RU2189572C1 - Device measuring quantity of heat energy transferred by hot water supply - Google Patents
Device measuring quantity of heat energy transferred by hot water supply Download PDFInfo
- Publication number
- RU2189572C1 RU2189572C1 RU2001107333A RU2001107333A RU2189572C1 RU 2189572 C1 RU2189572 C1 RU 2189572C1 RU 2001107333 A RU2001107333 A RU 2001107333A RU 2001107333 A RU2001107333 A RU 2001107333A RU 2189572 C1 RU2189572 C1 RU 2189572C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- block
- gate
- hot water
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано в контрольно-измерительных приборах для открытых систем отопления и горячего водоснабжения и позволяет вести учет потребляемой с водой тепловой энергии без использования сетевого или батарейного электропитания, обеспечивающего функционирование контрольно-измерительной аппаратуры и индикацию результатов счета. The invention relates to measuring equipment, can be used in instrumentation for open heating systems and hot water supply and allows you to keep track of the heat energy consumed with water without using mains or battery power, ensuring the operation of instrumentation and indicating the results of counting.
Известны водосчетчики тахометрические крыльчатые, включающие связанную со счетным механизмом через редуктор крыльчатку. Такие водосчетчики могут применяться для учета тепловой энергии в закрытых системах отопления [см., например, Е. А. Шорников: Расходомеры энергоносителей и повышение точности измерений разности расходов и температур. АО НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова, СПб. , 1995, стр. 17-22]. Количество тепловой энергии, передаваемой горячей водой в системах горячего водоснабжения, при помощи таких водосчетчиков определяется в соответствии с зависимостью:
Q = c•V•Δt (1),
где Q - количество тепловой энергии, переданном потребителю горячей воды в течение рассматриваемого интервала времени, ккал;
с - расчетная теплоемкость воды, ккал/(м•град);
V - объем воды, прошедшей через водосчетчик за рассматриваемый интервал времени, м;
Δt - разность температур горячей и холодной воды при пользовании смесителем, град.Known tachometric vane water meters, including an impeller connected to a counting mechanism through a gearbox. Such water meters can be used to account for thermal energy in closed heating systems [see, for example, E. A. Shornikov: Energy flow meters and improving the accuracy of measuring the difference in flow rates and temperatures. JSC NPO CKTI named after I.I. Polzunova, St. Petersburg. , 1995, pp. 17-22]. The amount of thermal energy transmitted by hot water in hot water supply systems using such water meters is determined in accordance with the dependence:
Q = c • V • Δt (1),
where Q is the amount of thermal energy transferred to the consumer of hot water during the considered time interval, kcal;
s - estimated heat capacity of water, kcal / (m • deg);
V is the volume of water passing through the water meter for the considered time interval, m;
Δt - temperature difference between hot and cold water when using a mixer, deg.
Достоинством таких водосчетчиков является простота их конструкции и освоенность в производстве. The advantage of such water meters is the simplicity of their design and mastery in production.
Однако решения-аналоги имеют недостатки, ограничивающие их применение для систем горячего водоснабжения коммунального хозяйства. В случае применения такого водосчетчика в качестве квартирного счетчика тепловой энергии, передаваемой водой горячего водоснабжения, ее потребители при оплате за энергоносители столкнутся с большими погрешностями (не в свою пользу) учета тепла. However, analog solutions have drawbacks that limit their use for public utilities. In the case of the use of such a water meter as an apartment meter of thermal energy transmitted by hot water, its consumers, when paying for energy, will encounter large errors (not in their favor) of heat accounting.
Разность температур горячей и холодной воды в данном случае устанавливается не по результатам измерений, а по статистическим данным, которые в каждом конкретном случае отбора воды из сети водоснабжения отличаются от фактических значений. В частности, для Санкт-Петербурга эта разность температур независимо от времени года и условий, определяемых расположением квартиры относительно домового ввода, при расчетах за горячую воду принята равной 60 градусов. Очевидно, что потребитель, находящийся далеко от точки ввода горячей воды в домовую сеть, существенно переплачивает за пользование горячей водой, так как ему приходится платить за нагрев труб горячего водоснабжения в случае пользования горячей водой рано утром или платить сполна за горячую воду, когда температура этой воды далека от 65oС, принятых как точка отсчета при определении разности температур в зависимости (1).The temperature difference between hot and cold water in this case is established not according to the measurement results, but according to statistical data, which in each specific case of water withdrawal from the water supply network differs from the actual values. In particular, for St. Petersburg, this temperature difference, regardless of the time of year and conditions determined by the location of the apartment relative to the house entrance, is assumed to be 60 degrees when calculating for hot water. Obviously, a consumer who is far from the point of entry of hot water into the house network significantly overpays for using hot water, since he has to pay for heating hot water pipes in case of using hot water early in the morning or to pay in full for hot water when this temperature water is far from 65 o C, taken as a reference point in determining the temperature difference in dependence (1).
Отмеченный недостаток частично устранен в теплосчетчике, содержащем счетное устройство, источник напряжения, соединенный с входом расходомера, выходы которого подключены к питающей диагонали мостовой схемы с термометрами сопротивления в смежных плечах, диагональ которой через усилитель и ключ соединена со счетным устройством, и нуль-орган, выходом соединенный с управляющим входом ключа, а входом соединенный через два резистора с питающей диагональю мостовой схемы [а. с. СССР 1582031 А1, кл. G 01 К 17/08, 1990] - прототип. The noted drawback is partially eliminated in the heat meter containing a meter, a voltage source connected to the input of the flow meter, the outputs of which are connected to the supply diagonal of the bridge circuit with resistance thermometers in adjacent arms, the diagonal of which is connected to the meter and through the amplifier and 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. from. USSR 1582031 A1, cl. G 01 K 17/08, 1990] is a prototype.
