquid) is measured and stored in the memory unit 16.

Этап 5. На индикаторе 17 отображают информацию о состоянии работы теплосчетчика. Информацию о величине температуры, расхода контролируемой жидкости и т.д., получают на индикаторе 17, перелистывая меню теплосчетчика с помощью клавиатуры 18.Stage 5. The indicator 17 displays information about the state of the heat meter. Information about the temperature value, flow rate of the monitored liquid, etc., is obtained on the indicator 17 by scrolling through the heat meter menu using the keyboard 18.

Этап.6. Задают длительность измерительного цикла равной 30 с в случае питания от АИП 13 и одной секунде в случае питания от внешнего источника, ток возбуждения катушки 3 индуктора ППР 13 I₀=50 мА. Динамический диапазон измерения расхода R₀=1:400.Stage 6. Set the duration of the measuring cycle equal to 30 s in the case of power supply from AIP 13 and one second in the case of power supply from an external source, the excitation current of the coil 3 of the inductor ППР 13 I ₀ = 50 mA. Dynamic range of flow measurement R ₀ = 1: 400.

Ограничение динамического диапазона измерения расхода связывают по уровням собственных шумов электронной схемы фиг. 3 и первичного преобразователя расхода фиг. 2, 4 и табл. 3. Очевидно, во сколько раз будет снижен ток возбуждения I индуктора, во столько раз будет снижен и динамический диапазон, при условии, что параметры электрической схемы и алгоритма обработки останутся неизменными.The limitation of the dynamic range of flow measurement is related to the noise levels of the electronic circuit of FIG. 3 and the primary flow transducer of FIG. 2, 4 and tab. 3. Obviously, by how many times the excitation current I of the inductor will be reduced, the dynamic range will also be reduced by so many times, provided that the parameters of the electrical circuit and the processing algorithm remain unchanged.

Этап 7. Питание теплосчетчика может осуществлятся от встроенного источника питания 13 (напряжением 7,2 В) и внешнего источника постоянного напряжения (от 18 до 36 В). Встроенный источник питания 13 представляет собой два гальванических элемента 1,2, соединенных последовательно, емкостью 19 Ач каждый фиг. 1. При отсутствии внешнего питания, теплосчетчик работает исключительно отStage 7. The heat meter can be powered from the built-in power supply 13 (voltage 7.2 V) and an external source of constant voltage (from 18 to 36 V). The built-in power supply 13 consists of two galvanic cells 1, 2 connected in series, with a capacity of 19 Ah each, FIG. 1. In the absence of external power, the heat meter operates exclusively from

- 9 036718 встроенного источника питания 13, при этом режим работы перестраивается для обеспечения низкого потребления электрической энергии.- 9 036718 built-in power supply 13, while the operating mode is reconfigured to ensure low consumption of electrical energy.

Снижение потребления электрической энергии теплосчетчика обеспечивают следующим образом:Reducing the consumption of electrical energy of the heat meter is provided as follows:

увеличивают период опроса расхода контролируемой жидкости;increase the period of polling the flow rate of the controlled liquid;

отключают части схемы, функции которых не задействованы на текущий момент измерения расхода контролируемой жидкости;disconnect parts of the circuit, the functions of which are not involved at the current moment of measuring the flow rate of the controlled liquid;

для сокращении потребляемой мощности в автономном источнике питания 13 выбирают пониженный ток возбуждения катушки 3 ППР 7, чем ниже ток, тем меньше потребляемая мощность, выбирают минимальное напряжение питания теплосчетчика 3,3 В;to reduce the power consumption in the autonomous power source 13, select a reduced excitation current of the coil 3 of PPR 7, the lower the current, the less power consumption, select the minimum supply voltage of the heat meter 3.3 V;

во время между измерениями обеспечивают низкий уровень потребления электрической энергии всех блоков в теплосчетчике.during the time between measurements, they provide a low level of electrical energy consumption of all units in the heat meter.

С учетом вышеуказанных фактов определяют величины тока потребления в блоках теплосчетчика.Taking into account the above facts, the values of the consumption current in the heat meter blocks are determined.

В табл. 4 приводятся характерные номинальные величины токов потребления составных блоков те плосчетчика в двух режимах.Table 4 shows the characteristic nominal values of the consumption currents of the composite blocks of the heat meter in two modes.

