RU2148803C1 - Heat counter - Google Patents
Heat counter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2148803C1 RU2148803C1 RU98116972A RU98116972A RU2148803C1 RU 2148803 C1 RU2148803 C1 RU 2148803C1 RU 98116972 A RU98116972 A RU 98116972A RU 98116972 A RU98116972 A RU 98116972A RU 2148803 C1 RU2148803 C1 RU 2148803C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- block
- input
- heat
- output
- gate
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, может в использоваться в контрольно-измерительных приборах в теплофикационных системах и позволяет вести учет расхода тепловой энергии без изменения конструкции тепловых сетей и без сетевого электропитания, обеспечивающего функционирование теплосчетчика и индикацию его показаний. The invention relates to measuring equipment, can be used in instrumentation in heating systems and allows you to keep track of the flow of thermal energy without changing the design of the heating networks and without mains supply, ensuring the functioning of the heat meter and an indication of its readings.
Известны теплосчетчики, содержащие приборы, измеряющие расход прямой сетевой воды и разность температур прямой и обратной воды, корректирующего и множительного устройств и интегратора [см. Преображенский В.П.: Теплотехнические измерения и приборы.: "Энергия", М., 1978, стр. 526 - 529]. Heat meters are known containing instruments that measure the flow rate of direct network water and the temperature difference between direct and return water, corrective and multiplying devices and an integrator [see Preobrazhensky VP: Thermotechnical measurements and instruments .: "Energy", M., 1978, p. 526 - 529].
Достоинством таких теплосчетчиков является автоматическое измерение расхода отпускаемого или потребляемого тепла с точностью порядка ±2,5% нормирующего значения измеряемой величины. The advantage of such heat meters is the automatic measurement of the flow rate of released or consumed heat with an accuracy of about ± 2.5% of the normalized value of the measured value.
Однако решения-аналоги имеют ряд недостатков, не позволяющих применять их в качестве бытовых теплосчетчиков для учета тепла, передаваемого батареями водяного или парового отопления воздуху обогреваемых жилых помещений (например, комнат в квартире). However, analog solutions have a number of drawbacks that do not allow them to be used as household heat meters for taking into account the heat transferred by water or steam heating batteries to the air of heated residential premises (for example, rooms in an apartment).
Использование в теплосчетчике расходомера требует изменение конструкции бытового радиатора водяного отопления, обеспечивающее возможность измерения расхода теплоносителя через радиатор при регулировании расхода перепускным краном, который расположен, как правило, на входном патрубке радиатора непосредственно перед радиатором. Кроме того, наличие источника напряжения, обеспечивающего функционирование расходомера, мостовой схемы и усилителя, обусловливает необходимость разрешения противоречий, возникающих при установке данных теплосчетчиков в жилых помещениях. По правилам установки электрооборудования для обеспечения его электробезопасности при напряжении питающей электросети 220 В такой теплосчетчик должен быть отключаем от сети выключателем или предохранителем. Но в таком случае весьма трудно обеспечить его несанкционированное отключение от электросети для приостановки отсчета тепловой энергии. При отключении питания на домовом электрощите теплосчетчик не функционирует. Кроме того, для обеспечения электробезопасности такой теплосчетчик должен быть выполнен с учетом особых мер предосторожности: место его установки доступно для детей и лиц, не имеющих представления о технике безопасности при работе с приборами, находящимися под напряжением 220 В. Недостатком решений-аналогов является и недостаточно высокая точность измерений, особенно при малых расходах теплоносителя и при невысокой температуре последнего, что имеет место в неотопительный сезон. В частности, количество тепла, передаваемого теплообменником отапливаемому помещению, в решениях-аналогах определяется, в том числе, объемным расходом теплоносителя без учета изменения его теплофизических характеристик (плотности, теплоемкости и теплопроводности) при изменении температуры и концентрации примесей, появляющихся в теплоносителе в процессе эксплуатации теплосетей. The use of a flow meter in a heat meter requires a change in the design of a domestic radiator of water heating, which makes it possible to measure the flow of heat carrier through the radiator while regulating the flow by a bypass valve, which is usually located on the radiator inlet directly in front of the radiator. In addition, the presence of a voltage source that ensures the functioning of the flowmeter, bridge circuit and amplifier, necessitates resolving the contradictions that arise when installing these heat meters in residential premises. According to the rules for installing electrical equipment to ensure its electrical safety at a supply voltage of 220 V, such a heat meter must be disconnected from the mains by a switch or a fuse. But in this case, it is very difficult to ensure its unauthorized disconnection from the mains to suspend the reading of thermal energy. When the power is turned off on the home electrical panel, the heat meter does not function. In addition, to ensure electrical safety, such a heat meter must be implemented taking into account special precautions: the place of its installation is accessible to children and people who have no idea of safety precautions when working with devices that are under voltage of 220 V. A drawback of analog solutions is not enough high measurement accuracy, especially at low coolant flow rates and at low temperature of the latter, which takes place during the non-heating season. In particular, the amount of heat transferred by the heat exchanger to the heated room in analog solutions is determined, inter alia, by the volumetric flow rate of the coolant without taking into account changes in its thermophysical characteristics (density, heat capacity and thermal conductivity) with changes in temperature and concentration of impurities that appear in the coolant during operation heating systems.
