RU2631007C1 - Теплосчетчик на основе накладных датчиков - Google Patents
Теплосчетчик на основе накладных датчиков Download PDFInfo
- Publication number
- RU2631007C1 RU2631007C1 RU2016127338A RU2016127338A RU2631007C1 RU 2631007 C1 RU2631007 C1 RU 2631007C1 RU 2016127338 A RU2016127338 A RU 2016127338A RU 2016127338 A RU2016127338 A RU 2016127338A RU 2631007 C1 RU2631007 C1 RU 2631007C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- pipeline
- control section
- sensors
- coolant
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D3/00—Hot-water central heating systems
- F24D3/12—Tube and panel arrangements for ceiling, wall, or underfloor heating
- F24D3/122—Details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K17/00—Measuring quantity of heat
- G01K17/06—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device
- G01K17/08—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature
- G01K17/10—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature between an inlet and an outlet point, combined with measurement of rate of flow of the medium if such, by integration during a certain time-interval
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Предлагаемое изобретение относится к средствам измерений количества теплоты, выделяемой нагретыми жидкими, газообразными и многофазными теплоносителями в системах отопления, без нарушения их целостности. Предложенный теплосчетчик на основе накладных датчиков содержит датчик теплового потока и датчики температуры поверхности, а также измеритель их сигналов. При этом датчик теплового потока установлен на контрольном участке трубопровода, а датчики температуры поверхности установлены на границах контрольного участка трубопровода и на трубопроводах у входа и выхода системы отопления. Согласно изобретению на поверхности датчика теплового потока, который полностью перекрывает поверхность контрольного участка трубопровода, установлен съемный теплообменник, состоящий из двух идентичных частей, каждая из которых содержит металлические теплопроводы, на внешней поверхности которых размещены термоэлектрические Пельтье-батареи, подключенные к источнику питания и снабженные радиаторами, охлаждаемыми электрическим вентилятором, также подключенным к источнику питания. Технический результат – повышение точности и оперативности измерения фактических значений количества теплоты, выделяемой в системах отопления любым теплоносителем. 2 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к средствам измерений количества теплоты Q, выделяемой нагретыми жидкими, газообразными и многофазными теплоносителями в системах отопления, без нарушения их целостности.
В настоящее время значения Q обычно получают с помощью традиционных теплосчетчиков по результатам измерений расхода теплоносителя и разности температур стационарными расходомерами и термометрами, встраиваемыми в трубопроводы систем отопления. Для получения искомых значений Q при этом привлекают справочные данные по удельной теплоемкости (энтальпии) используемого теплоносителя, которые определены с приемлемой точностью только для дистиллированной воды.
Аналогом предлагаемого теплосчетчика, использующего только накладные датчики, является теплосчетчик-расходомер см. патент №UA 59567А Украина. Тепломiр з накладними сенсорами // Костильов В.В., Сорокопут В.Л., Стеценко А.А., Стеценко А.И., Чумаченко А.О.; опубл. 2003, Бюл. №9. UA 59567A, 7G01K 17/00). Для решения задачи неразрушающих измерений количества теплоты в нем используют устройство (тепломер-теплосчетчик) с накладными датчиками температуры и ультразвуковыми датчиками расхода, устанавливаемыми на трубопроводы систем отопления. При этом в устройстве также используют метод измерений, основанный на определении значений расхода воды с привлечением справочных данных по ее энтальпии и плотности. Поэтому для реализации метода необходимо располагать такими данными, которые «перед началом измерений заносят в память вычислителя в виде таблиц». Следовательно, достоверность результатов измерений, полученных таким устройством, зависит от соответствия справочных данных фактическим значениям свойств теплоносителя. При отсутствии этих данных устройство не может быть использовано для измерений количества теплоты. Другим существенным недостатком аналога является использование накладных ультразвуковых датчиков расхода, погрешность измерений которых зависит от индивидуальных свойств как используемого теплоносителя, так и материала стенок трубопровода. Это не позволяет гарантировать показатели точности результатов измерений.
В качестве прототипа взято устройство, реализующее теплометрический метод измерений тепловой мощности отопительных приборов, описанный в источнике: Зонова, А.Д., Черепанов, В.Я. Неразрушающий теплометрический метод диагностики отопительных приборов и систем / Измерительная техника, №2. - 2014. - С. 54-57.