Таблица 4Table 4

№ блоков фиг.1 No. of blocks fig. 1 Активный режим Active mode Режим паузы Pause mode 7 7 10..60 мА (35 Ом) 10..60 mA (35 Ohm) 0 0 9 nine ИУ - 800 мкА (6,6 В) ОУ - 22 мкА (6,6 В) вспом. схемы 5 мкА IU - 800 μA (6.6 V) OA - 22 μA (6.6 V) auxiliary 5 μA circuits 1 мкА 1 μA 11 eleven 45 мкА (7,2В КПД 90 %) УТ - 550 мкА (3,3 В) 45 μA (7.2V 90% efficiency) UT - 550 μA (3.3 V) 1,5 мкА (7,2В) 1.5 μA (7.2V) 13 13 11 мкА (7,2В) 205 мкА (7,2В КПД 90 %) 11 μA (7.2V) 205 μA (7.2V 90% efficiency) И мкА (7,2В) 11 мкА (7,2В) And μA (7.2V) 11 μA (7.2V) 15 fifteen Контроллер - 5,5мА (3,3В) RTC - 0,29мкА (3,3 В) Логика - 500 мкА (3,3 В) Controller - 5.5mA (3.3V) RTC - 0.29uA (3.3V) Logic - 500uA (3.3V) 4 мкА 0,29мкА (3,3 В) 2 мкА (3,3 В) 4 μA 0.29 μA (3.3 V) 2 μA (3.3 V) 16 16 EEPROM - 1мкА (3,3 В) Flash - 15мА (3,3 В) во время чтения EEPROM - 1μA (3.3V) Flash - 15mA (3.3V) while reading 1мкА (3,3 В) 15мкА(3,3 В) 1μA (3.3V) 15μA (3.3V) 17 17 0 мкА (дисплей отключен) 0 μA (display off) 0 мкА= (дисплей отключен) 0 μA = (display off) 18 eighteen 10 мкА (3,3 В) 10 μA (3.3 V) 10 мкА (3,3 В) 10 μA (3.3 V) 19 19 Не запитан от АИП 13 Not powered by AIP 13 0 0

Определяют длительность рабочего режима:Determine the duration of the operating mode:

Тас = Ton+Tp0+Tpl+Tp2+20+Tcs+Tg0+2-Tcs+Tgl+Tcs+Tg2+Tcs+Ttt =Tac = Ton + Tp0 + Tpl + Tp2 + 20 + Tcs + Tg0 + 2-Tcs + Tgl + Tcs + Tg2 + Tcs + Ttt =

40+80+80+80+20+7+60+14+60+7+60+7+100 - 615 мс где Ton - время выхода аналоговой части на рабочий режим после подачи питания;40 + 80 + 80 + 80 + 20 + 7 + 60 + 14 + 60 + 7 + 60 + 7 + 100 - 615 ms where Ton is the time the analog part reaches the operating mode after power is applied;

Тр0, ..., Тр2 - длительность измерения каналов температуры;Tr0, ..., Tr2 - duration of temperature channels measurement;

Tcs - время установления тока в индукторе ЭМР;Tcs is the settling time of the current in the EMR inductor;

Tg0, ..., Tg2 - длительность измерения разницы потенциалов на электродах Э1, Э2;Tg0, ..., Tg2 - duration of measuring the potential difference at electrodes E1, E2;

Ttt - длительность проведения тестов состояния трубы (замыкание электродов, пустая труба).Ttt is the duration of the pipe condition tests (shorting electrodes, empty pipe).

Задают средний период опроса 30 с. (Алгоритм расчета периода опроса настроен на так, чтобы по завершению переходных процессов установления расхода, период опроса выходил на 30 с).The average polling period is set to 30 s. (The algorithm for calculating the polling period is set up so that upon completion of the transient processes of setting the flow rate, the polling period goes out to 30 s).

Определяют среднее потребление тока от автономного источника питания 13:Determine the average current consumption from an autonomous power source 13:

в режиме паузы;in pause mode;

7р = 7р11₁ + 7р13 + (7р 11₂ + 7р15 + 7р16 + 7р18) · 3,37p = 7p11 ₁ + 7p13 + (7p 11 ₂ + 7p15 + 7p16 + 7p18) 3.3

Uin’η где Uin - напряжение встроенного автономного источника питания (7,2 В);Uin'η where Uin is the voltage of the built-in autonomous power supply (7.2 V);

η - коэффициент полезного действа генератора тока 11 (КПД 90%);η - efficiency factor of the current generator 11 (efficiency 90%);

Ua9 - напряжение питания блока 9 (В);Ua9 - supply voltage of the unit 9 (V);

Ip9 ... Ip18 - ток потребляемый блоками в активном режиме паузы (мкА);Ip9 ... Ip18 - current consumed by blocks in active pause mode (μA);