Отмеченные недостатки частично устранены в теплосчетчике, содержащем источник напряжения, соединенный с входом расходомера, выходы которого подключены к питающей диагонали мостовой схемы с термометрами сопротивления прямого и обратного потока в смежных плечах, выходная диагональ которой через усилитель и ключ соединена со счетчиком, и нуль-орган, выходом соединенный с управляющим входом ключа, а входом соединенный через два резистора с питающей диагональю мостовой схемы [а.с. СССР N 1582031 A1, кл. G 01 K 17/08, 1990] - прототип. The noted drawbacks were partially eliminated in a heat meter containing a voltage source connected to the input of the flowmeter, the outputs of which are connected to the supply diagonal of the bridge circuit with resistance and backflow resistance thermometers in adjacent arms, the output diagonal of which is connected to the meter through an amplifier and a key, and a zero-organ , the output is connected to the control input of the key, and the input is connected through two resistors to the supply diagonal of the bridge circuit [a.s. USSR N 1582031 A1, cl. G 01 K 17/08, 1990] is a prototype.
В решении-прототипе сигнал с выхода расходомера поступает в счетное устройство через усилитель и ключ только в том случае, если разность температур прямого и обратного потока теплоносителя превышает определенное значение. Этим исключается счет расхода тепла при отключении радиатора отопления, а также в неотопительный сезон при заполненной холодным теплоносителем системе отопления. In the prototype solution, the signal from the output of the flow meter enters the counting device through the amplifier and the key only if the temperature difference between the forward and reverse flow of the coolant exceeds a certain value. This eliminates the expense of heat consumption when the heating radiator is turned off, as well as during the non-heating season when the heating system is filled with cold coolant.
Однако недостатки, связанные с необходимостью подключения теплосчетчика к электрической сети для обеспечения его функционирования, в указанном техническом решении не устраняются. Не устраняются также недостатки, связанные с изменением теплофизических характеристик теплоносителя. However, the disadvantages associated with the need to connect the heat meter to the electric network to ensure its operation are not eliminated in the specified technical solution. The disadvantages associated with the change in the thermophysical characteristics of the coolant are not eliminated.
Задачей заявленного изобретения является устранение отмеченных недостатков, а именно обеспечение абсолютной электробезопасности теплосчетчиков, повышение его надежности, в том числе, обеспечение независимости его работы от наличия напряжения в электросети, а также увеличение точности в части независимости работы от характеристик теплоносителя. The objective of the claimed invention is to eliminate the noted drawbacks, namely, ensuring the absolute electrical safety of heat meters, increasing its reliability, including ensuring the independence of its operation from the presence of voltage in the mains, as well as increasing accuracy in terms of independence of work from the characteristics of the coolant.
Технический результат достигается включением новых блоков и иной связью между блоками в теплосчетчике, содержащем счетное устройство, источник напряжения, расходомер, выходы которого подключены к питающей диагонали мостовой схемы с термометрами сопротивления прямого и обратного потока в смежных плечах, выходная диагональ которой через усилитель соединена с ключом, и нуль-орган, выходом соединенный с управляющим входом ключа, а входом соединенный через два резистора с питающей диагональю мостовой схемы, заключающихся в том, что в него дополнительно введены первый блок И, блок связи и последовательно соединенные термоэлектрический генератор, корректирующее и термокомпенсирующее устройство, накопитель электрической энергии, преимущественно ионистор, и пороговое устройство, при этом блок связи содержит последовательно соединенные блок НЕ, второй блок И и блок ИЛИ, причем первый вход первого блока И соединен с выходом порогового устройства, второй вход первого блока И соединен с выходом накопителя, выход первого блока И подсоединен ко второму входу второго блока И, вход блока НЕ подсоединен к источнику напряжения, второй вход блока ИЛИ подсоединен к выходу ключа, а выход блока ИЛИ соединен с входом счетного устройства, горячие концы батареи термоэлементов, преимущественно полупроводниковых, термоэлектрического генератора размещены в теплопроводной плате, контактирующей с поверхностью источника тепла, а холодные концы размещены в радиаторе, помещенном в защищенном проницаемом для нагреваемой среды корпусе. The technical result is achieved by the inclusion of new blocks and a different connection between the blocks in the heat meter, containing a meter, voltage source, flow meter, the outputs of which are connected to the supply diagonal of the bridge circuit with resistance and forward flow resistance thermometers in adjacent arms, the output diagonal of which through the amplifier is connected to the key , and a zero-organ, connected to the control input of the key by the output, and connected to the input via two resistors with the supply diagonal of the bridge circuit, namely, that the first AND block, a communication block and a thermoelectric generator connected in series, a correction and thermocompensating device, an electric energy storage device, mainly an ionistor, and a threshold device, the communication unit contains series-connected NOT block, a second AND block, and an OR block, the first input the first block And is connected to the output of the threshold device, the second input of the first block And is connected to the output of the drive, the output of the first block And is connected to the second input of the second block And, the input of the unit is NOT connected to a voltage source, the second input of the OR block is connected to the output of the key, and the output of the OR block is connected to the input of the counting device, the hot ends of the battery of thermoelements, mainly semiconductor, thermoelectric generator are placed in a heat-conducting board in contact with the surface of the heat source, and the cold ends placed in a radiator, placed in a protected housing permeable to the heated medium.
