RU2300087C1

RU2300087C1 - Heat meter and method of measurement of heat energy of heat transfer agent in open water heat supply systems

Info

Publication number: RU2300087C1
Application number: RU2006109168/28A
Authority: RU
Inventors: В чеслав Юрьевич Теплышев (RU); Вячеслав Юрьевич Теплышев; Михаил Николаевич Бурдунин (RU); Михаил Николаевич Бурдунин; Александр Александрович Варгин (RU); Александр Александрович Варгин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТБН энергосервис"
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2007-05-27

Abstract

FIELD: heat supply systems; measuring technique.

SUBSTANCE: supply and reverse pipelines of heat supply system are provided with volumetric electromagnet flow discharge meter having linear characteristic. It also has pressure converters, temperature converters and units for calculating density ρ₁ and ρ₂, enthalpy h₁ and h₂ of heat transfer agent. Cold water temperature converter in make-up pipeline is connected with unit for calculating enthalpy h_cw of cold water. Heat meter has unit for measuring difference in volumetric discharges Δq₃ in supply and reverse pipelines, density difference Δρ, unit for calculation of mass consumption m₂ in reverse pipeline, unit for calculation difference in mass consumption ΔM of heat transfer agent taken from network. Value of heat energy Q during time from τ₀ to τ₁= ^τ1∫_τ0m₂(h₁-h₂)dτ+(h₁+h_2cw)^τ1∫_τ0Δτ, where m₂=ρ₂q₂ is mass consumption in reverse pipeline; ΔM =^τ1∫_τ0ΔmΔτ. In this case Δm equals to Δm=ρ₂Δq₃+q₁Δρ. Pair of volumetric electromagnet flow discharge meter is subject to calibration due to reproduction of value of volumetric consumption.

EFFECT: improved precision of measurement.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к экспериментальной технике и может быть использовано в энергетике, коммунальном хозяйстве, нефтяной, газовой, химической промышленности и т.д.The invention relates to experimental equipment and can be used in energy, utilities, oil, gas, chemical industry, etc.

Известен теплосчетчик для измерений тепловой энергии и количества (объем, масса) теплоносителя в водяных системах теплоснабжения. Конструкция расходомеров, применяемых в этом теплосчетчике, содержит: канал (металлический патрубок), два измерительных термопреобразователя, два компенсационных термопреобразователя (пленочные терморезисторы), включенные в схемы неуравновешенных мостов постоянного тока с усилителями, блок управления нагревателями и вычислительный блок. Блок управления нагревателями периодически включает нагреватель, генерируя в поток тепловые метки. При включении нагревателя в вычислительном блоке реализуется команда на начало измерения времени и начинается отсчет времени переноса метки терморезисторами. Далее определяется время переноса метки по измерительному участку известной длины и площади поперечного сечения, откуда получают значения скорости потока и объемного расхода. По разности времени определяется плотность теплоносителя и затем определяют величину массового расхода.Known heat meter for measuring thermal energy and the amount (volume, mass) of the coolant in water heat supply systems. The design of the flow meters used in this heat meter includes: a channel (metal pipe), two measuring thermocouples, two compensating thermocouples (film thermistors), included in the unbalanced DC bridge circuits with amplifiers, a heater control unit and a computing unit. The heater control unit periodically turns on the heater, generating heat marks into the stream. When the heater is turned on, the command to start the time measurement is implemented in the computing unit and the counting time of the label transfer by the thermistors begins. Next, the time of label transfer along the measuring section of a known length and cross-sectional area is determined, from where the values of the flow velocity and volumetric flow are obtained. The time difference is used to determine the density of the coolant and then determine the mass flow rate.

Такое решение позволяет измерять объемный расход теплоносителя косвенным способом (Динамический термоконвективный метод измерения массового расхода бинарных растворов жидкости «Коммерческий учет энергоносителей». Материалы 20-й Международной научно-практической конференции 23-24 ноября 2004 г., стр.150-154. Авторы: Соколов Г.А., Сягаев Н.А., Тугушев К.Р.).Such a solution allows one to measure the volumetric flow rate of the coolant in an indirect way (Dynamic thermoconvective method for measuring the mass flow rate of binary liquid solutions “Commercial metering of energy carriers.” Materials of the 20th International Scientific and Practical Conference November 23-24, 2004, pp. 150-154. Authors: Sokolov G.A., Syagaev N.A., Tugushev K.R.).

Недостатки этого теплосчетчика: значительная погрешность определения массового расхода 1,2-1,8%; затруднен контроль плотности измеряемой среды, состоящей из двух компонентов и больше, затруднено измерение скорости жидкости при разной вязкости, большая длительность времени измерения.The disadvantages of this heat meter: a significant error in determining the mass flow rate of 1.2-1.8%; it is difficult to control the density of the measured medium, which consists of two or more components, it is difficult to measure the fluid velocity at different viscosities, and a long measurement time.

Известен способ определения объемного расхода теплоносителя (теплофикационной воды):A known method for determining the volumetric flow rate of the coolant (heating water):

- путем анализа характеристик теплопроводности и конвекции определяют объемный расход жидкости при реализации меточного метода измерений процесса переноса теплоты от источника меток (нагревателя) в поток вещества и от потока к термопреобразователям;- by analyzing the characteristics of thermal conductivity and convection, the volumetric flow rate of the liquid is determined during the implementation of the labeling method for measuring the heat transfer from the label source (heater) to the substance stream and from the stream to thermal converters;

- показывают, что время переноса метки по контрольному участку однозначно связано с объемным расходом и не зависит от свойств и состава измеряемой среды;- show that the label transfer time in the control section is uniquely related to the volumetric flow rate and does not depend on the properties and composition of the medium being measured;

- аналитически определяют одномерные задачи о распространении теплового импульса в потоке жидкости и достигают максимума метки в зоне регистрации.- analytically determine the one-dimensional problems of the propagation of a thermal pulse in the fluid flow and reach a maximum mark in the registration zone.

Такое решение позволяет определить объемный расход жидкости (Динамический термоконвективный метод измерения массового расхода бинарных растворов жидкости «Коммерческий учет энергоносителей». Материалы 20-й Международной научно-практической конференции 23-24 ноября 2004 г., стр.150-154. Авторы: Соколов Г.А., Сягаев Н.А., Тугушев К.Р.).This solution allows us to determine the volumetric flow rate of the liquid (Dynamic thermoconvective method for measuring the mass flow rate of binary liquid solutions "Commercial metering of energy carriers." Materials of the 20th International Scientific and Practical Conference November 23-24, 2004, pp. 150-154. Authors: Sokolov G .A., Syagaev N.A., Tugushev K.R.).

Недостатки этого способа заключаются в том, что в процессе измерения время переноса метки потоком состоит из длительности процесса кондуктивного переноса теплоты от нагревателя к потоку жидкости и от потока через стенку камеры (металлической трубы) к термопреобразователю, т.е. способ обладает большой инерционностью, что может привести к существенным ошибкам в результатах измерений.The disadvantages of this method are that during the measurement, the transfer time of the label by the flow consists of the duration of the conductive heat transfer from the heater to the liquid flow and from the flow through the chamber wall (metal pipe) to the thermal converter, i.e. the method has a large inertia, which can lead to significant errors in the measurement results.

Известны теплосчетчики для определения тепловой энергии и объемного расхода теплоносителя и воды горячей и холодной. Теплосчетчики электромагнитные предназначены для измерений и коммерческого учета тепловой энергии, объема и массы теплоносителя, потребленных жилыми, промышленными, общественными зданиями и т.д., в закрытых и открытых водяных системах теплоснабжения для измерения и регистрации объемного и массового расхода и параметров теплоносителя в обоих направлениях через первичные преобразователи расхода, а также для использования в автоматизированных системах учета, контроля и регулирования тепловой энергии, количества теплоносителя, горячей и холодной воды. В состав теплосчетчика входит один или два объемных электромагнитных расходомера и по два преобразователя температуры и давления.Heat meters are known for determining thermal energy and volumetric flow rate of a heat carrier and hot and cold water. Electromagnetic heat meters are designed for measuring and commercial metering of heat energy, volume and mass of heat carrier consumed by residential, industrial, public buildings, etc., in closed and open water heat supply systems for measuring and recording volumetric and mass flow rate and heat carrier parameters in both directions through primary flow converters, as well as for use in automated systems of accounting, control and regulation of thermal energy, amount of coolant, hot and cold water. The heat meter includes one or two volumetric electromagnetic flow meters and two temperature and pressure transducers.