Ip = 11+1,5+4,6+11+1+(4+1+0,29+15+2+0,005+10)-3,3/7,2/0,9=45,55 мкА в рабочем режиме, с учетом активного сопротивления индуктора ЭМР=34 Ом и тока возбуждения 50 мА;Ip = 11 + 1.5 + 4.6 + 11 + 1 + (4 + 1 + 0.29 + 15 + 2 + 0.005 + 10) -3.3 / 7.2 / 0.9 = 45.55 μA in the operating mode, taking into account the active resistance of the inductor EMR = 34 Ohm and the excitation current 50 mA;

lg²’R Т0О + Tgl + Ту2 + ~ -Tcs Ια9·υα9 lac = ----------2----+ ----+ _{/α11 + /β13} lg ² 'R Т0О + Tgl + Tu2 + ~ -Tcs Ια9 υα9 lac = ---------- 2 ---- + ---- + _{/ α11 + / β13}

Um-η Тас Um’η (1α11₂ + 7α15 + 7α16 + Ζα18) · 3,3Um-η Tac Um'η (1α11 ₂ + 7α15 + 7α16 + Ζα18) 3.3

Uin - η где Ig - ток индуктора ЭМР (50 мА);Uin - η where Ig is the EMR inductor current (50 mA);

- 10 036718- 10 036718

R - активное сопротивление ЭМР (34 Ома);R - active resistance of the EMR (34 Ohm);

Uin - напряжение встроенного автономного источника питания (7,2 В); η - коэффициент полезного действа генератора тока 11 (КПД 90%);Uin - voltage of the built-in autonomous power supply (7.2 V); η - efficiency factor of the current generator 11 (efficiency 90%);

Ia9 ... Ia18 - ток потребляемый блоками в активном режиме (мкА);Ia9 ... Ia18 - current consumed by blocks in active mode (μA);

50000-0,050-34 190,5 (800 + 22+5)-6,6 „50000-0.050-34 190.5 (800 + 22 + 5) -6.6 „

7,2-0,9 615 7,2 0,9 (550 + 5 + 5500 +1 + 0,29 + 15 + 500 + 40 + 10) · 3,3 ⁺ 7,2-0,9 = 4063 + 842 + 216 + 3372 = 8493 мкА7.2-0.9 615 7.2 0.9 (550 + 5 + 5500 +1 + 0.29 + 15 + 500 + 40 + 10) 3.3 ⁺ 7.2-0.9 = 4063 + 842 + 216 + 3372 = 8493 μA

- общее среднее потребление тока теплосчетчика;- total average current consumption of the heat meter;

I = (8493-615+45,55-(30000-615))/30000 = 219 мкА.I = (8493-615 + 45.55- (30000-615)) / 30000 = 219 μA.

Средний ток потребления, при котором теплосчетчик способен проработать на встроенном источнике, 19 Ач с коэффициентом использования батареи 0,7 в течении 4 лет равен 380 мкА, сравним полученный результат с расчетным средним током 219<380 мкА, что говорит о корректном выборе источника автономного питания по критерию запаса энергии. Расчетное время работы теплосчетчика должно составить 0,7-19000/0,219=60730 ч или 6,9 года. Время работы теплосчетчика от встроенного автономного источника питания гарантированно перекрывает межповерочный интервал 4 года.The average consumption current at which the heat meter is able to operate on a built-in source is 19 Ah with a battery utilization rate of 0.7 for 4 years is 380 μA, let us compare the result with the calculated average current 219 <380 μA, which indicates the correct choice of an autonomous power source according to the energy reserve criterion. The estimated operating time of the heat meter should be 0.7-19000 / 0.219 = 60730 hours or 6.9 years. The operating time of the heat meter from the built-in autonomous power source is guaranteed to cover the calibration interval of 4 years.