Идея предложенного технического решения заключается в преобразовании части тепловой энергии источника тепла с помощью термоэлектрического генератора в электрическую, накоплении ее в накопителе и периодическом разряде накопителя для управления теплосчетчиком за счет накопленной энергии и измерении всего количества тепла, передаваемого источником окружающей среды. При этом нет необходимости определять расход теплоносителя, а также измерять температуру прямого и обратного потоков теплоносителя, сопровождаемые соответствующими погрешностями, вносимыми изменением физических свойств теплоносителя. Достаточной информацией для определения теплового потока и суммарного расхода тепла за время измерений является информация о средней температуре поверхности теплообменника (радиатора водяного или парового отопления) и температуре нагреваемой среды (воздуха в помещении). Действительно, в условиях естественной конвекции количество тепла, подлежащее учету, можно определить из соотношения
где Q - количество тепла за время измерения, Дж;
q - тепловой поток, Дж/с;
τ1 - время начала измерений, с;
τ2 - время окончания измерений, с;
a - коэффициент теплоотдачи поверхности теплообменника, Вт/(с•м2);
F - площадь поверхности теплообменника, м2;
tс - средняя температура поверхности теплообменника, oC;
tж - температура нагреваемой среды (воздух), oC.The idea of the proposed technical solution is to convert part of the thermal energy of the heat source using a thermoelectric generator into electrical energy, store it in the drive and periodically discharge the drive to control the heat meter due to the stored energy and measure the total amount of heat transmitted by the environment source. There is no need to determine the flow rate of the coolant, as well as measure the temperature of the direct and return flows of the coolant, accompanied by corresponding errors introduced by the change in the physical properties of the coolant. Sufficient information to determine the heat flux and the total heat consumption during the measurement is information on the average surface temperature of the heat exchanger (radiator of water or steam heating) and the temperature of the heated medium (indoor air). Indeed, under conditions of natural convection, the amount of heat to be taken into account can be determined from the relation
where Q is the amount of heat during the measurement, J;
q is the heat flux, J / s;
τ 1 — time of the beginning of measurements, s;
τ 2 - time of the end of measurements, s;
a is the heat transfer coefficient of the surface of the heat exchanger, W / (s • m 2 );
F is the surface area of the heat exchanger, m 2 ;
t with - the average surface temperature of the heat exchanger, o C;
t W - temperature of the heated medium (air), o C.
Покажем существенность отличительных признаков. We show the materiality of the distinguishing features.
Введение термоэлектрического генератора в схему теплосчетчика и размещение горячих концов его термоэлементов в теплопроводной плате, контактирующей с поверхностью источника тепла, являются новым для теплосчетчиков решением [см. В. П. Преображенский: Теплотехнические измерения и приборы, "Энергия", М., 1978, стр. 526 - 529]. Оно обеспечивает преобразование части теплового потока, пропорциональной отношению площадей платы с горячими концами термоэлемента к поверхности теплообменника, в мощность электрического тока. При этом величину термоЭДС, вырабатываемой термоэлектрическим генератором, можно оценить из соотношения [см. Политехнический словарь, под ред. академика И.И.Артоболевского, "Советская энциклопедия", М., 1976, стр. 436]
ε = nα(tc-tж), (2)
где ε - термоЭДС термоэлектрического генератора, В;
n - число последовательно соединенных элементов термобатареи;
α - удельная термоЭДС, которая определяется материалом ветвей термоэлементов, В/град.The introduction of a thermoelectric generator into a heat meter circuit and the placement of the hot ends of its thermoelements in a heat-conducting plate in contact with the surface of a heat source are a new solution for heat meters [see V. P. Preobrazhensky: Thermotechnical measurements and devices, "Energy", M., 1978, p. 526 - 529]. It provides the conversion of part of the heat flux proportional to the ratio of the area of the board with the hot ends of the thermocouple to the surface of the heat exchanger, into the power of an electric current. In this case, the value of thermoelectric power generated by a thermoelectric generator can be estimated from the relation [see Polytechnical Dictionary, ed. Academician I.I. Artobolevsky, "Soviet Encyclopedia", M., 1976, p. 436]
ε = nα (t c -t w ), (2)
where ε is the thermopower of the thermoelectric generator, V;
n is the number of series-connected elements of the thermopile;
α - specific thermopower, which is determined by the material of the branches of thermocouples, V / deg.