В случае размещения термометров сопротивления в смежных плечах мостовой схемы решения-прототипа в потоках горячей и холодной воды такой теплосчетчик позволяет определять количество тепла, передаваемого водой горячего водоснабжения потребителю, пользующемуся смесителем горячей и холодной воды. Кроме того, в решении-прототипе сигнал с выхода расходомера поступает в счетное устройство через усилитель и ключ только в том случае, когда разность температур горячей и холодной воды превышает определенное заранее установленное значение. Этим исключается взимание платы с потребителя при подаче горячей воды, температура которой не соответствует установленным стандартам. In the case of placing resistance thermometers in adjacent shoulders of the prototype decision bridge circuit in hot and cold water flows, such a heat meter allows you to determine the amount of heat transferred by the hot water supply to a consumer using a hot and cold water mixer. In addition, in the prototype solution, the signal from the output of the flowmeter enters the counting device through an amplifier and a key only when the temperature difference between hot and cold water exceeds a predetermined value. This excludes charging the consumer for the supply of hot water, the temperature of which does not meet established standards.
Однако наличие источника напряжения, обеспечивающего функционирование расходомера, мостовой схемы и усилителя, обусловливает необходимость разрешения противоречий, возникающих при установке теплосчетчиков в таких опасных помещениях с точки зрения электробезопасности при напряжении питающей сети 220 В, такой счетчик должен быть отключаем от сети выключателем или предохранителем. Но в таком случае весьма трудно обеспечить его несанкционированное отключение от электросети с целью приостановки отсчета потребляемого тепла. Кроме того, такой электрический теплосчетчик должен быть выполнен с учетом особых мер предосторожности, исключающих попадание пользователей водой под фазовое напряжение, что в условиях влажности в ванной комнате и неизолированности труб холодной и горячей воды осуществить трудно. However, 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 heat meters in such dangerous rooms from the point of view of electrical safety at a supply voltage of 220 V, such a meter must be disconnected from the network with a switch or a fuse. But in this case, it is very difficult to ensure its unauthorized disconnection from the mains in order to suspend the calculation of heat consumption. In addition, such an electric heat meter should be performed taking into account special precautions to prevent users from getting water under phase voltage, which is difficult to carry out in conditions of humidity in the bathroom and non-insulated pipes of cold and hot water.
Задачей заявленного изобретения является устранение отмеченных недостатков, а именно исключение приостановки учета потребляемой тепловой энергии при отключении электропитания и обеспечение электробезопасности при пользовании теплосчетчиком за счет независимости его работы от наличия сетевого электропитания. The objective of the claimed invention is to eliminate the noted drawbacks, namely the elimination of the suspension of metering of consumed thermal energy when the power is turned off and ensuring electrical safety when using the heat meter due to the independence of its operation from the presence of mains power.
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 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 катушка с магнитным сердечником, диод, конденсатор, корректирующее устройство, нормализатор, множительное устройство, накопитель электрической энергии, преимущественно ионистор, два пороговых устройства, первый блок "И", термоэлектрический генератор, блок связи и свободно вращающаяся крыльчатка, при этом блок связи содержит последовательно соединенные блок "НЕ", второй блок "И" и блок "ИЛИ", а на концах лопастей крыльчатки установлены наконечники из магнитопроводящего материала, причем в корпусе расходомера в плоскости вращения наконечников проделано отверстие, в котором герметично установлена полая пробка, в полости которой размещена катушка с магнитным сердечником, конденсатор и диод, при этом конец обмотки катушки подсоединен к одному из выводов конденсатора, к другому выводу которого подсоединены анод диода и "масса", катод диода подсоединен к началу обмотки катушки и через корректирующее устройство, нормализатор, множительное устройство, накопитель электрической энергии, первое пороговое устройство и первый блок "И" подсоединен ко второму входу второго блока "И", второй вход множительного устройства соединен с выходом термоэлектрического генератора через второе пороговое устройство, выход накопителя соединен со вторым входом первого блока "И", вход блока "НЕ" подсоединен к выходу источника напряжения, второй вход блока "ИЛИ" соединен с выходом ключа, а выход блока "ИЛИ>" соединен с входом счетного устройства, при этом горячие концы термоэлементов, преимущественно полупроводниковых, термоэлектрического генератора размещены в потоке горячей воды, а холодные концы размещены в потоке холодной воды. 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 thermometers in adjacent arms, the output diagonal of which is connected to the key via an amplifier, and zero an organ connected by an output to the control input of the key, and by an input connected through two resistors with a supply diagonal of the bridge circuit, consisting in the following: with a magnetic core, diode, capacitor, correction device, normalizer, multiplier, electric energy storage device, mainly an ionistor, two threshold devices, the first I block, a thermoelectric generator, a communication unit and a freely rotating impeller, while the communication unit contains in series connected block "NOT", the second block "AND" and the block "OR", and at the ends of the impeller blades installed tips of magnetically conductive material, and in the flowmeter housing in the plane of rotation of the tips A hole has been made in which a hollow plug is sealed, in the cavity of which there is a coil with a magnetic core, a capacitor and a diode, the end of the coil winding connected to one of the terminals of the capacitor, to the other terminal of which the diode anode and ground are connected, the diode cathode is connected to the beginning of the coil winding and through a correction device, a normalizer, a multiplier, an electric energy storage device, a first threshold device and a first “And” block is connected to the second input of the second “And” block, the second the input of the multiplying device is connected to the output of the thermoelectric generator through the second threshold device, the output of the drive is connected to the second input of the first AND block, the input of the NOT block is connected to the voltage source output, the second input of the OR block is connected to the key output, and the block output "OR>" is connected to the input of the counting device, while the hot ends of the thermocouples, mainly semiconductor, thermoelectric generator are placed in a stream of hot water, and the cold ends are placed in a stream of cold water.