Таким образом, совокупные действия отличительных признаков устройства и способа дают новые технические решения, обеспечивающие автономное электрическое питание теплосчетчика, в составе объекта удаленного от промышленной электрической сети, это выгодно отличает АТ-А от выбранного аналога и прототипа, т.к. обеспечивается автономное питание устройства в течении не менее одного межповерочного интервала. И, благодаря этим полезным свойствам расширяется область применения предложенного изобретения (автономного теплосчетчика). Указанные новые свойства изобретения выгодно отличаются от выбранного аналога и прототипа, что обуславливает, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию изобретательский уровень. Для реализации изобретения использованы известные материалы в области радиоэлектроники и радиотехнической промышленности. И созданы доступные алгоритмы с программным обеспечением распределении электроэнергии. Для определения расхода в текучих электропроводящих жидкостях с высокой точностью (относительная погрешность не более 2%) в трубопроводах малых диаметров. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию промышленная применимость.Thus, the combined actions of the distinctive features of the device and method provide new technical solutions that provide autonomous electric power supply to the heat meter, as part of an object remote from the industrial electrical network, this favorably distinguishes AT-A from the selected analog and prototype, since autonomous power supply of the device is provided for at least one calibration interval. And, thanks to these useful properties, the scope of the proposed invention (autonomous heat meter) is expanding. These new properties of the invention compare favorably with the selected analogue and prototype, which, according to the applicant, determines the compliance of the invention with the inventive step criterion. For the implementation of the invention, known materials in the field of radio electronics and radio engineering industry are used. And created available algorithms with power distribution software. For determining the flow rate in flowing electrically conductive liquids with high accuracy (relative error no more than 2%) in pipelines of small diameters. This circumstance, according to the applicant, allows us to conclude that the invention meets the criterion of industrial applicability.

Оценка метрологических характеристик теплосчетчика с автономным электрическим питанием, проведена экспериментально на проливной установке STEP-MT-50/070-20 (52448-13).Evaluation of the metrological characteristics of a heat meter with an autonomous electric power supply was carried out experimentally on a STEP-MT-50 / 070-20 (52448-13) pouring unit.

Эксперимент был проведен на макетных образцах теплосчетчика с автономным электрическим питанием АТ-А, предназначенного для измерения и коммерческого учета объемного и массового расхода, объема и массы электропроводящей жидкости в трубопроводах малых диаметров, а также для использования в автоматизированных системах учета, контроля и регулирования количества тепла. В эксперименте была определена относительная погрешность измерения расхода 8G и эта величина не превышает 2%, что соответствует требованиям Методики осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя, утвержденной приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ от 17 марта 2014 г. № 99/ПР.The experiment was carried out on prototypes of an AT-A self-powered heat meter designed for measuring and accounting for volumetric and mass flow rates, volume and mass of electrically conductive liquid in pipelines of small diameters, as well as for use in automated metering systems, control and regulation of the amount of heat. ... In the experiment, the relative error in measuring the 8G flow rate was determined and this value does not exceed 2%, which meets the requirements of the Methodology for the implementation of commercial metering of heat energy, coolant, approved by order of the Ministry of Construction and Housing and Communal Services of the Russian Federation of March 17, 2014 No. 99 / PR.

Теплосчетчик с автономным питанием на батареях позволяет выводить на алфавитно-цифровой индикатор:An autonomous battery-powered heat meter allows displaying on an alphanumeric indicator:

текущее значение объёмного расхода по каждому трубопроводу, где установлены ЭМР, м³/ч;the current value of the volumetric flow rate for each pipeline where the EMR is installed, m ³ / h;

текущее значение массового расхода по каждому трубопроводу, где установлены ЭМР и датчик температуры, т/ч;the current value of the mass flow for each pipeline where the EMR and the temperature sensor are installed, t / h;

объём нарастающим итогом по каждому трубопроводу, где установлены ЭМР, м³;cumulative total volume for each pipeline where EMR is installed, m ³ ;

масса нарастающим итогом, по каждому трубопроводу, где установлены ЭМР и датчик температуры, т;cumulative total weight, for each pipeline where EMR and temperature sensor are installed, t;

текущее значение температуры среды по каждому трубопроводу, где установлен датчик температуры, °C;current value of the medium temperature for each pipeline where the temperature sensor is installed, ° C;

текущее значение давления среды в трубопроводах по каждому трубопроводу, где установлены датчики давления, кгс/см и МПа;the current value of the medium pressure in the pipelines for each pipeline where the pressure sensors are installed, kgf / cm and MPa;

текущие значения температуры окружающего воздуха (при комплектовании устройства соответствующими датчиками), °C;current values of ambient temperature (when the device is equipped with appropriate sensors), ° C;

время наработки, ч;operating time, h;

текущие значения даты и времени;current date and time values;

информация о модификации устройства, его параметрах настройки и состояния.information about the device modification, its settings and status.

Информация, указанная выше, может передаваться в цифровом виде по интерфейсу RS-485 на персональный компьютер и/или в автоматизированные системы учета, контроля и регулирования количестThe information specified above can be transmitted in digital form via the RS-485 interface to a personal computer and / or to automated systems for accounting, control and regulation of the quantity

- 11 036718 ва тепла.- 11 036718 VA heat.