Размещение холодных концов термоэлементов в радиаторе, помещенном в проницаемом для нагреваемой среды защищенном корпусе, является новым решением. Оно обеспечивает поддержание постоянной температуры холодных концов термоэлементов, не допуская их нагревания посторонним источником тепла с целью искажения показаний теплосчетчика в сторону уменьшения. Placing the cold ends of thermocouples in a radiator placed in a protected housing that is permeable to a heated medium is a new solution. It provides maintaining a constant temperature of the cold ends of thermocouples, preventing them from being heated by an external heat source in order to distort the readings of the heat meter in the direction of decrease.
Выполнение термоэлементов преимущественно полупроводниковыми обеспечивает высокое значение КПД термоэлектрического генератора (до 20%) по сравнению с биметаллическими термоэлементами [см. вышеприведенный источник, стр. 436]. The implementation of thermocouples predominantly semiconductor provides a high value of the efficiency of the thermoelectric generator (up to 20%) compared with bimetallic thermocouples [see source cited, p. 436].
Введение накопителя электрической энергии и связь его входа с выходом термоэлектрического генератора через корректирующее и термокомпенсирующее устройство является новым решением. Оно обеспечивает накопление преобразованной в электрическую тепловой энергии в количестве, достаточном для срабатывания электромеханического счетчика, иначе счетчика-нумератора. При этом различия в конфигурации и величине площади различных источников тепла (радиаторов отопления) учитываются регулировкой корректирующего и термокомпенсирующего устройства. Это устройство обеспечивает также компенсацию изменения тока заряда накопителя за счет изменения значения коэффициентов соответственно в соотношениях (1) и (2) с изменением температуры. The introduction of an electric energy storage device and the connection of its input with the output of a thermoelectric generator through a correction and thermocompensating device is a new solution. It provides the accumulation of heat converted into electrical energy in an amount sufficient to trigger an electromechanical counter, otherwise a numbering counter. In this case, differences in the configuration and size of the area of various heat sources (heating radiators) are taken into account by adjusting the corrective and thermocompensating device. This device also provides compensation for changes in the charge current of the drive due to changes in the values of the coefficients in ratios (1) and (2), respectively, with a change in temperature.
Введение порогового устройства и первого блока И является новым решением для теплосчетчиков. Оно обеспечивает разряд накопителя через счетчик-нумератор при определенном количестве накопленной энергии (при достижении напряжения на накопителе порогового значения), превышающем энергию срабатывания счетчика-нумератора. The introduction of the threshold device and the first block And is a new solution for heat meters. It provides the discharge of the drive through the counter-numbering device at a certain amount of accumulated energy (when the voltage on the drive reaches a threshold value) that exceeds the response energy of the counter-numbering device.
Введение блока связи и выполнение его в виде последовательно соединенных блоков НЕ, второго блока И и блока ИЛИ и соединение блока связи с другими блоками теплосчетчика является новым решением. Оно обеспечивает автоматическое переключение теплосчетчика в режим питания его от термоэлектрического генератора при отключении сетевого питания и делает тем самым теплосчетчик независимым от источника питания. The introduction of a communication unit and its implementation in the form of series-connected blocks of NOT, the second AND block and the OR block, and the connection of the communication block with other heat meter blocks is a new solution. It provides automatic switching of the heat meter to the power mode from the thermoelectric generator when the mains power is disconnected and thereby makes the heat meter independent of the power source.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема предлагаемого теплосчетчика. The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing, which shows a block diagram of the proposed heat meter.
Теплосчетчик содержит:
блок 1 - источник напряжения,
блок 2 - расходомер,
блок 3 - термометр сопротивления прямого потока,
блок 4 - термометр сопротивления обратного потока,
блок 5 - резистор для устранения технологического разброса сопротивлений термометров,
блоки 6 и 7 - основные резисторы мостовой схемы,
блоки 8 и 9 - резисторы связи нуль-органа с мостовой схемой,
блок 10 - нуль-орган,
блок 11 - усилитель,
блок 12 - ключ,
блок 13 - счетное устройство.The heat meter contains:
block 1 - voltage source,
block 2 - flow meter,
block 3 - direct flow resistance thermometer,
block 4 - resistance flow resistance thermometer,
block 5 - a resistor to eliminate the technological spread of the resistance of the thermometers,
blocks 6 and 7 are the main resistors of the bridge circuit,
blocks 8 and 9 are communication resistors of a zero-organ with a bridge circuit,
block 10 - zero organ
block 11 - amplifier
block 12 is the key,
block 13 is a counting device.