Устройство содержит датчик теплового потока, два накладных дифференциальных термоэлектрических датчика разности температур и измеритель их сигналов. Датчик теплового потока предназначен для размещения на контрольном (расходомерном) участке подающего трубопровода и измерений выделяемой на этом участке тепловой мощности. Один датчик разности температур предназначен для установки и измерений перепада температуры на поверхности контрольного участка, а другой датчик - на входе и выходе отопительного прибора. Чтобы получить достаточные для уверенных измерений значения перепада температуры чувствительные элементы (спаи) первого датчика размещают на границах контрольного участка на возможно большем удалении друг от друга.
Принцип действия устройства заключается в следующем. Горячий теплоноситель, протекая по трубопроводу, подводящему теплоноситель к отопительному прибору, охлаждается. Это приводит к появлению на поверхности контрольного участка теплового потока Р0, зависимость которого от параметров теплоносителя имеет вид:
где q0, Δt - измеренные устройством значения плотности теплового потока и разности температур на поверхности контрольного участка; F0 - измеренное значение площади его поверхности; КS - справочное значение коэффициента, учитывающего калорические свойства теплоносителя и зависящего от давления и температуры теплоносителя; G - массовый расход теплоносителя.
С учетом этого мощность отопительного прибора определяют по формуле
где ΔТ - измеренная устройством разность температур на входе и выходе отопительного прибора.
При всех достоинствах устройства-прототипа, использованного, главным образом, для демонстрации осуществимости теплометрического метода, оно имеет существенные недостатки. В частности, необходимо, чтобы контрольный участок трубопровода был прямолинейным и имел правильную цилиндрическую форму. Это необходимо для обеспечения постоянства условий теплообмена вдоль его поверхности и точного определения ее площади. При этом длина контрольного участка должна быть достаточной для надежных измерений разности температур на его границах. Кроме того, для получения достоверных результатов измерений теплового потока необходимо обеспечить равенство значений коэффициента черноты поверхностей датчика теплового потока и контрольного участка. Обеспечить выполнение этого условия практически невозможно, а его игнорирование может привести к недопустимым значениям погрешности измерений (см. Вихарева Н.А., Черепанов В.Я. Особенности измерений плотности теплового потока контактными датчиками // Измерительная техника. - 2015. - №8. - С. 45-48).
Задачей, которую решает предлагаемое изобретение, является создание простого в эксплуатации теплосчетчика, основанного на теплометрическом методе измерений, не имеющего недостатков аналога и прототипа, обеспечивающего точные и оперативные измерения фактических значений количества теплоты, выделяемой любым теплоносителем в системах отопления без нарушения их целостности.
Поставленная задача достигается тем, что, теплосчетчик на основе накладных датчиков содержит датчик теплового потока и датчики температуры поверхности, а также измеритель их сигналов. При этом датчик теплового потока установлен на контрольном участке трубопровода, а датчики температуры поверхности установлены на границах контрольного участка трубопровода и на трубопроводах у входа и выхода системы отопления. Согласно изобретению на поверхности датчика теплового потока, который полностью перекрывает поверхность контрольного участка трубопровода, установлен съемный теплообменник, состоящий из двух идентичных частей, каждая из которых содержит металлические теплопроводы, на внешней поверхности которых размещены термоэлектрические Пельтье-батареи, подключенные к источнику питания и снабженные радиаторами, охлаждаемыми электрическим вентилятором, также подключенным к источнику питания.
Технический результат, который достигается предлагаемым теплосчетчиком на основе накладных датчиков, заключается в том, что он может быть использован в качестве достаточно простого и мобильного средства измерений достоверных значений количества теплоты в системах отопления без нарушения их целостности и без привлечения справочных данных по свойствам теплоносителя.
Устройство поясняется схемами на фиг. 1 и 2.
На фиг. 1 представлено устройство в разрезе (вид сбоку). На схеме показаны контрольный участок трубопровода 1, датчик теплового потока 2, металлические теплопроводы 3, термоэлектрические Пельтье-батареи 4, радиаторы 5, съемный накладной теплообменник 6, электрический вентилятор 7.
На фиг. 2. приведена схема предлагаемого устройства, поясняющая принцип его действия. На схеме показаны контрольный участок трубопровода 1, датчик теплового потока 2, металлические теплопроводы 3, термоэлектрические Пельтье-батареи 4, радиаторы 5, съемный накладной теплообменник 6, электрический вентилятор 7; 8, 15 - источники питания термоэлектрических Пельтье-батарей 4 и электрического вентилятора 7, соответственно; 9, 10, 12, 14 - датчики температуры поверхности; измеритель сигналов 11, система отопления 13, обратный трубопровод 16.