Идея предложенного технического решения заключается в преобразовании части тепловой энергии горячей воды с помощью термоэлектрического генератора в электрическую и умножении ее значения на значение величины электрической энергии, генерируемой в катушке, магнитное поле которой пересекают наконечники их магнитопроводящего материала, закрепленные на концах крыльчатки, вращающейся в потоке горячей воды. При этом электрическая энергия, пропорциональная по величине произведению указанных двух величин, накапливается в накопителе электрической энергии и периодически разряжается на счетное устройство, чем достигается управление устройством для измерения количества тепловой энергии и фиксация результатов счета в счетном устройстве, представляющем собой электрический счетчик-нумератор. The idea of the proposed technical solution is to convert part of the thermal energy of hot water using a thermoelectric generator into electric and multiplying its value by the value of the electric energy generated in the coil, the magnetic field of which intersects the tips of their magnetically conductive material, fixed to the ends of the impeller, rotating in a stream of hot water. In this case, electric energy, proportional to the product of the two values indicated, is accumulated in the electric energy storage device and periodically discharged to the metering device, thereby controlling the device for measuring the amount of thermal energy and fixing the counting results in the metering device, which is an electric numbering meter.
Таким образом, энергия, необходимая для функционирования предлагаемого устройства, вырабатывается самим же устройством как за счет преобразования механической энергии потока горячей воды в электрическую энергию, так и за счет преобразования тепловой энергии указанного потока в электрическую энергию. Затем электрическая энергия накапливается в ионисторе и периодически расходуется при разряде ионистора на счетчик-нумератор для перемещения диска счетчика на одно деление. Thus, the energy necessary for the functioning of the proposed device is generated by the device itself, both by converting the mechanical energy of the hot water stream into electrical energy, and by converting the thermal energy of the specified stream into electrical energy. Then, electric energy is accumulated in the ionistor and is periodically consumed when the ionistor is discharged to the counter-numerator to move the counter disk by one division.
Покажем существенность отличительных признаков. We show the materiality of the distinguishing features.
Введение свободно вращающейся крыльчатки и размещение на концах ее лопастей наконечников из магнитопроводящего материала в совокупности с размещением в плоскости вращения наконечников катушки с магнитным сердечником является для теплосчетчиков новым решением. Оно обеспечивает преобразование механической энергии потока горячей воды в электрические импульсы, энергия которых пропорциональна расходу воды. Только для свободно вращающейся крыльчатки справедливо утверждение о пропорциональности расхода угловой скорости вращения крыльчатки. Кроме того, так как крыльчатка не нагружена (не связана механической передачей со счетчиком), то она может быть изготовлена из легкого полимерного материала, что облегчает решение вопросов ее крепления в подшипниках, омываемых горячей водой. Существенным отличительным признаком является размещение катушки в полой пробке, герметично устанавливаемой в отверстии корпуса расходомера в плоскости вращения наконечников. Это обеспечивает получение максимального значения амплитуды импульсов напряжения, индуцируемого в катушке с магнитным сердечником. При размещении катушки в полости такой пробки возможно максимально уменьшить зазор между сердечником катушки и наконечниками на концах лопастей крыльчатки. The introduction of a freely rotating impeller and the placement of tips of magnetic conductive material at the ends of its blades, together with the placement of the tips of a coil with a magnetic core in the plane of rotation, is a new solution for heat meters. It provides the conversion of the mechanical energy of the flow of hot water into electrical pulses, the energy of which is proportional to the flow of water. Only for a freely rotating impeller is the statement on the proportionality of the flow rate of the angular speed of rotation of the impeller valid. In addition, since the impeller is not loaded (not connected by a mechanical transmission to the counter), it can be made of lightweight polymeric material, which facilitates the solution of issues of its mounting in bearings washed by hot water. An essential distinguishing feature is the placement of the coil in a hollow plug, hermetically installed in the opening of the flowmeter housing in the plane of rotation of the tips. This ensures that the maximum value of the amplitude of the voltage pulses induced in the coil with a magnetic core. When placing the coil in the cavity of such a plug, it is possible to minimize the gap between the core of the coil and the tips at the ends of the impeller blades.
Введение диода и конденсатора, соединение конца обмотки с одним из отводов конденсатора и присоединение анода диода к другому отводу конденсатора и к "массе", а катода диода - к началу обмотки катушки является новым решением для теплосчетчиков. Оно обеспечивает удвоение амплитуды импульса напряжения, генерируемого в катушке. (Когда на конце обмотки катушки, соединенном с выводом конденсатора, "плюс", то конденсатор заряжается до величины напряжения на обмотке катушки. Когда же полярность напряжения на катушке меняется на противоположную, катушка и конденсатор по отношению к диоду, включенному в этот полупериод в обратном направлении, оказываются включенными последовательно, и диод оказывается под напряжением, вдвое превышающем напряжение, индицируемое катушкой). The introduction of a diode and a capacitor, connecting the end of the winding to one of the capacitor taps and attaching the diode anode to the other capacitor tap and to the ground, and the diode cathode to the beginning of the coil winding is a new solution for heat meters. It provides a doubling of the amplitude of the voltage pulse generated in the coil. (When the plus is at the end of the coil of the coil connected to the capacitor’s output, the capacitor is charged to the voltage across the coil of the coil. When the polarity of the voltage across the coil is reversed, the coil and capacitor are inversely related to the diode connected to this half-period direction, turn on in series, and the diode is under voltage, twice the voltage indicated by the coil).
Введение в состав теплосчетчика корректирующего устройства, связь его с катушкой и магнитным сердечником является новым решением. Оно обеспечивает "выставку" показаний теплосчетчика в соответствии с показаниями образцового теплосчетчика при поверке средств измерений количества тепловой энергии, передаваемой водой горячего водоснабжения. The introduction of a corrective device into the heat meter, its connection with the coil and the magnetic core is a new solution. It provides an “exhibition” of the readings of the heat meter in accordance with the readings of the model heat meter when calibrating measuring instruments for the amount of heat energy transmitted by the hot water supply.