Блоки 1. . . 13 характеризуют прототип. Дополнительно к блокам 1...13 в предлагаемом теплосчетчике введены новые блоки. Blocks 1.. . 13 characterize the prototype. In addition to blocks 1 ... 13, new blocks are introduced in the proposed heat meter.
Блок 14 - термоэлектрический генератор, в качестве него может использоваться один из термоэлектрических генераторов, описанных, например, в Даниэль-Бек В. С. , Рогинская Н.С. Термоэлектрогенераторы. М., 1961. С точки зрения повышения КПД термоэлектрического генератора используются преимущественно полупроводниковые термоэлектрогенераторы. Block 14 is a thermoelectric generator, one of the thermoelectric generators described, for example, in Daniel-Beck V.S., Roginskaya N.S. can be used as it Thermoelectric generators. M., 1961. From the point of view of increasing the efficiency of the thermoelectric generator, mainly semiconductor thermoelectric generators are used.
Блок 15 - теплопроводная плата с горячими концами термоэлементов. Block 15 is a heat-conducting board with hot ends of thermocouples.
Блок 16 - радиатор с холодными концами термоэлементов. Для улучшения теплопроводности обычно такие радиаторы заливаются маслом. Block 16 - radiator with cold ends of thermocouples. To improve thermal conductivity, such radiators are usually filled with oil.
Блок 17 - проницаемый для нагреваемой среды (например, воздуха помещения), защищенный от несанкционированного проникновения корпус. Block 17 is permeable to a heated medium (for example, room air), a case protected against unauthorized entry.
Блок 18 - корректирующее и термокомпенсирующее устройство. Известны такие устройства в теплосчетчиках [см. Преображенский В.П.: Теплотехнические измерения и приборы. "Энергия", М., 1978, стр. 529]. В частности, в качестве такого устройства может служить цепь последовательно соединенных диода, резистора переменного сопротивления и терморезистора. При этом диод обеспечивает исключение разряда накопителя через термоэлектрический генератор, а резистор обеспечивает регулировку величины зарядного тока накопителя. Терморезистор служит в качестве компенсатора изменения коэффициентов и при изменении температуры. Block 18 is a correction and thermal compensation device. Such devices are known in heat meters [see Preobrazhensky V.P .: Thermotechnical measurements and devices. "Energy", M., 1978, p. 529]. In particular, a circuit of a series-connected diode, a variable resistor, and a thermistor can serve as such a device. In this case, the diode provides the exception of the discharge of the drive through a thermoelectric generator, and the resistor provides adjustment of the charge current of the drive. The thermistor serves as a compensator for changes in the coefficients when the temperature changes.
Блок 19 - накопитель электрической энергии. Известны различные типы накопителей (конденсаторы, аккумуляторы). В последнее время в качестве накопителей электрической энергии все чаще используются ионисторы, иначе молекулярные накопители энергии. Благодаря большой электрической емкости (при объеме 0,2 дм3 и напряженности 30 В отечественные ионисторы имеют емкость 1 Ф), применение ионистора в предлагаемом техническом решении позволяет уменьшить габариты теплосчетчика, а также обеспечивает повышение точности срабатывания порогового устройства за счет использования протяженности участка квазилинейной характеристики зависимости напряжения на ионисторе от тока его заряда.Block 19 - electrical energy storage. Various types of drives are known (capacitors, batteries). Recently, ionistors, otherwise molecular energy storage devices, are increasingly used as electric energy storage devices. Due to the large electric capacitance (with a volume of 0.2 dm 3 and a voltage of 30 V, domestic ionistors have a capacitance of 1 F), the use of an ionistor in the proposed technical solution reduces the dimensions of the heat meter and also improves the accuracy of operation of the threshold device by using the length of the quasi-linear characteristic the dependence of the voltage on the ionistor on the current of its charge.
Блок 20 - пороговое устройство. В качестве такого устройства может использоваться маломощный однооперационный тиристор типа КУ-201 [см. И.Л.Каганов: Промышленная электроника. "Высшая школа", М., 1968, стр. 338, 335 - 361]. Время восстановления тиристора при режиме редкого срабатывания счетчика-нумератора оказывается значительно меньше, чем время восстановления напряжения на накопителе, поэтому нет необходимости запирать тиристор током управления. Block 20 is a threshold device. As such a device, a low-power single-operation thyristor of the KU-201 type can be used [see I.L. Kaganov: Industrial Electronics. "Higher School", Moscow, 1968, p. 338, 335 - 361]. The thyristor recovery time with the rare operation of the counter-numbering is much shorter than the voltage recovery time on the drive, so there is no need to lock the thyristor with the control current.
Блок 21 - первый блок И с двумя входами. Block 21 is the first AND block with two inputs.