Теплосчетчик АТ-А обеспечивает архивирование в энергонезависимой памяти, снабжение электроэнергии, почасового, посуточного, помесячного, по годового значений тепловой энергии. Массы и объема контролируемой жидкости, значений измеренных параметров жидкости (расхода, температуры), времени наработки, и т.д.Heat meter AT-A provides archiving in nonvolatile memory, supply of electricity, hourly, daily, monthly, and annual values of heat energy. Mass and volume of the monitored liquid, the values of the measured parameters of the liquid (flow rate, temperature), operating time, etc.

Глубина архива составляет не менее:The archive depth is at least:

почасового - 60 дней;hourly - 60 days;

посуточного -12 мес;daily -12 months;

помесячного - 6 лет;monthly - 6 years;

по годового - 48 лет;for one year - 48 years;

событий - 4352 записи;events - 4352 records;

служебный журнал - 383 записи.service log - 383 entries.

Claims

CLAIM

1. An autonomous heat meter containing a primary flow transducer (PIR), including a pipeline made of non-magnetic material, a magnetic system of an electromagnetic flow meter with coils and electrodes E1-E2 in contact with an electrically conductive liquid, a measuring system containing a current driver, a preamplifier, a microcontroller, a switch , analog-to-digital converter, memory unit, display, indicator, keyboard, output of electrodes E1-E2 of the electromagnetic flowmeter through a preamplifier, switch, analog-digital converter, are connected to the microcontroller input, while the microcontroller is connected to the memory unit, display, keyboard, moreover, the control outputs g1 and g2 of the microcontroller are connected to the current driver through the keys K1, K2, the control output f of the microcontroller is connected to the switch, the control output e of the microcontroller is connected to the analog-to-digital converter, the output of the current sensor is connected n to the switch input, all control outputs at points a, ..., d are connected to the microcontroller at point d, characterized in that it additionally contains an autonomous power source containing two series-connected batteries, no more than three and at least two temperature sensors, the output of temperature sensors through a voltage amplifier, a switch, an analog-to-digital converter is connected to the input of the microcontroller and its control input at point d is connected to the control output of the microcontroller at point d, the control output from the microcontroller is connected to a current generator, the positive pole of an autonomous power source through a current generator is connected to the input of the current driver, and the negative pole of the autonomous power source is connected to the negative pole of the common power bus of the heat meter at point B and is electrically isolated from the local protective ground at point B, while the outputs of the coils are connected through the current driver and the generator reference resistor Ron, then as to the common power bus of the heat meter at point B, and temperature sensors are installed on the supply and return pipelines, and the third temperature sensor is used to measure the temperature of the atmosphere.

2. The method of operation of an autonomous heat meter according to claim 1, which consists in the fact that at a normal temperature of 20 ° C in the rest mode, the voltage of the thermal noise of the electromagnetic flow meter is determined, then, in the operating mode, the flow rate of the coolant is converted into an electrical signal of different polarity, which is coordinated, amplified into preamplifier, digitized, recorded and stored in a memory unit, characterized in that it additionally determines the current noise voltage in the rest mode of the electromagnetic flowmeter, with a temperature greater than 20 ° C, at different resistance and frequency of the electromagnetic flowmeter circuit, also in the resting mode, the initial value is determined thermal noise voltage depending on the frequency change, on the values of active resistance for different circuits of the measuring system, on the thermal noise voltage at a normal temperature of 20 ° C and on the temperature noise figure, the temperature is measured, amplified, digitized, recorded in the memory unit, then t The current value of the thermal noise voltage as a function of the frequency change, i.e. U ^ f = Ke-U ₂₀ ° _C , where U ₂₀ ° _C is the thermal noise voltage at a normal temperature of 20 ° C at the active resistance value in the circuits of the measuring system, Κθ is the temperature noise figure, and when the pipeline is completely filled with a moving heat carrier, the operating mode control of an autonomous heat meter is carried out under the supervision of an operator, also after amplification, the coordinated digitized signals from the outputs of the matching amplifier, voltage amplifier, carrying information about the change in the flow rate of the coolant and temperature, are stored and recorded in the memory unit, and they provide a decrease in the consumption of electrical energy of the heat meter as follows:

increase the interval of polling the flow rate of the controlled liquid;

parts of the circuit are disconnected, the functions of which are not involved at the current moment of measuring the flow rate of the controlled liquid, calculating, storing the results obtained, shutdown is performed either by switching to an ultra-low power consumption mode, or by disconnecting from the power supply;

- 12 036718 the current generator of the excitation of the coil of the primary flow transducer, controlled by the microcontroller, is tuned to generate the minimum current necessary to ensure the flow measurement with the required accuracy;

matching amplifier, voltage amplifier are selected with minimum levels of intrinsic noise, both in current and in voltage;

minimize the time spent on measurements.