Введение нормализатора является новым решением. Оно обеспечивает сохранение одинаковой формы импульсов, поступающих на вход множительного устройства независимо от скорости вращения крыльчатки. (При большей скорости вращения крыльчатки напряжение на выходах катушки с магнитным сердечником будет большим, а длительность импульса - меньшей). The introduction of a normalizer is a new solution. It ensures the preservation of the same shape of the pulses arriving at the input of the multiplying device, regardless of the speed of rotation of the impeller. (With a higher speed of rotation of the impeller, the voltage at the outputs of the coil with a magnetic core will be large, and the pulse duration will be shorter).
Введение термоэлектрического генератора в схему теплосчетчика является новым решением. Совместное размещение холодных спаев его термоэлементов в потоке холодной воды, а горячих спаев - в потоке горячей воды обеспечивает преобразование тепловой энергии горячей воды в электрическую энергию в виде термоЭДС. The introduction of a thermoelectric generator in the heat meter circuit is a new solution. Joint placement of cold junctions of its thermoelements in a stream of cold water, and hot junctions in a stream of hot water provides the conversion of thermal energy of hot water into electrical energy in the form of thermoEMF.
Введение в состав теплосчетчика первого порогового устройства и связь его по входу с выходом термоэлектрического генератора, а по выходу - со вторым входом множительного устройства является новым решением. Оно обеспечивает появление на выходе множительного устройства сигнала только в случае превышения температуры горячей воды над температурой холодной воды свыше определенной заранее установленной величины. Аналогично нуль-органу в решении-прототипе первое пороговое устройство обеспечивает исключение оплаты расхода условно горячей воды, когда температура этой воды не соответствует установленным стандартам на качество бытовой воды горячего водоснабжения. The introduction of the first threshold device into the heat meter and its connection at the input with the output of the thermoelectric generator, and at the output with the second input of the multiplying device is a new solution. It ensures that the signal multiplier appears at the output only if the temperature of hot water exceeds the temperature of cold water above a predetermined value. Similarly to the null-body in the prototype solution, the first threshold device provides the exception of paying for the consumption of conditionally hot water when the temperature of this water does not meet the established standards for the quality of domestic hot water.
Введение накопителя электрической энергии является для теплосчетчиков новым решением. Оно обеспечивает накопление преобразованной в электрический заряд энергии импульсов тока в количестве, соответствующем энергии срабатывания электромеханического счетного устройства. При этом использование в качестве накопителя преимущественно ионистора (иначе, молекулярного накопителя) также является для теплосчетчиков новым решением. Оно обеспечивает высокую точность срабатывания счетного устройства, вследствие того, что по причине очень большой емкости ионистора, по сравнению с обычными электрическими конденсаторами, разряд ионистора на электромеханическое счетное устройство можно обеспечить на квазилинейном участке характеристики ионистора. Этим обеспечивается высокая точность учета количества тепловой энергии, передаваемой горячей водой. The introduction of an electric energy storage device is a new solution for heat meters. It provides the accumulation of the energy of current pulses converted into an electric charge in an amount corresponding to the response energy of an electromechanical calculating device. At the same time, the use as a storage device mainly of an ionistor (in other words, a molecular storage device) is also a new solution for heat meters. It provides high accuracy of operation of the counting device, due to the fact that due to the very large capacitance of the ionistor, compared with conventional electric capacitors, the discharge of the ionistor to an electromechanical counting device can be ensured in the quasi-linear section of the characteristic of the ionistor. This ensures high accuracy of accounting for the amount of thermal energy transmitted by hot water.
Введение второго порогового устройства и первого блока "И" является новым решением для теплосчетчиков. Оно обеспечивает разряд накопителя электрической энергии через электромеханическое счетное устройство при достижении определенной величины заряда на накопителе, соответствующей величине порога срабатывания второго порогового устройства. Кроме того, оно обеспечивает разрыв цепи разряда при разряде накопителя для того, чтобы цикл заряда накопителя можно было многократно повторять. The introduction of a second threshold device and a first And block is a new solution for heat meters. It provides discharge of the electric energy storage device through an electromechanical calculating device when a certain amount of charge on the storage device is reached, corresponding to the value of the response threshold of the second threshold device. In addition, it ensures that the discharge circuit breaks when the drive is discharged so that the charge cycle of the drive can be repeated many times.
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 предложенного устройства является новым решением. Оно обеспечивает автоматическое переключение устройства в режим питания от энергии потока горячей воды и ее тепловой энергии при отключении сетевого питания и делает тем самым предлагаемое устройство не зависимым от источника питания. The introduction of the communication unit and its implementation in the form of series-connected blocks "NOT", the second block "AND" and the block "OR" and the connection of the communication unit with other blocks of the proposed device is a new solution. It provides automatic switching of the device to power mode from the energy of the flow of hot water and its thermal energy when the mains power is turned off, and thereby makes the proposed device independent of the power source.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема устройства для измерения тепловой энергии, передаваемой водой горячего водоснабжения. The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing, which shows a block diagram of a device for measuring thermal energy transmitted by hot water.
Устройство содержит:
Блок 1 - источник напряжения.The device contains:
Block 1 is a voltage source.
Блок 2 - расходомер крыльчатый. Block 2 - wing flow meter.
Блок 3 - термометр сопротивления в потоке горячей воды. Block 3 - resistance thermometer in the flow of hot water.
Блок 4 - термометр сопротивления в потоке холодной воды. Block 4 - resistance thermometer in a stream of cold water.
Блок 5 - резистор для устранения технологического разброса сопротивлений термометров. Block 5 - a resistor to eliminate the technological spread of the resistance of the thermometers.
Блоки 6 и 7 - основные резисторы мостовой схемы. Blocks 6 and 7 are the main resistors of the bridge circuit.
Блоки 8 и 9 - резисторы связи нуль-органа с мостовой схемой. Blocks 8 and 9 are communication resistors of a zero-organ with a bridge circuit.