Электронный блок представляет собой промышленный контроллер с программным обеспечением. Конструктивно он выполнен в пылевлагозащитном корпусе, размещенном непосредственно на объемном электромагнитном расходомере. В комплект теплосчетчика включается один или два объемных расходомера, два термопреобразователя, один термопреобразователь для измерения температуры окружающего воздуха и два преобразователя давления.The electronic unit is an industrial controller with software. Structurally, it is made in a dust and moisture protective housing located directly on a volume electromagnetic flowmeter. The heat meter kit includes one or two volumetric flow meters, two thermocouples, one thermocouple for measuring ambient temperature and two pressure transducers.

Электронный блок выполняет измерение, оцифровку и последующую обработку выходных сигналов преобразователей объемных электромагнитных расходомеров (ОЭР), температуры (ПТ) и давления теплоносителя (ПД). Вычисленные параметры теплоносителя могут быть переданы в реальных единицах измерения (т/ч, кПа, °С).The electronic unit performs measurement, digitization and subsequent processing of the output signals of the transducers of volumetric electromagnetic flow meters (OER), temperature (PT) and coolant pressure (PD). The calculated coolant parameters can be transferred in real units (t / h, kPa, ° С).

Такой теплосчетчик позволяет определять тепловую энергию, объемный (массовый) расход, температуру и давление теплоносителя в открытых и условно открытых водяных системах теплоснабжения (Теплосчетчики электромагнитные КМ-5 «Руководство по эксплуатации. Часть 1 АКП 42/8 2003», стр.3-4, стр.10, 14).Such a heat meter allows you to determine thermal energy, volumetric (mass) flow rate, temperature and pressure of the coolant in open and conditionally open water heat supply systems (Electromagnetic heat meters KM-5 "Operation manual. Part 1 of the AKP 42/8 2003", p. 3-4 , p. 10, 14).

Недостатки этого счетчика: низкая точность измерений тепловой энергии: от 4 до 5% из-за того, что не учтено влияние тепловых шумов, остаточной деформации, и старение материалов конструкции ОЭР при длительном времени эксплуатации.The disadvantages of this meter are: low accuracy of thermal energy measurements: from 4 to 5% due to the fact that the influence of thermal noise, permanent deformation, and aging of materials of the OER design with a long operating time are not taken into account.

Известен способ определения тепловой энергии и массы отобранного из тепловой сети теплоносителя. С помощью теплосчетчиков типа КМ-5 объемный и массовый расход, а также тепловую энергию определяют следующим образом:A known method for determining thermal energy and mass selected from the heat carrier network. Using heat meters of the KM-5 type, volumetric and mass flow rate, as well as thermal energy, are determined as follows:

- Подобранную пару платиновых термопреобразователей, установленную на подающем и обратном трубопроводах системы водяного теплоснабжения, присоединяют к входу КМ-5.- A matched pair of platinum thermal converters installed on the supply and return pipelines of the water heating system is connected to the input of KM-5.

- Определяют тепловую энергию по одному из уравнений МИ 2412-97. Водяные системы теплоснабжения. Уравнения измерений тепловой энергии и количества теплоносителя. Так, для закрытой водяной системы теплоснабжения используется уравнение Q=V·ρ(h₁-h₂), где V-объем теплоносителя, протекающего через подающий (обратный) трубопровод за время наблюдения; ρ - плотность теплоносителя (сетевой воды), соответствующая температуре теплоносителя в подающем (обратном) трубопроводе, согласно ГСССД 188-99; h₁, h₂ - удельная энтальпия теплоносителя (сетевой воды), соответственно, в подающем и обратном трубопроводах, согласно ГСССД 188-99.- Determine the thermal energy according to one of the equations MI 2412-97. Water heating systems. Equations for measuring thermal energy and the amount of coolant. So, for a closed water heat supply system, the equation Q = V · ρ (h ₁ -h ₂ ) is used, where V is the volume of the coolant flowing through the supply (return) pipeline during the observation time; ρ is the density of the coolant (network water) corresponding to the temperature of the coolant in the supply (return) pipeline, according to GSSSD 188-99; h ₁ , h ₂ - specific enthalpy of the coolant (network water), respectively, in the supply and return pipelines, according to GSSSD 188-99.

Определяют объемы измеряемой среды V₁ и V₂, прошедшие через объемные расходомеры по подающему и обратному трубопроводу за время наблюдений Δτ=τ₁-τ₀ как

и

где G_V,i (τ) - значение объемного расхода в момент времени τ; где i=1 для подающего, а i=2 для обратного трубопровода.The volumes of the measured medium V ₁ and V ₂ , passed through the volumetric flow meters through the supply and return pipelines during the observation time Δτ = τ ₁ -τ _{0 are} determined as

and

where G _{V, i} (τ) is the value of the volumetric flow rate at time τ; where i = 1 for the feed and i = 2 for the return pipe.

- Определяют массовый расход G_M(τ) и массу измеряемой среды М за время наблюдений Δτ=τ₁-τ₀, как G_M(τ)=ρ(t, Р)·G_V(τ); тогда по подающему и обратному трубопроводу будет

и

- Determine the mass flow rate G _M (τ) and the mass of the measured medium M during the observation Δτ = τ ₁ -τ ₀ , as G _M (τ) = ρ (t, Р) · G _V (τ); then the supply and return pipes will be

and

Где ρ₁ и ρ₂ - плотности теплоносителя (сетевой воды), соответственно, в подающем и обратном трубопроводах, согласно ГСССД 188-99. Массу теплоносителя отобранного из сети определяют как ΔM=M₁-M₂, где M₁ - масса теплоносителя, прошедшего по подающему, а М2 по обратному трубопроводам.Where ρ ₁ and ρ ₂ are the densities of the coolant (network water), respectively, in the supply and return pipelines, according to the GSSSD 188-99. The mass of the coolant taken from the network is defined as ΔM = M ₁ -M ₂ , where M ₁ is the mass of the coolant that passed through the supply, and M2 through the return pipelines.

Такое решение позволяет определить тепловую энергию и массу теплоносителя в подающих и обратных трубопроводах открытых и условно открытых систем водяного теплоснабжения (Теплосчетчики электромагнитные КМ-5 «Руководство по эксплуатации. Часть 1 АКП 42/8 2003», стр.3-4, стр.10, 14).This solution allows you to determine the thermal energy and mass of the coolant in the supply and return pipelines of open and conditionally open water heat supply systems (Electromagnetic heat meters KM-5 "Operation manual. Part 1 of the AKP 42/8 2003", p. 3-4, p. 10 , fourteen).

Недостаток этого способа определения тепловой энергии и массы отобранного из сети теплоносителя является не учет и не определение влияния остаточных деформаций от давления и температуры, особенно при длительном условии эксплуатации. Не учитывается влияние изменения окружающей температуры. ОЭР градуируется холодной водой. Масса отобранного из сети теплоносителя определяется по разности показаний расходомеров, что приводит к большой методической погрешности.The disadvantage of this method of determining the thermal energy and mass of the heat carrier taken from the network is not to take into account and not to determine the influence of residual deformations on pressure and temperature, especially under long-term operation conditions. The effects of changes in ambient temperature are not taken into account. OER graduated with cold water. The mass of the coolant taken from the network is determined by the difference in the readings of the flow meters, which leads to a large methodological error.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является теплосчетчик, который содержит подающий, обратный, подпиточный трубопроводы. Подающий и обратный трубопроводы каждый содержит по-одному ОЭР и ПТ и ПД. Подпиточный трубопровод содержит ПТ и блок вычисления энтальпии холодной воды. Подающий и обратный трубопроводы также оснащены блоками вычисления энтальпии и плотности теплоносителя. На выходе каждого трубопровода определяется расход массы и объем теплоносителя. Отмечено, что комплектация измерительными компонентами для различных уравнений измерений может быть различной.Closest to the proposed invention, the technical solution is a heat meter that contains the supply, return, make-up pipelines. The supply and return pipelines each contain one OER and PT and PD. The make-up pipeline contains a PT and a unit for calculating the enthalpy of cold water. The supply and return pipelines are also equipped with units for calculating the enthalpy and density of the coolant. At the outlet of each pipeline, the mass flow rate and the volume of the coolant are determined. It is noted that the configuration with measuring components for different measurement equations may be different.