Блок 22 - блок связи, содержащий последовательно соединенные блок НЕ 23, второй блок И 24 с двумя входами и блок ИЛИ 25 с двумя входами. Block 22 is a communication unit containing a series-connected block NOT 23, a second AND 24 block with two inputs and an OR 25 block with two inputs.
Теплосчетчик работает следующим образом. Источник напряжения 1 питает постоянным током расходомер 2. Унифицированный сигнал с выхода расходомера 2, пропорциональный расходу теплоносителя, через теплообменник поступает в диагональ b-d мостовой схемы. Когда выполняется условие Ub-a > Ua-d, а оно выполняется, если сопротивление термометра 3 сопротивления прямого потока больше сопротивления термометра 4 сопротивления обратного потока, потенциал в точке b (отрицательный) относительно "земли" (точка a) больше потенциала в точке d (положительного) относительно "земли" (точка a). При этом эти потенциалы сравниваются на инвертирующем входе нуль-органа 10, который при выполнении вышеуказанного условия открывает ключ 12, пропускающий сигнал с выхода усилителя 11 на счетное устройство 13, в качестве которого может использоваться шестиразрядный электромеханический счетчик [см. Преображенский В.П. : Теплотехнические измерения и приборы: "Энергия", М., 1978, стр. 529]. Если же указанное условие не выполняется, что имеет место, когда температура прямого и обратного потоков равны, положительный потенциал в точке d относительно точки a больше или равен отрицательному потенциалу в точке b относительно точки a, и нуль-орган 10 закрывает ключ 12, который отключает выход усилителя 11 от входа счетного устройства 13.The heat meter works as follows. The voltage source 1 supplies direct current to the flowmeter 2. The unified signal from the output of the flowmeter 2, proportional to the flow rate of the coolant, through the heat exchanger enters the diagonal bd of the bridge circuit. When the condition U ba > U ad is satisfied, and it is satisfied, if the resistance of the direct flow resistance thermometer 3 is greater than the resistance of the backflow resistance thermometer 4, the potential at point b (negative) relative to the ground (point a) is greater than the potential at point d (positive ) relative to the "earth" (point a). Moreover, these potentials are compared at the inverting input of the null-organ 10, which, when the above condition is met, opens the key 12, which passes the signal from the output of the amplifier 11 to the counting device 13, which can be used as a six-digit electromechanical counter [see Preobrazhensky V.P. : Thermotechnical measurements and devices: "Energy", M., 1978, p. 529]. If this condition is not fulfilled, which occurs when the temperatures of the forward and reverse flows are equal, the positive potential at point d relative to point a is greater than or equal to the negative potential at point b relative to point a, and the zero-organ 10 closes the key 12, which disables the output of the amplifier 11 from the input of the counting device 13.
Так работает прототип. Теплосчетчик в предложенном техническом решении работает следующим образом. В случае отсутствия сигнала на выходе источника напряжения 1 расходомер 2 не функционирует и сигнал на вход счетного устройства 13 через второй вход блока ИЛИ 25 не поступает. В случае наличия разности температур горячих и холодных концов термоэлементов (соответственно блоки 15 и 16) на выходе термоэлектрического генератора 14 формируется сигнал, амплитуда которого пропорциональна указанной разности в соответствии с соотношением (2). Обусловленный термоЭДС ток через корректирующее и термокомпенсирующее устройство 18 заряжает накопитель 19. При достижении на накопителе 19 установленного значения напряжения срабатывает пороговое устройство 20 и на первом входе первого блока И 21 появляется сигнал, который пропускает ток разряда накопителя 19 через второй вход первого блока И 21 на второй вход второго блока И 24. This is how the prototype works. The heat meter in the proposed technical solution works as follows. In the absence of a signal at the output of the voltage source 1, the flow meter 2 does not function and the signal to the input of the counting device 13 through the second input of the OR block 25 does not arrive. If there is a temperature difference between the hot and cold ends of the thermocouples (blocks 15 and 16, respectively), a signal is generated at the output of the thermoelectric generator 14, the amplitude of which is proportional to the specified difference in accordance with relation (2). Conditioned thermoEMF current through the corrective and thermocompensating device 18 charges drive 19. When threshold voltage 20 is reached on drive 19, threshold device 20 is triggered and a signal appears at the first input of the first block And 21, which passes the discharge current of the drive 19 through the second input of the first block And 21 to the second input of the second block And 24.