Блок 10 - нуль-орган. Block 10 is a null organ.
Блок 11 - усилитель. Block 11 - amplifier.
Блок 12 - ключ. Block 12 is the key.
Блок 13 - счетное устройство. Block 13 is a counting device.
Блоки 1. . . 13 характеризуют прототип. Дополнительно к блокам 1...13 в предлагаемом техническом решении введены новые блоки:
Блок 14 - наконечники из магнитопроводящего материала, установленные на концах лопастей крыльчатки расходомера 2.Blocks 1.. . 13 characterize the prototype. In addition to blocks 1 ... 13, the proposed technical solution introduced new blocks:
Block 14 - tips of a magnetically conductive material mounted on the ends of the impeller vanes of the flowmeter 2.
Блок 15 - полая пробка преимущественно с резьбой, соответствующей резьбе в отверстии корпуса расходомера 2, проделанном в плоскости вращения наконечников 14. Пробка 15 может быть изготовлена из полимерного материала, обеспечивающего герметичность соединения пробки 15 с корпусом расходомера 2. Block 15 is a hollow plug predominantly with a thread corresponding to a thread in the opening of the flowmeter body 2, made in the plane of rotation of the tips 14. The plug 15 can be made of a polymer material, which ensures a tight connection between the plug 15 and the body of the flow meter 2.
Блок 16 - катушка с магнитным сердечником наподобие катушек в трубках телефонных аппаратов. Block 16 - a coil with a magnetic core like coils in the tubes of telephone sets.
Блок 17 - конденсатор электрический (см., например, В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 109/ Сост. Н.А. Алексеева. М., "Патриот", 1991, стр. 41-79). Block 17 is an electric capacitor (see, for example, To help a radio amateur: Collection. Issue 109 / Comp. N.A. Alekseeva. M., "Patriot", 1991, pp. 41-79).
Блок 18 - диод, своим анодом подключенный к выводу конденсатора 17, а катодом - к началу обмотки катушки 16, конец обмотки которой подключен к другому выводу конденсатора 17. Block 18 is a diode connected by its anode to the output of the capacitor 17, and by the cathode to the beginning of the winding of the coil 16, the end of the winding of which is connected to another output of the capacitor 17.
Катушка 16, конденсатор 17 и диод 18 размещены в полости пробки 15, которая после размещения указанных деталей заливается компаундом, образуя целостный блок - пробку 15 с одним выходом и выводом для подсоединения "массы", который соединен с анодом диода 18. The coil 16, the capacitor 17 and the diode 18 are placed in the cavity of the plug 15, which, after placing these parts, is filled with a compound, forming an integral block - plug 15 with one output and an output for connecting the "mass", which is connected to the anode of the diode 18.
Блок 19 - корректирующее устройство. В простейшем случае может представлять собой делитель напряжения, в качестве которого может использоваться резистор переменный (см. вышеуказанный источник, стр. 15-24). Block 19 is a correction device. In the simplest case, it can be a voltage divider, which can be used as a variable resistor (see the above source, p. 15-24).
Блок 20 - нормализатор. В простейшем случае нормализатор представляет собой конденсатор, на вход которого подаются импульсы напряжения, а выход конденсатора при этом зашунтирован полупроводниковым стабилитроном. Нормализация импульсов в таком нормализаторе основана на постоянстве времени заряда его конденсатора при постоянстве амплитуды импульсов, обеспечиваемой стабилитроном. При этом постоянство времени заряда обеспечивается неизменным значением сопротивления, входящего в его состав резистора. Block 20 is a normalizer. In the simplest case, the normalizer is a capacitor, the input of which is supplied with voltage pulses, and the output of the capacitor is shunted with a semiconductor zener diode. The normalization of pulses in such a normalizer is based on the constancy of the charge time of its capacitor with a constant pulse amplitude provided by the zener diode. In this case, the constancy of the charge time is provided by a constant value of the resistance included in its composition of the resistor.
Блок 21 - термоэлектрический генератор. В качестве такового может использоваться один из термоэлектрических генераторов, описанных, например, в (Даниэль-Бек В.С., Рогинская Н.С. Термоэлектрогенераторы, М., 1961). Block 21 is a thermoelectric generator. As such, one of the thermoelectric generators described, for example, in (Daniel-Beck V.S., Roginskaya N.S. Thermoelectric generators, M., 1961) can be used.
Блок 22 - радиатор с холодными концами термоэлементов, омываемый потоком холодной воды. Block 22 - a radiator with cold ends of thermocouples, washed by a stream of cold water.
Блок 23 - теплопроводная плата с горячими концами термоэлементов. С точки зрения повышения к.п.д. термоэлектрического генератора его термоэлементы выполняются преимущественно полупроводниковыми, обеспечивая более высокое значение к. п. д по сравнению с биметаллическими термоэлементами (см. Политехнический словарь, под ред. академика И.И. Артоболевского, "Советская энциклопедия", М. , 1976, стр. 436). Величина термоЭДС, вырабатываемая термоэлектрическим генератором, может быть оценена из соотношения:
Е=n•a•(t-t), (2)
где Е - термоЭДС термоэлектрического генератора, В;
n - число последовательно соединенных элементов термобатареи;
а - удельная термоЭДС, которая определяется материалом ветвей термоэлементов, В/град;
t и t - соответственно температура горячей и холодной воды. Для размещения горячих и холодных концов термоэлементов соответственно в потоке горячей и потоке холодной воды возможно использование байпасной трубки холодной воды при отношении основного расхода к байпасному 100:1 (см. Е.А. Шорников, Расходомеры энергоносителей и повышение точности измерений разности расходов и температур, АО НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова, СПб., 1995, стр. 40). В этом случае холодная вода может быть подведена к месту установки термоэлектрического генератора 21 в трубе горячей воды от соседней с "горячей" трубой трубы холодного водоснабжения. Как правило, ввод в квартиру холодной и горячей трубы осуществляется в одном месте.Block 23 - heat-conducting board with hot ends of thermocouples. In terms of increasing efficiency a thermoelectric generator, its thermoelements are predominantly semiconductor, providing a higher efficiency value compared to bimetallic thermoelements (see Polytechnical Dictionary, edited by Academician II Artobolevsky, "Soviet Encyclopedia", M., 1976, p. 436). The value of thermoEMF generated by a thermoelectric generator can be estimated from the ratio:
E = n • a • (tt), (2)
where E is the thermopower of the thermoelectric generator, V;
n is the number of series-connected elements of the thermopile;
a - specific thermoEMF, which is determined by the material of the branches of thermocouples, V / deg;
t and t are the temperature of hot and cold water, respectively. To place the hot and cold ends of thermocouples respectively in the flow of hot and cold water flow, it is possible to use a bypass cold water pipe with a ratio of the main flow to the bypass flow of 100: 1 (see EA Shornikov, Energy flow meters and improving the accuracy of measuring the difference in flow rates and temperatures, JSC NPO CKTI named after II Polzunov, St. Petersburg, 1995, p. 40). In this case, cold water can be brought to the installation site of the thermoelectric generator 21 in the hot water pipe from the pipe adjacent to the "hot" pipe of cold water supply. As a rule, putting cold and hot pipes into an apartment is carried out in one place.