Например, теплосчетчик может комплектоваться ПД, либо давление может задаваться договорной константой.For example, a heat meter can be equipped with a PD, or pressure can be set by a contract constant.

Такое решение позволяет определить объемный расход теплоносителя прямым измерением в системах теплоснабжения (Коммерческий учет энергоносителей. Материалы 22-й Международной научно-практической конференции. Санкт-Петербург 2005 г., стр.80-89. «К вопросу о типовых испытаниях теплосчетчиков для водяных систем теплоснабжения». Авторы М.Н.Бурдунин, А.А.Варгин).This solution allows us to determine the volumetric flow rate of the coolant by direct measurement in heat supply systems (Commercial metering of energy carriers. Materials of the 22nd International Scientific and Practical Conference. St. Petersburg 2005, pp. 80-89. “On the issue of type tests of heat meters for water systems heat supply. ”Authors MN Burdunin, A. A. Vargin).

Недостатки этого теплосчетчика: низкая точность определения объемного расхода из-за неучета влияния остаточной деформации, тепловых шумов ОЭР, ПТ и ПД.The disadvantages of this heat meter are: low accuracy in determining the volumetric flow rate due to the neglect of the influence of residual deformation, thermal noise of the OER, PT and PD.

Наиболее близким техническим решением является способ определения объемных расходов теплоносителя в водяных системах теплоснабжения.The closest technical solution is a method for determining the volumetric flow rates of the coolant in water heating systems.

Сущность способа определения объемных расходов теплоносителя заключается в следующем:The essence of the method for determining the volumetric flow rate of the coolant is as follows:

- В заданном интервале времени Δτ определяют массу теплоностителя в подающем и обратном трубопроводах как: M₁=ρ₁q₁Δτ и М₂=ρ₂q₂Δτ;- In a given time interval Δτ determine the mass of the coolant in the supply and return pipelines as: M ₁ = ρ ₁ q ₁ Δτ and M ₂ = ρ ₂ q ₂ Δτ;

где M₁, M₂ - массы теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах;where M ₁ , M ₂ - the mass of the coolant in the supply and return pipelines;

q₁, q₂ - объемный расход в каждом трубопроводе; ρ₁, ρ₂ - плотность теплоносителя в каждом трубопроводе.q ₁ , q ₂ - volumetric flow rate in each pipeline; ρ ₁ , ρ ₂ - density of the coolant in each pipeline.

- На выходе теплосчетчика тепловую энергию теплоносителя в открытых водяных системах теплоснабжения определяют как

где ρ=ρ(Р, t) и h=h(Р, t), определяют по ГСССД 188-99; Р - избыточное давление, t - время. Массу теплоносителя, отобранного из сети, определяют как ΔM=M₁-M₂, где М₂ масса теплоносителя, прошедшего по подающему, а М₂ по обратному трубопроводам.- At the outlet of the heat meter, the thermal energy of the coolant in open water heat supply systems is determined as

where ρ = ρ (Р, t) and h = h (Р, t) are determined according to GSSSD 188-99; P is the overpressure, t is the time. The mass of the heat carrier taken from the network is defined as ΔM = M ₁ -M ₂ , where M _{2 is the} mass of the heat carrier passing through the supply and M _{2 is} through the return pipelines.

- Причем градуируют теплосчетчик на холодноводной установке как: q=k(q)f, где k(q) - градуировочный коэффициент как функция расхода; f -выходной электрический сигнал.- Moreover, the heat meter is calibrated in a cold-water installation as: q = k (q) f, where k (q) is the calibration coefficient as a function of flow rate; f - output electrical signal.

Такой способ позволяет определить тепловую энергию, объемный и массовый расход, а также массу теплоносителя, отобранную в открытых и условно открытых водяных системах теплоснабжения (Коммерческий учет энергоносителей. Материалы 22-й Международной научно-практической конференции. Санкт-Петербург 2005 г., стр.80-89. «К вопросу о типовых испытаниях теплосчетчиков для водяных систем теплоснабжения». Авторы М.Н.Бурдунин, А.А.Варгин).This method allows you to determine the thermal energy, volumetric and mass flow rate, as well as the mass of the coolant selected in open and conditionally open water heat supply systems (Commercial metering of energy carriers. Materials of the 22nd International Scientific and Practical Conference. St. Petersburg 2005, p. 80-89. "On the type test of heat meters for water heat supply systems. Authors MN Burdunin, A. A. Vargin).

Недостаток этого способа определения массы теплоносителя, отобранного из открытой или условно открытой водяной системы теплоснабжения, связан с тем, что измерение осуществляется по разности показаний расходомеров, установленных на подающем и обратном трубопроводах. Этот косвенный метод измерений ΔM содержит большую методическую погрешность (±100% и более), что автоматически приводит и к большой погрешности измерений тепловой энергии.The disadvantage of this method of determining the mass of the coolant selected from an open or conditionally open water heating system is that the measurement is based on the difference in the readings of the flow meters installed on the supply and return pipelines. This indirect method of measuring ΔM contains a large methodological error (± 100% or more), which automatically leads to a large error of measurements of thermal energy.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения тепловой энергии и массы, отобранной из сети теплоносителя, за счет введения в теплосчетчик блока прямого измерения разности объемных расходов и блока измерения разности плотностей в подающем и обратном трубопроводах в открытых и условно открытых водяных системах теплоснабжения. Ведение в теплосчетчик блока прямого измерения разности объемных расходов и блока измерения разности плотностей в подающем и обратном трубопроводах позволяет производить определение значения массы отобранного из сети теплоносителя без применения операции вычитания значений масс теплоносителя, определенных по показаниям расходомеров, установленных на этих трубопроводах.The objective of the present invention is to improve the accuracy of measuring thermal energy and mass taken from the heat carrier network by introducing into the heat meter a unit for directly measuring the difference in volumetric flows and a unit for measuring the difference in densities in the supply and return pipelines in open and conditionally open water heat supply systems. Keeping in the heat meter a unit for directly measuring the difference in volumetric flow rates and a unit for measuring the difference in densities in the supply and return pipelines allows determining the mass value of the heat carrier taken from the network without using the operation of subtracting the mass of the heat carrier determined from the readings of the flow meters installed on these pipelines.

Технический результат достигается тем, что в теплосчетчик, используемый в водяных системах теплоснабжения, содержащий трубопроводы подающий, обратный, каждый трубопровод в отдельности подающий, обратный оснащены по одному объемному электромагнитному расходомеру (либо расходомеру другого вида, имеющему линейную градуировочную характеристику), преобразователю давления и температуры, блоками вычисления плотности, энтальпии, расхода массы, блок вычисления энтальпии холодной воды и преобразователь вычисления холодной воды, выход которого через блок вычисления энтальпии холодной воды соединен с входом индикатора, выходы объемных расходомеров соединены с входом блоков вычисления расхода массы теплоносителя, выходы преобразователей давления и температуры соединены с входом блоков вычитания плотности энтальпии теплоносителя подающего и обратного трубопроводов, выход блоков плотности соединен с входом блока вычисления разности масс теплоносителя, дополнительно введены блок прямого измерения разности объемных расходов в подающем и обратном трубопроводах, блок вычисления разности массовых расходов, блок определения массы отобранного из сети теплоносителя, выходы блоков вычисления плотности соединены с входом блока вычитания плотностей, выходы объемных электромагнитных расходомеров соединены с входами определения объемных расходов, выходы последнего блока объемного электромагнитного расходомера подающего трубопровода и выход блока вычитания плотности соединены со входом блока разности массовых расходов, выходы последнего блока соединены со входом блока масс, отобранных из сети теплоносителя и индикатора.The technical result is achieved by the fact that the heat meter used in water heating systems, containing the supply, return, each individually supply and return pipes, is equipped with one volumetric electromagnetic flow meter (or another type of flow meter having a linear calibration characteristic), a pressure and temperature transducer , units for calculating density, enthalpy, mass flow, unit for calculating the enthalpy of cold water and a converter for calculating cold water, the output of which through the unit for calculating the enthalpy of cold water is connected to the input of the indicator, the outputs of the volumetric flow meters are connected to the input of the units for calculating the mass flow of the coolant, the outputs of the pressure and temperature transducers are connected to the input of the units for subtracting the density of the enthalpy of the coolant of the supply and return pipelines, the output of the blocks of density is connected to the input of the unit of calculation the mass difference of the coolant, in addition, a unit for direct measurement of the difference in volumetric flow rates in the supply and return pipelines, a calculation unit the difference of the mass flow rate, the mass determination unit of the heat carrier taken from the network, the outputs of the density calculation units are connected to the input of the density subtraction unit, the outputs of the volume electromagnetic flowmeters are connected to the inputs of the volume flow determination, the outputs of the last unit of the volume electromagnetic flow meter of the supply pipe and the output of the density subtraction unit are connected to the input of the mass flow difference block, the outputs of the last block are connected to the input of the mass block selected from the coolant network and indicator.