Так как при отсутствии сигнала на выходе источника напряжения 1 на выходе блока НЕ 23 присутствует сигнал, то и на первом входе второго блока И 24 также присутствует сигнал, который пропускает ток разряда накопителя 19 со второго входа второго блока И 24 через первый вход блока ИЛИ 25 на вход счетного устройства 13. Как известно [см., например, А.А.Санин: Электронные приборы ядерной физики, "Наука", М., 1964, стр. 377], для срабатывания электромеханических счетчиков достаточен импульс тока в несколько мА в течение нескольких мс. Такой импульс тока разряда накопителя 19 вызывает срабатывание счетного устройства 13, и его разрядный диск поворачивается на "одно деление". Накопитель 13 разряжается и сигнал на выходе порогового устройства 20 исчезает. Следующее срабатывание счетного устройства 13 произойдет после того, как накопитель 19 зарядится до напряжения, соответствующего пороговому значению, на которое настроено пороговое устройство 20. Since in the absence of a signal at the output of voltage source 1, there is a signal at the output of block NOT 23, there is also a signal at the first input of the second block And 24 that passes the discharge current of the drive 19 from the second input of the second block And 24 through the first input of the OR block 25 to the input of the counting device 13. As is known [see, for example, A.A.Sanin: Electronic Devices of Nuclear Physics, Nauka, Moscow, 1964, p. 377], a current pulse of several mA for several ms. Such a discharge current pulse of the drive 19 causes the counting device 13 to be triggered, and its discharge disk is rotated by "one division". The drive 13 is discharged and the signal at the output of the threshold device 20 disappears. The next operation of the counting device 13 will occur after the drive 19 is charged to a voltage corresponding to the threshold value at which the threshold device 20 is configured.
Расчеты, проведенные для температуры воздуха tЖ = 20oC и температуры поверхности плоского радиатора водяного отопления размером 0,75х0,60 м, равной tс = 30oC [см. методику, приведенную в М.А.Михеев, И.М.Михеева: Основы теплопередачи, "Энергия". М., 1973, стр. 90], показали, что при площади поверхности платы горячих концов термоэлементов 15 1,75•10-3 м2 (площадь грани спичечного коробка) мощности термоэлектрического генератора 14 достаточно (с учетом его КПД) для обеспечения срабатывания счетного устройства 13 при времени накопления энергии в накопителе 19 в течение времени всего 0,1 с. Это указывает на возможность регулирования тока заряда накопителя 19 в широких пределах, что, в свою очередь, обеспечивает возможность использования широкого диапазона единиц измеряемого расхода тепла. При таком же перепаде температур в 10oC, но при температурах воздуха 10 и 30oC изменение теплового потока за счет изменения теплофизических свойств воздуха не превышает 1% относительно его значения при температуре воздуха 20oC, что свидетельствует о пренебрежимо малой зависимости показаний теплосчетчика от температуры, а только от перепада температур, что обеспечивает высокую точность теплосчетчика.The calculations performed for air temperature t W = 20 o C and surface temperature of a flat water heating radiator with a size of 0.75x0.60 m equal to t s = 30 o C [see the methodology given in M.A. Mikheev, I. M. Mikheeva: Fundamentals of heat transfer, "Energy". M., 1973, p. 90], showed that when the surface area of the board of the hot ends of the thermoelements is 15 1.75 • 10 -3 m 2 (the area of the face of the match box) the power of the thermoelectric generator 14 is sufficient (taking into account its efficiency) to ensure operation the counting device 13 at a time of energy storage in the drive 19 for a time of only 0.1 s. This indicates the possibility of regulating the charge current of the drive 19 in a wide range, which, in turn, makes it possible to use a wide range of units of the measured heat consumption. With the same temperature difference of 10 o C, but at air temperatures of 10 and 30 o C, the change in heat flow due to changes in the thermophysical properties of air does not exceed 1% relative to its value at an air temperature of 20 o C, which indicates a negligible dependence of the readings of the heat meter from temperature, but only from temperature differences, which ensures high accuracy of the heat meter.
Интегрирование расхода тепла в предлагаемом теплосчетчике осуществляется дважды: накопителем и счетным устройством. Это обеспечивает возможность практически неограниченное время вести измерения без "переполнения" счетного устройства. Integration of heat consumption in the proposed heat meter is carried out twice: by a storage device and a counting device. This makes it possible to carry out measurements almost unlimitedly without "overfilling" the counting device.
Таким образом, на основе анализа структуры и функционирования схемы предложенного технического решения можно заключить, что теплосчетчик, в котором реализовано данное решение, обладает преимуществами, отвечающими поставленной цели, - обеспечивает электробезопасность, повышает надежность и точность результатов измерений. Придание теплосчетчику свойства независимости по питанию обеспечивает возможность эксплуатации теплосчетчика в помещениях, которые по ряду причин должны быть периодически обесточены. Thus, based on the analysis of the structure and functioning of the circuit of the proposed technical solution, we can conclude that the heat meter in which this solution is implemented has advantages that meet the set goal - it provides electrical safety, increases the reliability and accuracy of measurement results. Giving the heat meter the power independence property makes it possible to operate the heat meter in rooms, which for a number of reasons must be periodically de-energized.