Блоки 24 и 25 - соответственно первое и второе пороговые устройства. В качестве второго порогового устройства может использоваться, в частности, кремниевый диод, сопротивление которого при напряжении меньшем 0,5 В, приложенном в прямом направлении, составляет значительную величину (см. И.Л. Каганов, Промышленная электроника, "Высшая школа", М., 1968, стр. 48). Blocks 24 and 25 are the first and second threshold devices, respectively. As a second threshold device, in particular, a silicon diode can be used, the resistance of which at a voltage of less than 0.5 V applied in the forward direction is significant (see IL Kaganov, Industrial Electronics, Higher School, M ., 1968, p. 48).
Блок 26 - множительное устройство. Множительные устройства как класс счетно-решающих устройств описаны, например, в (А.Н. Лебедев, Счетно-решающие устройства, "Машгиз", М., 1958, стр. 139-160). В связи с тем, что в предлагаемом техническом решении один из сомножителей представляет собой импульс напряжения неизменной формы, множительное устройство может быть выполнено в виде транзистора, включенного по схеме "общий эмиттер", и у которого указанные импульсы напряжения вводятся в участок между эмиттером и коллектором, а сигнал, пропорциональный разности температур горячей и холодной воды с выходом первого порогового устройства 24, вводится в базовый участок между эмиттером и базой. Варианты выполнения таких множительных устройств, в том числе автоматической коррекции базового тока, приведены в (И.Л. Каганов, Промышленная электроника, "Высшая школа", 1968, стр. 130-136). Block 26 is a multiplier device. Multiplying devices as a class of computing devices are described, for example, in (A.N. Lebedev, Computer devices, Mashgiz, Moscow, 1958, pp. 139-160). Due to the fact that in the proposed technical solution one of the factors is an unchanged voltage pulse, the multiplying device can be made in the form of a transistor connected according to the "common emitter" circuit, and in which these voltage pulses are introduced into the section between the emitter and the collector and a signal proportional to the temperature difference between hot and cold water with the output of the first threshold device 24 is input into the base section between the emitter and the base. Options for performing such multiplying devices, including automatic correction of the base current, are given in (I. L. Kaganov, Industrial Electronics, Higher School, 1968, pp. 130-136).
Блок 27 - накопитель электрической энергии. Известны различные типы таких накопителей, основанных на различных физических принципах. В последнее время все большее распространение получили ионисторы, иначе молекулярные накопители. Благодаря их большой электрической емкости (1..3 фарады при размере рублевой монеты) использование ионистора в качестве накопителя позволяет обеспечить большую точность измерительного тракта предлагаемого устройства за счет протяженного линейного участка зарядной характеристики ионистора (зависимости напряжения на ионисторе от тока заряда). Block 27 is an electric energy storage device. Various types of such drives are known, based on various physical principles. Recently, ionistors, otherwise molecular storage rings, have become more widespread. Due to their large electric capacitance (1..3 farads when the size of a ruble coin), the use of an ionistor as a storage device makes it possible to ensure greater accuracy of the measuring path of the proposed device due to the extended linear portion of the charging characteristic of the ionistor (voltage dependence of the ionistor on the charge current).
Блок 28 - первый блок "И" с двумя входами. Block 28 is the first block "And" with two inputs.
В качестве комбинации блоков 27 и 28 может быть использован маломощный тиристор, переключающий диод-динистор (см. , например, Полупроводниковые приборы. Тиристоры. Справочник - СПб.: Издательство РНИИ "Электостандарт", 1993) или микросхема, обеспечивающая отрицательный наклон вольтамперной характеристики устройства после начала разряда накопителя 26 (иначе не разрядить ионистор на счетное устройство 13). As a combination of blocks 27 and 28, a low-power thyristor switching a diode-dynistor can be used (see, for example, Semiconductor devices. Thyristors. Reference book - St. Petersburg: Publishing House of the Russian Research Institute of Electrostandard, 1993) or a microcircuit that provides a negative slope of the current-voltage characteristic of the device after the beginning of the discharge of the drive 26 (otherwise, do not discharge the ionistor to the counting device 13).
Блок 29 - блок связи, содержащий последовательно соединенные блок "НЕ" 30, второй блок "И" 31 с двумя входами и блок "ИЛИ" 32 с двумя входами. Block 29 is a communication unit containing series-connected block "NOT" 30, the second block "AND" 31 with two inputs and the block "OR" 32 with two inputs.