Технический результат также достигается тем, что в способе определения расхода теплоносителя и тепловой энергии в открытых водяных системах теплоснабжения определяют объемный расход, тепловую энергию, плотность, температуру, энтальпию, массы теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, в нем в подающий и обратный трубопроводы стадии градуировки пары ОЭР теплосчетчика задают многочисленные значения разности объемных расходов теплоносителя Δq=0≠Δq₁≠q₂...≠Δq_n=const, при этих значениях Δg=const строят зависимость между собой выходных сигналов с выходов ОЭР подающего и обратного трубопроводов U(q₂) от U(q₂), эти зависимости хранят в блоке определения объемных расходов теплоносителя, далее путем эквивалентных преобразований уравнений тепловой энергии Q и массы отобранного из сети теплоносителя ΔM в явном виде выделяют разность объемных расходов, измеряемую без применения операции вычитания и разность плотностей и измеряют отдельно объемные расходы и плотность теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, разность массовых расходов получают как Δm=ρ₂·Δq_э+q₁Δρ, где ρ₂ - плотность теплоносителя в обратном трубопроводе; Δq_э - действительное значение разности объемных расходов в подающем и обратном трубопроводах, Δρ=ρ₁-ρ₂ - разность плотностей; массу отобранного из сети теплоносителя определяют как

где Δm - разность массовых расходов за время от τ₀ до τ₁, причем значение тепловой энергии за время от τ₀ до τ₁ определяют как:

m₂ - массовый расход в обратном трубопроводе; h₁, h₂, h_хв - энтальпия теплоносителя в подающем, обратном трубопроводах и холодной воды соответственно, затем в процессе эксплуатации теплосчетчиков в сетях теплоснабжения с выхода ОЭР регистрируют сигналы U(q₂)_э от U(q₁)_э, подают в блоки определения объемных расходов теплоносителя в индикаторе и в результате деления выходных напряжений между собой U(q₁)_э/U(q₂)_э и на выходе индикатора получают действительное отличие значение величины прямого измерения разности объемных расходов Δq теплоносителя.The technical result is also achieved by the fact that in the method for determining the flow of heat carrier and heat energy in open water heat supply systems, volumetric flow rate, heat energy, density, temperature, enthalpy, mass of the heat carrier in the supply and return pipelines, in it in the supply and return pipelines of the graduation stage are determined pair IER heat meter set multiple values of the difference Δq coolant volume flow ≠ Δq = 0 ≠ q ₁ ₂ ... ≠ Δq _n = const, at these values Δg = const is plotted together with the output latter is present with the output IER supply and return conduits U (q ₂₎ of the U (q _2), these curves are stored in determination unit volume of coolant costs further by equivalent transformations heat equation Q and weights selected from the network ΔM coolant explicitly distinguish the difference volumetric flow rates measured without subtraction and the difference in densities and flow rates were measured separately and the density of the coolant in the flow and return pipe, the difference in mass flow rates obtained as Δm = ρ ₂ · Δq _e + q ₁ Δρ, wherein ₂ - the density of the coolant in the return pipe; Δq _e is the actual value of the difference in volumetric flow rates in the supply and return pipelines, Δρ = ρ ₁ -ρ ₂ is the difference in densities; the mass of the coolant taken from the network is determined as

where Δm is the difference in mass flow rates over time from τ ₀ to τ ₁ , and the value of thermal energy over time from τ ₀ to τ ₁ is determined as:

m ₂ - mass flow rate in the return pipe; h _1, h _2, h _xs - enthalpy of coolant in the feed, return flow and cold water respectively, then during operation the heat meter in heating output IER networks recorded signals U (q ₂₎ _e by U (q ₁₎ _e is supplied to the blocks for determining the volumetric flow rate of the coolant in the indicator and as a result of dividing the output voltages between themselves U (q ₁ ) _e / U (q ₂ ) _e and at the output of the indicator receive a real difference in the value of the direct measurement of the difference in volumetric flow rate Δq of the coolant.

На фиг.1 изображена блок-схема теплосчетчика с прямым измерением разности объемных расходов теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах в открытых и условно открытых водяных системах теплоснабжения. На фиг.2 - фиг.5 изображены градуировочные характеристики канала прямого измерения разности расходов пары расходомеров предлагаемого устройства и оценка пределов погрешности канала прямого измерения разности расходов (зависимость выходного напряжения расходомера обратного трубопровода от выходного напряжения расходомера подающего трубопровода). На блок-схеме теплосчетчика изображены подающий 7, обратный 2 трубопроводы, которые условно показаны прямыми линиями. Теплосчетчик на подающем трубопроводе 1 содержит объемный электромагнитный расходомер q₁ 3 (ОЭР), преобразователь температуры t₁ (ПТ) 5 и давления P₁ (ПД) 4, блоки вычисления плотности ρ₁ 6, энтальпии h₁ 7, обратный трубопровод содержит аналогичные блоки, т.е. ОЭР q₂ 8, ПТ t₂ 9, ПД P₂ 10, блоки вычисления плотности ρ₂ 11 и энтальпии h₂ 12 теплоносителя. Подпиточный трубопровод 15 содержит блок ПТ измерений температуры холодной воды t_хв 13 и блок вычисления энтальпии холодной воды h_хв 14. Блоки разности плотностей Δρ 16, прямого измерения разности объемных расходов Δq 17 теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, блоки вычисления массового расхода в обратном трубопроводе m₂ 19 (m₂=p₂q₂), массы отобранного из сети теплоносителя ΔМ 20, блок вычисления разности массовых расходов Δm 18, блок вычисления измеряемой тепловой энергии Q (индикатор) 21.Figure 1 shows a block diagram of a heat meter with direct measurement of the difference in volumetric flow rates of the coolant in the supply and return pipelines in open and conditionally open water heat supply systems. Figure 2 - figure 5 shows the calibration characteristics of the channel for direct measurement of the difference in flow rate of a pair of flow meters of the proposed device and the estimation of the error limits of the channel for direct measurement of the difference in flow rate (dependence of the output voltage of the return flow meter on the output voltage of the flow meter of the supply pipe). On the block diagram of the heat meter shows the supply 7, return 2 pipelines, which are conventionally shown by straight lines. The heat meter on the supply pipe 1 contains a volumetric electromagnetic flow meter q ₁ 3 (OER), a temperature transducer t ₁ (ПТ) 5 and pressure P ₁ (ПД) 4, density calculation units ρ ₁ 6, enthalpy h ₁ 7, the return pipe contains similar blocks , i.e. OER q ₂ 8, PT t ₂ 9, PD P ₂ 10, blocks for calculating the density ρ ₂ 11 and enthalpy h ₂ 12 of the coolant. The make-up pipeline 15 contains a block of temperature measurements for cold water temperature t _хв 13 and a unit for calculating the enthalpy of cold water h _хв 14. Blocks of the difference in density Δρ 16, direct measurement of the difference in volumetric flow rates Δq 17 of the coolant in the supply and return pipelines, blocks for calculating the mass flow in the return piping m ₂ 19 (m ₂ = p ₂ q ₂ ), the masses taken from the coolant network ΔM 20, the unit for calculating the difference in mass flow rates Δm 18, the unit for calculating the measured thermal energy Q (indicator) 21.