Устройство работает следующим образом. Нагретый теплоноситель охлаждается на контрольном участке трубопровода 1 и отдает за интервал времени Δτ в окружающую среду количество теплоты Q0. При этом температура теплоносителя понижается на некоторое значение Δt, которое зависит от полной теплоемкости С теплоносителя, прошедшего за этот интервал времени, а также плотности q теплового потока на площади F поверхности датчика теплового потока 2. В этом случае справедливо равенство
Из (3) следует уравнение измерений полной теплоемкости теплоносителя, прошедшего за время Δτ:
Полная теплоемкость С теплоносителя является важнейшей физической величиной, определяющей одновременно качественную и количественную характеристики теплоносителя. Она равна произведению удельной теплоемкости с(Т, р), зависящей от температуры Т и давления p, на массу М теплоносителя, прошедшего по трубопроводу за некоторый определенный промежуток Δτ времени.
С учетом полученных значений С и результатов измерений разности ΔТ температур датчиками 12 и 14 на входе и выходе системы отопления 13 находим искомое значение Q количества теплоты:
Из полученного уравнения измерений следует, что в отличие от известных теплосчетчиков, предлагаемое устройство решает уникальную задачу измерений фактических значений количества теплоты в системах теплоснабжения для любого реального теплоносителя, без нарушения целостности этих систем и без привлечения какой-либо справочной информации о свойствах используемого теплоносителя.
Кроме этого, предлагаемый теплосчетчик, в отличие от всех известных, позволяет получить значения количества теплоты, выделяемой в системах отопления любым теплоносителем без использования сложных и дорогостоящих измерителей расхода и средств их метрологического обеспечения.
Таким образом, в соответствии с поставленной задачей, предлагаемое устройство не содержит характерных для аналогичных устройств и прототипа недостатков, отличаясь компактностью, простотой конструкции и эксплуатации, а также возможностью проводить измерения (в том числе оперативные) фактических значений количества теплоты для любых теплоносителей без нарушения целостности трубопроводов.
Подтверждением достижения технического результата является возможность применения устройства в качестве достаточно простого, в том числе и переносного, прибора, предназначенного для получения достоверных значений количества теплоты в системах отопления без нарушения их целостности и привлечения справочных данных по свойствам теплоносителя.
Такое средство измерений может быть использовано, например, при диагностике теплового режима и технического состояния систем теплоснабжения зданий и сооружений, отдельных отопительных приборов и систем; при контроле качества теплоизоляции в тепловых сетях и в магистральных нефтепроводах, а также при определении эффективности систем охлаждения на объектах атомной энергетики.
Claims (1)
- Теплосчетчик на основе накладных датчиков, содержащий датчик теплового потока и датчики температуры поверхности, а также измеритель их сигналов, при этом датчик теплового потока установлен на контрольном участке трубопровода, а датчики температуры установлены на границах контрольного участка трубопровода и на трубопроводах у входа и выхода системы отопления, отличающийся тем, что на поверхности датчика теплового потока, который полностью перекрывает поверхность контрольного участка трубопровода, установлен съемный теплообменник, состоящий из двух идентичных частей, каждая из которых содержит металлические теплопроводы, на внешней поверхности которых размещены термоэлектрические Пельтье-батареи, подключенные к источнику питания и снабженные радиаторами, охлаждаемыми электрическим вентилятором, также подключенным к источнику питания.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016127338A RU2631007C1 (ru) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | Теплосчетчик на основе накладных датчиков |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016127338A RU2631007C1 (ru) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | Теплосчетчик на основе накладных датчиков |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2631007C1 true RU2631007C1 (ru) | 2017-09-15 |
Family
ID=59893800
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016127338A RU2631007C1 (ru) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | Теплосчетчик на основе накладных датчиков |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2631007C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114113200A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-03-01 | 北京交通大学 | 一种基于热流密度测量的锂离子电池比热容测试方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3303769A1 (de) * | 1982-03-18 | 1983-09-29 | Avtomontaza Ljubljana n.sub.o. Tovarna gospodarskih vozil, trgovina in servis motornih vozil TODZ Tovarna grelnih naprav n.sub.o., 61000 Ljubljana | Waermeleistungsmesser |