Устройство для измерения количества тепловой энергии, передаваемой водой горячего водоснабжения, работает следующим образом. Источник напряжения 1 питает постоянным током расходомер 2. Унифицированный сигнал с выхода расходомера 2, пропорциональный расходу горячей воды, поступает в диагональ b-d мостовой схемы. Когда выполняется условие U>U, а оно выполняется, если сопротивление термометра 3 сопротивления потока горячей воды больше сопротивления термометра 4 сопротивления потока холодной воды, потенциал в точке b (отрицательный) относительно "земли" (точка а) больше потенциала в точке d (положительного) относительно "земли". При этом потенциалы сравниваются на инвертирующем входе нуль-органа 10, который при выполнении указанного условия открывает ключ 12, пропускающий сигнал с выхода усилителя 11 на счетное устройство 13, в качестве которого, как правило, используется стандартный 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 горячей воды примерно равна температуре холодной воды, положительный потенциал в точке d относительно точки а больше или равен отрицательному потенциалу в точке b относительно точки а, и нуль-орган 10 закрывает ключ 12, который отключает выход усилителя 11 от входа счетного устройства 13. A device for measuring the amount of thermal energy transmitted by hot water works as follows. Voltage source 1 supplies direct current to flowmeter 2. The unified signal from the output of flowmeter 2, proportional to the flow of hot water, enters the diagonal b-d of the bridge circuit. When the condition U> U is fulfilled, and it is satisfied, if the resistance of the thermometer 3 of the resistance to flow of hot water is greater than the resistance of the thermometer 4 of resistance to flow of cold water, 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". In this case, the potentials are compared at the inverting input of the null-organ 10, which, when the specified condition is met, opens the key 12, which transmits the signal from the output of the amplifier 11 to the counting device 13, which, as a rule, uses a standard 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 temperature of hot water is approximately equal to the temperature of cold water, 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 disconnects the output of the amplifier 11 from the input of the counting device 13.
Так работает прототип. Учет тепловой энергии, передаваемой горячей водой, в предложенном решении производится следующим образом. В случае отсутствия сигнала на выходе источника напряжения 1 расходомер 2 не генерирует сигналы на своем выходе, и сигнал на вход счетного устройства 13 через второй вход блока "ИЛИ" 32 не поступает. Вместе с тем вращение крыльчатки с размещенными на концах ее лопастей наконечников 14 из магнитопроводящего материала индуцирует ЭДС в расположенной в плоскости вращения наконечников 14 катушке 16. Каждый проход наконечника 14 мимо катушки 16 сопровождается генерированием импульса напряжения, амплитуда которого удваивается схемой удвоения, образованной последовательно соединенными конденсатором 17 и диодом 18. Сигнал в виде импульса напряжения с выхода пробки 15 поступает на вход корректирующего устройства 19, которое обеспечивает изменение амплитуды указанного импульса напряжения в соответствии с показаниями образцового теплосчетчика при поверках предлагаемого устройства. Сигнал с выхода корректирующего устройства 19 далее поступает на вход нормализатора 20, а с его выхода сигнал в виде импульсов одинаковой формы поступает на первый вход множительного устройства 26. Таким образом, на вход множительного устройства 26 поступают импульсы, частота которых пропорциональна расходу горячей воды, амплитуда же этих импульсов постоянна. На второй вход множительного устройства 26 поступает сигнал от выхода термоэлектрического генератора 21, величина которого пропорциональна разности температур горячей и холодной воды. При этом этот сигнал поступает только в том случае, если эта разность превышает значение, соответствующие установленному значению порога срабатывания второго порогового устройства 25. При наличии указанных двух сигналов на входах множительного устройства 26 на выходе последнего формируется сигнал в виде импульсов напряжения, амплитуда которых соответствует значению соотношения (1). Эти импульсы заряжают накопитель 27. При достижении на накопителе 27 установленного значения напряжения срабатывает первое пороговое устройство 24 и на первый вход первого блока "И" 28 поступает сигнал, который пропускает ток разряда накопителя 27 через второй вход первого блока "И" 28 на второй вход второго блока "И" 31. Так как при отсутствии сигнала на выходе источника напряжения 1 на выходе блока "НЕ" 30 присутствует сигнал, то и на первом входе второго блока "И" 31 сигнал присутствует, который пропускает ток разряда накопителя 27 со второго входа первого блока "И" 28 через второй блок "И" 31 и блок "ИЛИ" 32 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 достаточно подать на их вход импульс тока в несколько мА в течение нескольких мс. Такой импульс тока при разряде накопителя 27 вызывает срабатывание счетного устройства 13, и его разрядный диск поворачивается на одно деление. Накопитель 27 при этом разряжается, и на его выходе исчезает сигнал, что вызывает исчезновение сигналов на выходах первого блока "И"28 и первого порогового устройства 24. Накопитель 27 готов к следующему циклу заряда. This is how the prototype works. Accounting for thermal energy transmitted by hot water in the proposed solution is as follows. In the absence of a signal at the output of the voltage source 1, the flow meter 2 does not generate signals at its output, and the signal to the input of the counting device 13 through the second input of the block "OR" 32 is not received. At the same time, the rotation of the impeller with the tips 14 made of magnetically conductive material located at the ends of its blades induces an EMF in the coil 16 located in the plane of rotation of the tips 14. Each passage of the tip 14 past the coil 16 is accompanied by the generation of a voltage pulse whose amplitude is doubled by a doubling circuit formed by a capacitor connected in series 17 and diode 18. The signal in the form of a voltage pulse from the output of the plug 15 is fed to the input of the correction device 19, which provides changes the amplitude of said voltage pulse in accordance with an exemplary energy meter readings for verification of the proposed device. The signal from the output of the correcting device 19 then goes to the input of the normalizer 20, and from its output the signal in the form of pulses of the same shape goes to the first input of the multiplying device 26. Thus, the input of the multiplying device 26 receives pulses whose frequency is proportional to the flow of hot water, the amplitude but these impulses are constant. The second input of the multiplying device 26 receives a signal from the output of the thermoelectric generator 21, the value of which is proportional to the temperature difference between hot and cold water. At the same time, this signal comes only if this difference exceeds the value corresponding to the set value of the threshold of the second threshold device 25. If these two signals are present at the inputs of the multiplying device 26, a signal in the form of voltage pulses is formed at the output of the latter, the amplitude of which corresponds to the value relations (1). These pulses charge the drive 27. When the drive reaches the set voltage value 27, the first threshold device 24 is triggered and a signal is received at the first input of the first “And” block 28, which passes the discharge current of the drive 27 through the second input of the first “And” 28 to the second input the second block "And" 31. Since in the absence of a signal at the output of the voltage source 1 at the output of the block "NOT" 30 there is a signal, then the signal is present at the first input of the second block "And" 31, which passes the discharge current of the drive 27 from the second input ne the first block "And" 28 through the second block "And" 31 and the block "OR" 32 to the input of the counting device 13. As is known (see, for example, A. A. Sanin, Electronic Devices of Nuclear Physics, "Science", M. , 1964, p. 377), for the operation of electromechanical counters, it is sufficient to apply a current pulse of several mA to their input for several ms. Such a current pulse during the discharge of the drive 27 causes the counting device 13 to operate, and its discharge disk rotates by one division. The drive 27 is discharged, and the signal disappears at its output, which causes the disappearance of the signals at the outputs of the first block “I” 28 and the first threshold device 24. The drive 27 is ready for the next charge cycle.