Выходы блоков измерения температуры 5, 9 и давления ПД 4, 10 соответственно соединены с входами блоков вычисления энтальпии (h₁, h₂) 7, 12 и плотности (ρ₁, ρ₂) 6, 11. Выходы блоков энтальпии 7, 12 соединены с входами индикатора 21, где происходит вычисление измеряемой тепловой энергии Q, в открытой системе водяного теплоснабжения. Выходы блоков вычисления плотности 6, 11 через блоки вычитания плотности (ρ₁-ρ₂) 16 и разности массовых расходов Δm 18 присоединены к входу блока вычисления ΔМ 20 массы отобранного из сети теплоносителя, равной разности масс теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах. Выходы блоков ОЭР 3, 8 через блоки прямого измерения разности объемных расходов подающего и обратного трубопроводов Δq 17, массового расхода m₂ 19 присоединены к входу индикатора 21. Также выход ОЭР q₁ 3 через блок 18 соединен с индикатором 21. Выходы ОЭР q₂ 8 и блока вычисления плотности ρ₂ 11 присоединены к входу блока вычисления массового расхода в обратном трубопроводе m₂ 19. Выходы блока 19 и блока вычисления энтальпии h₂ 12 соединены с индикатором 21. Выход блока ПТ t_хв 13 подпиточного трубопровода 75 соединен с входом блока энтальпии холодной воды h_хв 14. Выходы блоков 14, 7, 3 и 8 присоединены к входам индикатора 21.The outputs of the temperature measuring blocks 5, 9 and pressure PD 4, 10 are respectively connected to the inputs of the enthalpy calculation blocks (h ₁ , h ₂ ) 7, 12 and the density (ρ ₁ , ρ ₂ ) 6, 11. The outputs of the enthalpy blocks 7, 12 are connected with the inputs of indicator 21, where the calculation of the measured thermal energy Q takes place, in an open water heating system. The outputs of the density calculation blocks 6, 11 through the density subtraction blocks (ρ ₁ -ρ ₂ ) 16 and the mass flow difference Δm 18 are connected to the input of the mass calculation block ΔМ 20 of the mass taken from the coolant network equal to the mass difference of the coolant in the supply and return pipelines. The outputs of blocks OER 3, 8 through blocks of direct measurement of the difference in volumetric flow rates of the supply and return pipelines Δq 17, mass flow rate m ₂ 19 are connected to the input of the indicator 21. Also, the output of the OER q ₁ 3 through the block 18 is connected to the indicator 21. The outputs of the OER q ₂ 8 and a density calculation unit ρ ₂ 11 are connected to the input of the mass flow calculation unit in the return pipe m ₂ 19. The outputs of the unit 19 and the enthalpy calculation unit h ₂ 12 are connected to the indicator 21. The output of the unit t _tv 13 of the make-up pipeline 75 is connected to the input of the enthalpy unit h cold water _xs 14. The outputs of the blocks 14, 7, 3 and 8 are connected to the inputs of the indicator 21.

В подающем, обратном и подпиточном трубопроводах использованы известные ПТ по ГОСТ 6651 из платины и номинальным сопротивлением 100, 500 Ом. Критерием выбора ПТ является стабильность, точность, стоимость. Способ соединения ПТ 100 Ом с усилителем по четырехпроводной линии связи с двумя токовыми и двумя потенциальными проводами. Для ПТ 500 Ом применяется двухпроводная схема. При этом входные сопротивления усилителя должны быть сотни МОм. ПТ измеряют температуру в подающем, обратном и подпиточном трубопроводах. Погрешность измерения ПТ выбирается исходя из требуемых пределов допускаемой относительной погрешности комплекта ПТ (подобной пары) при измерении разности температур Δt, %, т.е. δ_Δt=±(0,5+Δt_min/Δt), где Δt - численное значение разности температур, Δt_min - нижний предел диапазона разности температур, выбирается из ряда 1, 2, 3°С в зависимости от класса применяемого комплекта ПТ.In the supply, return and make-up pipelines, well-known PTs are used in accordance with GOST 6651 of platinum and with a nominal resistance of 100, 500 Ohms. The criterion for choosing the PT is stability, accuracy, cost. The method of connecting the PT 100 Ohm to the amplifier via a four-wire communication line with two current and two potential wires. For a 500 Ohm PT, a two-wire circuit is used. In this case, the input impedances of the amplifier should be hundreds of megohms. PT measure the temperature in the supply, return and make-up pipelines. The measurement error of the PT is selected based on the required limits of the permissible relative error of the set of the PT (a similar pair) when measuring the temperature difference Δt,%, i.e. δ _Δt = ± (0.5 + Δt _min / Δt), where Δt is the numerical value of the temperature difference, Δt _min is the lower limit of the temperature difference range, is selected from a number of 1, 2, 3 ° С depending on the class of applied PT set.

Избыточное давление в подающем и обратном трубопроводах контролируется с помощью одного из известных типов ПД-ПД 4, 10 контролирует избыточное статическое давление. Их виды разнообразны. Наиболее распространенными считаются тензометрические, емкостные, индуктивные, магнитоупругие, пьезоэлектрические и т.д. На выходе ПД установлены усилители согласования и усиления, которые также входят в комплект теплосчетчика - стандартный. Точность измерения избыточного давления 0,1-0,5%.Excessive pressure in the supply and return pipelines is controlled using one of the known types of PD-PD 4, 10 controls the excess static pressure. Their species are diverse. The most common are tensometric, capacitive, inductive, magnetoelastic, piezoelectric, etc. At the output of the PD, matching amplifiers and amplifiers are installed, which are also included in the heat meter set - standard. Accuracy of measuring overpressure 0.1-0.5%.

Принцип преобразования давления в электрический сигнал в том, что при изменении давления на ΔР изменяется сопротивление ПД на ΔR и емкостного ПД изменяется на ДС и соответственно изменяется приращение ΔR/R и ΔС/С. Выходное напряжение тензометрического ПД изменяется пропорционально ΔR/R и емкостного ПД пропорционально ΔС/С и напряжению поляризации.The principle of converting pressure into an electrical signal is that when the pressure changes by ΔР, the resistance of the PD changes to ΔR and the capacitive PD changes to DS and, accordingly, the increment ΔR / R and ΔС / С. The output voltage of the strain gauge PD is proportional to ΔR / R and capacitive PD is proportional to ΔС / С and polarization voltage.