RU2152599C1 (ru) * | 1998-04-07 | 2000-07-10 | Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии | Теплосчетчик-расходомер |
RU2182319C2 (ru) * | 1997-11-05 | 2002-05-10 | Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии | Теплосчетчик-расходомер |
UA59567A (ru) * | 2002-08-06 | 2003-09-15 | Акціонерне Товариство "Тахіон" | Тепломер с накладными датчиками температуры |
RU2247330C2 (ru) * | 2003-01-21 | 2005-02-27 | Российская Федерация в лице Федерального государственного унитарного предприятия "Сибирский государственный ордена Трудового Красного знамени научно-исследовательский институт метрологии" (ФГУП СНИИМ) | Преобразователь расхода |
-
2016
- 2016-07-06 RU RU2016127338A patent/RU2631007C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3303769A1 (de) * | 1982-03-18 | 1983-09-29 | Avtomontaza Ljubljana n.sub.o. Tovarna gospodarskih vozil, trgovina in servis motornih vozil TODZ Tovarna grelnih naprav n.sub.o., 61000 Ljubljana | Waermeleistungsmesser |
RU2182319C2 (ru) * | 1997-11-05 | 2002-05-10 | Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии | Теплосчетчик-расходомер |
RU2152599C1 (ru) * | 1998-04-07 | 2000-07-10 | Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии | Теплосчетчик-расходомер |
UA59567A (ru) * | 2002-08-06 | 2003-09-15 | Акціонерне Товариство "Тахіон" | Тепломер с накладными датчиками температуры |
RU2247330C2 (ru) * | 2003-01-21 | 2005-02-27 | Российская Федерация в лице Федерального государственного унитарного предприятия "Сибирский государственный ордена Трудового Красного знамени научно-исследовательский институт метрологии" (ФГУП СНИИМ) | Преобразователь расхода |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Зонова, А.Д., Черепанов, В.Я. Исследование неразрушающего метода измерений тепловой мощности отопительных приборов. Журнал "ИНТЕРЭКСПО ГЕО-СИБИРЬ", Выпуск номер 2, Том 5, 2010 г., Новосибирск: СГГА, 2010, с.124-129. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114113200A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-03-01 | 北京交通大学 | 一种基于热流密度测量的锂离子电池比热容测试方法 |
CN114113200B (zh) * | 2021-09-28 | 2024-01-23 | 北京交通大学 | 一种基于热流密度测量的锂离子电池比热容测试方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6678628B2 (en) | Apparatus and methods for monitoring and testing coolant recirculation systems | |
Moreira et al. | Heat transfer coefficient: a review of measurement techniques | |
Kim et al. | Experimental and numerical analysis of heat transfer phenomena in a sensor tube of a mass flow controller | |
Bertsche et al. | Experimental investigation on heat transfer in laminar, transitional and turbulent circular pipe flow | |
JP2019052950A (ja) | 熱式流量計 | |
Jaremkiewicz et al. | Measurement of transient fluid temperature in a pipeline | |
Tandiroglu | Effect of flow geometry parameters on transient entropy generation for turbulent flow in circular tube with baffle inserts | |
Sapozhnikov et al. | An investigation into film condensation of saturated steam on tube surfaces by a gradient heatmetry | |
RU2631007C1 (ru) | Теплосчетчик на основе накладных датчиков | |
RU2099632C1 (ru) | Способ определения толщины грязепарафиновых отложений в нефтепроводе | |
CN102326071B (zh) | 用于热交换系数测定的装置及相关方法 | |
RU2502989C1 (ru) | Способ определения температуропроводности твердого тела при нестационарном тепловом режиме | |
Alanazi et al. | New non-invasive thermal sensor design for a pipe flow | |
Lawrence et al. | Heat transmission to water flowing in pipes | |
JPS6126809A (ja) | 流体管内の付着物状況検知方法および装置 | |
RU2548135C1 (ru) | Термоанемометрический способ определения скорости и направления потока жидкости или газа и устройство для его осуществления | |
CN102095507B (zh) | 利用对联热电偶测量内燃机热平衡中较小冷却液温差方法 | |
Van der Westhuizen et al. | Implementation of liquid crystal thermography to determine wall temperatures and heat transfer coefficients in a tube-in-tube heat exchanger | |
RU2726898C2 (ru) | Устройство для прямых измерений тепловой мощности и количества теплоты в независимых системах отопления | |
RU2556290C1 (ru) | Способ определения теплофизических свойств твердых материалов | |
JP4537776B2 (ja) | 配管内を流れる流体温度の計測方法及び流体熱量の計測方法 | |
RU2751579C1 (ru) | Способ измерения долей компонентов в потоке двухфазной среды | |
RU2762534C1 (ru) | Способ определения коэффициента теплопередачи материалов и устройство для его осуществления | |
RU2673313C1 (ru) | Способ и устройство измерения расхода тепла | |
RU2551663C2 (ru) | Способ определения теплопроводности твердого тела цилиндрической формы при стационарном тепловом режиме |