Интегрирование количества теплой энергии, передаваемой горячей водой, в предлагаемом устройстве осуществляется дважды: в накопители 27 и на дисках счетного устройства 13. Это обеспечивает возможность практически неограниченное время вести измерения без переполнения счетного устройства. Integration of the amount of warm energy transmitted by hot water in the proposed device is carried out twice: in drives 27 and on the disks of the meter 13. This provides an almost unlimited time to take measurements without overflowing the meter.
Таким образом, на основе анализа структуры и функционирования схемы предложенного технического решения можно заключить, что устройство для измерения количества тепловой энергии, передаваемой водой горячего водоснабжения, обладает преимуществами, отвечающими задаче изобретения - обеспечиваются абсолютная безопасность использования таких устройств в опасных с точки зрения электробезопасности помещениях, возможен учет тепловой энергии независимо от источников электропитания. Придание известным теплосчетчикам свойства независимости от электропитания обеспечивает возможности эксплуатации теплосчетчиков, в которых реализовано предлагаемое техническое решение, в помещениях, которые по ряду причин должны быть периодически обесточены. Thus, based on the analysis of the structure and functioning of the scheme of the proposed technical solution, we can conclude that a device for measuring the amount of thermal energy transmitted by hot water supply has the advantages that meet the objective of the invention — absolute safety of using such devices in hazardous premises from the point of view of electrical safety is ensured, metering of thermal energy is possible regardless of the power supply. Giving the known heat meters the property of independence from power supply provides the possibility of operating heat meters in which the proposed technical solution is implemented in rooms that, for a number of reasons, must be periodically de-energized.
Предложение реализовано в виде действующего макета, подтвердившего при его испытаниях надежное функционирование устройства. The proposal is implemented in the form of a valid layout, which confirmed during its testing the reliable operation of the device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001107333A RU2189572C1 (en) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | Device measuring quantity of heat energy transferred by hot water supply |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001107333A RU2189572C1 (en) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | Device measuring quantity of heat energy transferred by hot water supply |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2189572C1 true RU2189572C1 (en) | 2002-09-20 |
Family
ID=20247295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001107333A RU2189572C1 (en) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | Device measuring quantity of heat energy transferred by hot water supply |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2189572C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU167475U1 (en) * | 2016-03-14 | 2017-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ТЕПЛОВОДОХРАН" | HEAT METER |
-
2001
- 2001-03-19 RU RU2001107333A patent/RU2189572C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU167475U1 (en) * | 2016-03-14 | 2017-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ТЕПЛОВОДОХРАН" | HEAT METER |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Haque et al. | Microcontroller based single phase digital prepaid energy meter for improved metering and billing system | |
| EP2917744B1 (en) | Voltage measurement | |
| EP0034031B1 (en) | Electricity meters | |
| CA2062914C (en) | Method for determining electrical energy consumption | |
| JPS6026463B2 (en) | AC energy measurement circuit | |
| JP3204673B2 (en) | Fluid measurement | |
| RU2337320C1 (en) | Water meter | |
| RU2189572C1 (en) | Device measuring quantity of heat energy transferred by hot water supply | |
| RU2699260C1 (en) | Electronic tachometric meter for accounting of liquid and gas flow with remote transmission of measurement results via radio channel | |
| Rajpoot et al. | 21st century modern technology of reliable billing system by using smart card based energy meter | |
| RU140225U1 (en) | HEAT METER FOR HOT WATER SUPPLY SYSTEMS | |
| RU2148803C1 (en) | Heat counter | |
| Maitra | Smart Energy meter using Power Factor Meter and Instrument Transformer | |
| RU2254560C1 (en) | Mode of determination and calculation of heat consumption and arrangement for its realization | |
| Jawaduddin et al. | Automatic energy monitoring system | |
| CN201964976U (en) | High-accuracy temperature-measuring module for heat meter | |
| RU2257554C2 (en) | Heating meter for counting of consumption of heat in local chains | |
| RU52U1 (en) | Liquid and gas counter | |
| Bhatkar et al. | Remote location tampering detection of domestic load | |
| JP2005164319A (en) | Self-generating power source for city water meter checking device and automatic city water meter checking system | |
| JP3561187B2 (en) | Inductive watt-hour meter with average power measurement function | |
| CN201234026Y (en) | Electric power socket capable of time division electricity fee metering | |
| IE44954B1 (en) | Maximum-demand electricity meter | |
| Rozman | A static domestic watthour meter based on Hall effect | |
| Kaya et al. | Measurement Techniques and Instruments |