В блоках вычисления плотности 6, 11, энтальпии 7, 12, 14 соответственно вычисляют зависимости ρ_i=ρ_i(Р_i, t_i); h_i=h_i(P_i, t_i), а в блоках вычисления Δm 18; массы m₂ 19 и массы отобранного из сети теплоносителя ΔМ 20 вычисления этих параметров осуществляют согласно требованию нормативных документов, например ГСССД 188-99 или МИ 2412-97. Все эти блоки и индикатор известны в электронной технике, они стандартные. В теплосчетчик дополнительно введены блоки прямого измерения разности объемных расходов Δq 17, разности плотности (ρ₁-ρ₂) 16, разности массовых расходов Δm 18 и массы отобранного из сети теплоносителя ΔM 20. В блоке 17 прямого измерения разности расходов в подающем и обратном трубопроводах при заданных дискретных значениях Δg: 0; 2%; 4%; ...10% (большие значения разностей расхода Δq на практике встречаются крайне редко, кроме того, погрешность измерений при возрастании Δq существенно уменьшается) строят зависимость выходного напряжения ОЭР U (q₂) 8, U (q₁) 3, между собой фиг.2. Когда Δq=0, подразумевают, что между показаниями идентичных расходомеров в подающем и обратном трубопроводах нет асимметрии, т.е. при одинаковых значениях объемного расхода выходные напряжения обоих ОЭР равны (U₁=U₂), тогда Δq₁=0 и градуировочная характеристика (прямая) симметрична относительно оси координат (Фиг.2). На практике даже при Δq₁=0 градуировочная характеристика пары расходомеров будет несимметричной, что для одной точки показано на фиг.3. Асимметрия выходных напряжений между подающим и обратным трубопроводами возникает, когда Δq>0=const, зависимость U₂ от U₁, между собой становится несимметричной и U(q₁)>U(q₂) (фиг.4), причем для наглядности графической интерпретации взяты большие значения Δq, которые на практике встречаются крайне редко, обычно Δq<q₁. Эти зависимости определены на градуировочных стендах ОЭР и прошиты в блоке 17. Окончательно вычисление разности массовых расходов без применения операции вычитания осуществлено в блоке 18 и масса отобранного из сети теплоносителя ΔМ вычисляется в блоке 20. Затраченное значение тепловой энергии за время эксплуатации от τ₀ до τ₁ вычислено в индикаторе 21. Все математические выражения прошиты в соответствующих блоках.In the density calculation blocks 6, 11, enthalpies 7, 12, 14, respectively, the dependences ρ _i = ρ _i (P _i , t _i ) are calculated; h _i = h _i (P _i , t _i ), and in the calculation blocks Δm 18; mass m ₂ 19 and mass selected from the coolant network ΔМ 20 the calculation of these parameters is carried out according to the requirements of regulatory documents, for example GSSSD 188-99 or MI 2412-97. All these blocks and indicators are known in electronic technology, they are standard. Blocks for direct measurement of the difference in volumetric flow rates Δq 17, density difference (ρ ₁ -ρ ₂ ) 16, the difference in mass flow rate Δm 18 and the mass of the selected heat transfer medium ΔM 20 are additionally introduced into the heat meter. In the block 17 for direct measurement of the difference in flow rate in the supply and return pipelines for given discrete values Δg: 0; 2%; four%; ... 10% (large values of flow differences Δq in practice are extremely rare, in addition, the measurement error decreases significantly with increasing Δq), the output voltage of the OER U (q ₂ ) 8, U (q ₁ ) 3 is plotted, fig. .2. When Δq = 0, it is understood that there is no asymmetry between the readings of identical flowmeters in the supply and return pipelines, i.e. at the same values of the volumetric flow rate, the output voltages of both OER are equal (U ₁ = U ₂ ), then Δq ₁ = 0 and the calibration characteristic (straight line) is symmetric about the coordinate axis (Figure 2). In practice, even with Δq ₁ = 0, the calibration characteristic of the pair of flowmeters will be asymmetric, which is shown in FIG. 3 for one point. Asymmetry of the output voltages between the supply and return pipelines occurs when Δq> 0 = const, the dependence of U ₂ on U ₁ becomes asymmetric between itself and U (q ₁ )> U (q ₂ ) (Fig. 4), moreover, for graphic purposes, interpretation, large Δq values are taken, which in practice are extremely rare, usually Δq <q ₁ . These dependences are determined on the OER calibration stands and are stitched in block 17. Finally, the calculation of the difference in mass flow rates without applying the subtraction operation is carried out in block 18 and the mass of the heat transfer medium ΔM taken from the network is calculated in block 20. The expended value of thermal energy during operation from τ ₀ to τ _{1 is} calculated in indicator 21. All mathematical expressions are stitched in the corresponding blocks.

В укрупненном виде данная операция показана на фиг.5. Видно, что Δq₁+L≡Δq₂-l, где L и l расстояния точки (

и

) до ближайших градуировочных характеристик. На фиг.5 дают также оценку пределов значений погрешности определения разности расходов. Данные пределы получают, складывая погрешности определения градуировочной характеристики (полоса ее изменения показана пунктирными линиями) и погрешностей расходомеров (полосы их изменения показаны штрихпунктирными линиями). На графике показывают, что наименьшие значения этой погрешности составляет

а наибольшее

Таким образом, например, при δ=1%, пределы погрешности измерений разности расходов составят ±2,8%.In an enlarged form, this operation is shown in figure 5. It is seen that Δq ₁ + L≡Δq ₂ -l, where L and l are the distances of the point (

and

) to the nearest calibration characteristics. Figure 5 also give an assessment of the limits of the values of the error in determining the difference in costs. These limits are obtained by adding up the errors in determining the calibration characteristic (the band of its change is shown by dashed lines) and the errors of the flow meters (the bands of their change are shown by dash-dotted lines). The graph shows that the smallest value of this error is

and the greatest

Thus, for example, with δ = 1%, the margin of error for measuring the difference in costs will be ± 2.8%.

В реальных системах теплоснабжения температура и давление в трубопроводах разные. В обратном трубопроводе плотность больше, поскольку здесь ниже температура, и отсюда вытекает, что в объемный расход в обратном трубопроводе, исходя из баланса масс, должен быть настолько же меньше, насколько здесь больше плотность воды по сравнению с подающим трубопроводом даже в закрытой системе теплоснабжения, т.е. при отсутствии отбора из системы теплоносителя.In real heat supply systems, the temperature and pressure in the pipelines are different. The density in the return pipe is higher, because the temperature is lower here, and it follows that the volumetric flow rate in the return pipe, based on the mass balance, should be as low as the water density here compared to the supply pipe, even in a closed heating system, those. in the absence of selection from the coolant system.

Поскольку из экономических соображений в теплосчетчиках применяются только объемные расходомеры, то их градуировка обязательно должна проводиться при Δq>0.Since, for economic reasons, only volumetric flow meters are used in heat meters, their calibration must be carried out at Δq> 0.

ОЭР прямого измерения средней скорости потока с индукционной системой Теплоноситель протекает через трубопроводы 1, 2, расположенные в магнитном поле и электрически изолированы от металлической трубы, индукция которого равна В. Если жидкость протекает через трубопровод со средней скоростью V, то индуцируемые в ней электрически заряды образуют разность потенциалов e=VBd, где d - внутренний диаметр трубопровода. Это выражение можно представить как:

где q - средний расход теплоносителя - жидкости, воды и т.д. в мл/с. Питание расходомера переменным или постоянным напряжением. Питание расходомера переменным напряжением устраняет электролитическую поляризацию ОЭР, если частота достаточно высокая, а также позволяет использовать усилители переменного тока для усиления и согласования выходного напряжения ОЭР. Выходное напряжение ОЭР не зависит от характера потока теплоносителя ламинарный или турбулентный и от профиля скоростей потока. Однако значимая осевая несимметрия потока может влиять на входной сигнал ОЭР. Используемые расходомеры стандартные, например КМ-5. Электронные блоки усилителя монтированы рядом с ОЭР и в одном корпусе и от окружающей среды изолированы герметично.OER of direct measurement of the average flow velocity with an induction system The coolant flows through pipelines 1, 2 located in a magnetic field and is electrically isolated from a metal pipe whose induction is B. If the fluid flows through the pipeline at an average speed V, then the electrically induced charges in it form potential difference e = VBd, where d is the internal diameter of the pipeline. This expression can be represented as:

where q is the average flow rate of the coolant - liquid, water, etc. in ml / s. Power supply to the flowmeter with alternating or constant voltage. Powering the flowmeter with alternating voltage eliminates the electrolytic polarization of the OER if the frequency is high enough, and also allows the use of AC amplifiers to amplify and match the output voltage of the OER. The output voltage of the OER does not depend on the nature of the flow of the coolant laminar or turbulent and on the profile of flow rates. However, significant axial flow asymmetry can affect the input of the OER. The flow meters used are standard, for example KM-5. Amplifier electronic components are mounted near the OER and are sealed tightly in the same housing and from the environment.

Принцип работы расходомера теплосчетчика основан на явлении электромагнитной индукции, при прохождении электропроводящей жидкости через подающий 1, обратный 2 трубопроводы и магнитное поле с индукцией В, ОЭР 3, 8 наводится ЭДС. Снимаемый сигнал с выходов ОЭР 3, 8 пропорционален индукции В магнитного поля, средней скорости V прохождения потока теплоносителя и напряжению поляризации ОЭР.The principle of operation of the heat meter flow meter is based on the phenomenon of electromagnetic induction, when an electrically conductive liquid passes through supply 1, return 2 pipelines and a magnetic field with induction B, OER 3, 8, an EMF is induced. The recorded signal from the outputs of the OER 3, 8 is proportional to the induction B of the magnetic field, the average velocity V of the passage of the coolant flow and the polarization voltage of the OER.