Предложение реализовано в виде действующего макета, подтвердившего при его испытаниях надежное функционирование. The proposal is implemented in the form of a valid layout, which confirmed its reliable operation during its testing.
Claims (1)
поверхностью источника тепла, а холодные концы размещены в радиаторе, помещенном в защищенном проницаемом для нагреваемой среды корпусе.A heat meter containing a calculating device, a voltage source, a flow meter, the outputs of which are connected to the supply diagonal of the bridge circuit with resistance and forward flow resistance thermometers in adjacent arms, the output diagonal of which is connected to the key through an amplifier, and a null-organ connected to the key control input by an output , and the input through two resistors - with a supply diagonal of the bridge circuit, characterized in that the first block And, the communication unit and the thermoelectric generator connected in series a torus, corrective and thermocompensating devices, an electric energy storage device, mainly an ionistor, and a threshold device, while the communication unit contains series-connected block NOT, the second block AND and the OR block, the first input of the first block And connected to the output of the threshold device, the second input with the drive output, and the output with the second input of the second AND block, the input of the block is NOT connected to the voltage source, the second input of the OR block is connected to the output of the key, and the output of the OR block is connected to the input of the calculating device, hot ends ermoelementov, preferably semiconductor, the thermoelectric generator has a heat-conducting plate, in contact with
the surface of the heat source, and the cold ends are placed in a radiator placed in a case protected by a heat-permeable medium.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98116972A RU2148803C1 (en) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | Heat counter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98116972A RU2148803C1 (en) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | Heat counter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2148803C1 true RU2148803C1 (en) | 2000-05-10 |
Family
ID=20210357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98116972A RU2148803C1 (en) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | Heat counter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2148803C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013039460A1 (en) * | 2011-09-14 | 2013-03-21 | Cherepnin Oleg Mikhailovich | Heat meter |
| RU2649312C2 (en) * | 2016-03-24 | 2018-04-02 | Бейджинг Сяоми Мобайл Софтвэр Ко., Лтд. | Remote control device |
| RU181792U1 (en) * | 2018-02-14 | 2018-07-26 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Apartment heat meter with corrector |
-
1998
- 1998-08-31 RU RU98116972A patent/RU2148803C1/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013039460A1 (en) * | 2011-09-14 | 2013-03-21 | Cherepnin Oleg Mikhailovich | Heat meter |
| RU2649312C2 (en) * | 2016-03-24 | 2018-04-02 | Бейджинг Сяоми Мобайл Софтвэр Ко., Лтд. | Remote control device |
| RU181792U1 (en) * | 2018-02-14 | 2018-07-26 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Apartment heat meter with corrector |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4224825A (en) | Heat meters | |
| US4618266A (en) | Measurement of energy in flowing fluid | |
| WO1989012803A1 (en) | Flow sensor | |
| YU46008B (en) | DEVICE FOR DETERMINATION OF THERMAL RESISTANCE OF POLLUTED ELEMENTS FOR HEAT EXCHANGE ON THERMAL APPLIANCES | |
| US4036051A (en) | Heat meters | |
| NO803528L (en) | PROCEDURE AND MEASURES FOR MEASURING HEAT QUANTITIES | |
| WO1982001589A1 (en) | A heat meter and a system comprising such meters for separate,automatic registration of heat comsumption | |
| RU2148803C1 (en) | Heat counter | |
| Melo et al. | Experimental evaluation of the heat transfer through the walls of household refrigerators | |
| US4304127A (en) | Measurement of delivered thermal units | |
| GB2077928A (en) | Heat meter device | |
| RU2138029C1 (en) | Process determining heat consumption by local consumers who are members of united system of heat consumers | |
| RU2105958C1 (en) | Method of local check and account of heat consumption | |
| RU2189572C1 (en) | Device measuring quantity of heat energy transferred by hot water supply | |
| DE3012267A1 (en) | Evaluating thermal consumption of individual apartments - utilises heating medium and room temp. measurements using computer | |
| RU2196308C2 (en) | Procedure of local control and metering of heat consumption | |
| WO2008084217A1 (en) | Boiler performance indicator | |
| Kusui et al. | An electronic integrating heat meter | |
| CN100494928C (en) | Method and apparatus for heat distribution and measurement | |
| RU2254560C1 (en) | Mode of determination and calculation of heat consumption and arrangement for its realization | |
| RU2449250C1 (en) | Method of determining heat energy consumed by individual consumer when heating apartment building with single-pipe heating system and heating system for realising said method | |
| EP0779516A1 (en) | Thermoelectric sensor intended to measure the true effective current | |
| De Beni et al. | Experimental results of a solar hot water system with spontaneous, downward non-freezing heat transport system | |
| SU1444658A1 (en) | Method of determining heat capacity of liquid in flow microcalorimeter | |
| RU2257554C2 (en) | Heating meter for counting of consumption of heat in local chains |