Способ определения тепловой энергии теплоносителя в открытых системах теплоснабжения осуществляют следующим образом.The method for determining the thermal energy of the coolant in open heat supply systems is as follows.

1 этап. В стадии градуировки пары ОЭР в подающем и обратном трубопроводах задают разность объемных расходов теплоносителя Δq=0=const, для этого пропускают через ОЭР 3, 8 объемные расходы теплоносителя q₁=q₂ - от 0 до номинального и строят зависимость U(q₁) (с выхода ОЭР 3) от U(q₂) при заданных объемных расходах q₁. Эта зависимость проходит близко к прямой, проведенной через начало координат под углом 45°. Линейность градуировочной характеристики Δq7=0 вытекает из того, что амплитудные (градуировочные) характеристики ОЭР линейны (это выгодно отличает ОЭР от расходомеров других видов, например, вихревых, турбинных, ультразвуковых и т.д.). Близость прямой Δq=0 вытекает из того, что расходомеры берутся идентичные из одного производства, поэтому при одном и то же значении расхода жидкости выходные сигналы у них будут примерно одинаковы.Stage 1. In the graduation stage, the pairs of OER in the supply and return pipelines set the difference in the volumetric flow rates of the coolant Δq = 0 = const, for this purpose the volumetric flow rates q ₁ = q ₂ from 0 to the nominal flow through OER 3, 8 and build the dependence U (q ₁ ) (from the output of OER 3) from U (q ₂ ) for a given volumetric flow rate q ₁ . This dependence passes close to a straight line drawn through the origin at an angle of 45 °. The linearity of the calibration characteristic Δq7 = 0 follows from the fact that the amplitude (calibration) characteristics of the OER are linear (this distinguishes the OER from flowmeters of other types, for example, vortex, turbine, ultrasonic, etc.). The proximity of the straight line Δq = 0 follows from the fact that the flowmeters are taken identical from the same production, therefore, at the same value of the liquid flow rate, their output signals will be approximately the same.

Затем задают новые многочисленные дискретные значения с шагом дискретности 1-2% от номинала Δq₁=...Δq_n=const и строят зависимость семейства кривых U(q₁) от U(q₁) фиг.4. Эти зависимости зашивают (хранят) в блоке определения разности объемных расходов Δq 17. По команде индикатора в заданных режимах в соответствующих блоках вычисляют плотность, энтальпию теплоносителя и в виде электрического сигнала подают на соответствующие блоки. Давление и температура, преобразованные в электрический сигнал под командой индикатора, тоже поступают на необходимые блоки.Then, numerous new discrete values are set with a increment of 1-2% of the nominal value Δq ₁ = ... Δq _n = const and the dependence of the family of curves U (q ₁ ) on U (q ₁ ) of Fig. 4 is constructed. These dependencies are sutured (stored) in the unit for determining the difference in volumetric flow rates Δq 17. At the command of the indicator in the specified modes, the density, enthalpy of the coolant are calculated in the appropriate blocks and fed to the corresponding blocks in the form of an electric signal. The pressure and temperature converted into an electrical signal under the command of the indicator also go to the necessary blocks.

Следует иметь в виду, что при определении разность массовых расходов Δm масса отобранного из сети ΔM и действительное значение разности объемных расходов Δq в подающем и обратном трубопроводах не являются результатами вычитания соответствующих значений, т.е. Δm≠m₁m₂, ΔM≠M₁-M₂ и Δq≠q₁-q₂. Величины Δm, ΔM и Δq задают или вычисляют, определяют в стадии градуировки пары ОЭР и в соответствующих блоков.It should be borne in mind that when determining the difference in mass flow rates Δm, the mass of ΔM taken from the network and the actual value of the difference in volume flow Δq in the supply and return pipelines are not the results of subtracting the corresponding values, i.e. Δm ≠ m ₁ m ₂ , ΔM ≠ M ₁ -M ₂ and Δq ≠ q ₁ -q ₂ . The values Δm, ΔM and Δq are set or calculated, determined at the stage of graduation of a pair of OER and in the corresponding blocks.

2 этап. В условиях эксплуатации теплосчетчика в системах теплоснабжения на выходе ОЭР регистрируют и подают на входы индикатора 21 выходные напряжения U(q₁)_э, U(q₂)_э и объемные расходы q_1э, q_2э и в индикаторе делят между собой выходные сигналы, полученные с выходов ОЭР обоих трубопроводов в стадии градуировки и эксплуатации, т.е. имеют зависимости U(q₁)_э/U(q₂); U(q₁)_э/U(q₂) и определяют действительное значение объемного расхода теплоносителя Δq_э прямым измерением. Аналогично определяют массовой расход в обратном трубопроводе m₂, разность массовых расходов Δm, массу отобранного из сети теплоносителя ΔM и тепловой энергии Q за время от τ_э до τ₁.2 stage. Under operating conditions of the heat meter in heat supply systems, the output voltages U (q ₁ ) _e , U (q ₂ ) _e and volumetric _flows q _1e , q _2e are recorded and fed to the inputs of the indicator OER at the output of the _OER and the indicator divides the output signals from the OER outputs of both pipelines in the graduation and operation stages, i.e. have the dependencies U (q ₁ ) _e / U (q ₂ ); U (q ₁ ) _e / U (q ₂ ) and determine the actual value of the volumetric flow rate of the coolant Δq _e direct measurement. Similarly, the mass flow rate in the return pipe m ₂ , the mass flow difference Δm, the mass of ΔM and the heat energy Q taken from the heat-transfer network and the thermal energy Q over a time from τ _e to τ _{1 are} determined.

3 этап. Уравнения тепловой энергии Q и массы отобранного из сети теплоносителя ΔM путем эквивалентных преобразований приводят к виду, где из разности массовых расходов в явном виде выделяют величины разности объемных расходов, а также разности плотностей теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе. Необходимость такой замены обусловлена тем, что в водяных системах теплоснабжения из экономических соображений применяют не массовые, а объемные расходомеры, из которых наиболее целесообразно применять ОЭР, имеющие из всех видов расходомеров градуировочную характеристику, наиболее близкую к линейной.3 stage. The equations of thermal energy Q and the mass of the ΔM taken from the network of the heat carrier by equivalent transformations lead to the form where the difference in mass flow rates in the explicit form separates the volume flow difference, as well as the difference in the density of the coolant in the supply and return pipes. The need for such a replacement is due to the fact that, for economic reasons, not mass, but volumetric flow meters are used in water heat supply systems, of which it is most expedient to use OER, which have a calibration characteristic of all types of flow meters that is closest to linear.

Поэтому в предлагаемом изобретении предлагают отдельно измерять разности объемных расходов и плотностей теплоносителя, в подающем и обратном трубопроводах. Причем при определении разности плотностей теплоносителя допускается применять операцию вычитания значений плотностей в подающем и обратном трубопроводе, т.к. плотности определяются по значениям температур, измеренных с помощью согласованной пары (комплекта) термопреобразователей и минимизация погрешности здесь производится на этапе подбора термопреобразователей в комплект.Therefore, in the present invention, it is proposed to separately measure the difference in volumetric flow rates and heat carrier densities in the supply and return pipelines. Moreover, when determining the difference in the densities of the coolant, it is allowed to use the operation of subtracting the densities in the supply and return piping, since Densities are determined by temperature values measured using a matched pair (set) of thermal converters, and the error is minimized here at the stage of selecting thermal converters in a set.

Информация об объемных расходах q₁, q₂ и измеренном значении разности объемных расходов Δq в виде электрического сигнала поступает с выходов ОЭР 3, 8. Информация о плотности ρ₁, ρ₂, Δρ теплоносителя поступает с выходов блоков 6, 11, 16, информацию о разности массовых расходов получают из блока 18 как: Δm=ρ₂Δq+q₁Δρ (=m₁-m₂), где ρ₂ - плотность теплоносителя обратного трубопровода, поступает с выхода блока; Δq - измеренное значение разности объемных расходов в подающем и обратном трубопроводах, m₁ - массовый расход в подающем трубопроводе. Значение Δq получают по значениям U₁, U₂ - выходных сигналов расходомеров на подающем и обратном трубопроводах, и градуировочной характеристике (фиг.4) пары расходомеров непосредственно по Δq, (полученной на специальной установке, патентуемой одновременно с настоящим теплосчетчиком). По величинам сигналов U₁, U₂ определяют также значения объемных расходов в подающем q₁, и обратном q₂ трубопроводах.Information about volumetric flow rates q ₁ , q ₂ and the measured value of the difference in volumetric flow rates Δq in the form of an electric signal comes from the outputs of OER 3, 8. Information about the density ρ ₁ , ρ ₂ , Δρ of the coolant comes from the outputs of blocks 6, 11, 16, information the difference in mass flow rates is obtained from block 18 as: Δm = ρ ₂ Δq + q ₁ Δρ (= m ₁ -m ₂ ), where ρ ₂ is the density of the coolant of the return pipe, comes from the output of the block; Δq is the measured value of the difference in volumetric flow rates in the supply and return pipelines, m ₁ is the mass flow rate in the supply piping. The Δq value is obtained from the values of U ₁ , U ₂ - output signals of the flow meters in the supply and return pipelines, and the calibration characteristic (Fig. 4) of the pair of flow meters directly in accordance with Δq, (obtained in a special installation patented simultaneously with this heat meter). The values of the signals U ₁ , U ₂ also determine the values of volumetric flow rates in the supply q ₁ and return q ₂ pipelines.

Значение Δρ получают с выхода блока вычитания (ρ₁-ρ₂) 16. Определяют массовый расход в обратном трубопроводе 2 как: m₂=ρ₂·q₂, где ρ₂, ·q₂ - соответственно плотность и объемный расход теплоносителя обратного трубопровода, который поступает в блок m₂ 19 с выходов блоков q₂, ρ₂ 8, 11.The value Δρ is obtained from the output of the subtraction unit (ρ ₁ -ρ ₂ ) 16. The mass flow rate in the return pipe 2 is determined as: m ₂ = ρ ₂ · q ₂ , where ρ ₂ , · q ₂ are the density and volumetric flow rate of the heat carrier of the return pipe, respectively , which enters the block m ₂ 19 from the outputs of the blocks q ₂ , ρ ₂ 8, 11.

4 этап. Массу отобранного из сети теплоносителя определяют в блоке ΔM 20 как:

где Δm - разность массовых расходов, поступает с выхода блока 18 за время от τ₀ до τ₁. Затем значение тепловой энергии за время от τ₀ до τ₁ вычисляют в индикаторе 21 как:4th stage. The mass of the heat carrier taken from the network is determined in the ΔM 20 block as:

where Δm is the difference in mass costs, comes from the output of block 18 for a time from τ ₀ to τ ₁ . Then the value of thermal energy over time from τ ₀ to τ _{1 is} calculated in indicator 21 as:

где значения m₂, h₁, h₂, h_хв, Δm в блок 21 поступают с соответствующих выходов блоков 19, 7, 12, 14, 18. После вычисления параметров составляют паспорт для каждого теплосчетчика.

where the values of m ₂ , h ₁ , h ₂ , h _xb , Δm to block 21 are received from the corresponding outputs of blocks 19, 7, 12, 14, 18. After calculating the parameters, a passport for each heat meter is compiled.

Удобство применения новых уравнений измерения Q и ΔM обосновывают тем, что в них входит в явном виде величина разности объемных расходов. Прямое измерение разности объемных расходов Δq приводит к повышению точности измерения тепловой энергии и массы отобранного из сети теплоносителя. Также оценивают величину погрешности разности плотностей δ(p₁-p₂) через погрешность разности температур воды в подающем и обратном трубопроводах δ(t₁-t₂), где t₁ - температура теплоносителя в подающем, a t₂ в обратном трубопроводе.The ease of use of the new measurement equations Q and ΔM is justified by the fact that they include the value of the difference in volumetric flow rates in an explicit form. Direct measurement of the difference in volumetric flow rates Δq leads to an increase in the accuracy of measuring thermal energy and mass selected from the coolant network. The error of the density difference δ (p ₁ -p ₂ ) is also estimated through the error of the difference in water temperature in the supply and return pipelines δ (t ₁ -t ₂ ), where t ₁ is the temperature of the coolant in the supply, at ₂ in the return pipe.

Технико-экономический эффект в предлагаемом изобретении достигается за счет введения в теплосчетчике прямого измерения разности объемных расходов, позволяющего повысить точность измерений тепловой энергии и массы отобранного из сети теплоносителя. При этом уравнения измерений тепловой энергии и массы отобранного из сети теплоносителя для открытых и условно открытых водяных систем теплоснабжения путем эквивалентных преобразований приведены к виду, содержащему в явном виде разность объемных расходов. Такое решение позволяет также точнее определить количество отобранного из тепловой сети незаконным (несанкционированным) путем теплоносителя, что выгодно отличает предлагаемое изобретение от выбранного аналога и прототипа.The technical and economic effect in the present invention is achieved by introducing in the heat meter a direct measurement of the difference in volumetric flow rates, which makes it possible to increase the accuracy of measurements of thermal energy and mass of the heat carrier taken from the network. Moreover, the equations for measuring thermal energy and mass of the heat carrier taken from the network for open and conditionally open water heat supply systems by equivalent transformations are reduced to a form that contains the explicit difference in volumetric flow rates. This solution also allows you to more accurately determine the amount selected from the heating network illegal (unauthorized) by the coolant, which distinguishes the present invention from the selected analogue and prototype.

Повышение точности измерений массы отобранного из сети теплоносителя и, следовательно, тепловой энергии получаемое в результате отказа от применения операции вычитания значений масс теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах наиболее наглядно показывают при оценке предельных значений погрешностей результатов измерений.An increase in the accuracy of measuring the mass of the heat carrier taken from the network and, consequently, the thermal energy obtained as a result of refusing to use the operation of subtracting the mass values of the heat carrier in the supply and return pipelines is most clearly shown when assessing the limiting values of the errors of measurement results.

В OOO «ТБН энергосервис» проведен анализ пределов допускаемых погрешностей градуировки предлагаемого устройства.OOO “TBN Energoservice” analyzed the limits of permissible errors in the calibration of the proposed device.

Пусть показания расходомеров будут M₁ и М₂, а значения их относительных погрешностей при выполнении измерений будут δ₁ и δ₂. Требуется найти погрешность измерений разности ΔM=M₁-M₂.Let the readings of the flowmeters be M ₁ and M ₂ , and the values of their relative errors during measurements will be δ ₁ and δ ₂ . It is required to find the measurement error of the difference ΔM = M ₁ -M ₂ .

Абсолютные погрешности измеряемых величин определяют какThe absolute errors of the measured values are determined as

Δ₁=M₁δ₁ и Δ₂=М₂δ₂.Δ ₁ = M ₁ δ ₁ and Δ ₂ = M ₂ δ ₂ .

Измеренные значения массы теплоносителя с учетом погрешности пары расходомеров определяют какThe measured values of the mass of the coolant, taking into account the error of the pair of flow meters, is determined as

M₁+Δ₁=M₁+δ₁M₁ и М₂+Δ₂=М₂+δ₂М₂.M ₁ + Δ ₁ = M ₁ + δ ₁ M ₁ and M ₂ + Δ ₂ = M ₂ + δ ₂ M ₂ .

Абсолютная погрешность измерений разности ДМ по определению равнаThe absolute error of the measurement of the difference of the DM by definition is equal to

Δ_ΔM=(M₁+δ₁M₁-M₂-δ₂M₂)-(M₁-M₂).Δ _ΔM = (M ₁ + δ ₁ M ₁ -M ₂ -δ ₂ M ₂ ) - (M ₁ -M ₂ ).

Тогда относительная погрешность измерений разности ΔM запишется какThen the relative measurement error of the difference ΔM is written as

после приведения подобных членов получают окончательноafter bringing such members get finally

Следует отметить, что формула (8) справедлива для разности значений любых физических величин (температур, давлений, расходов и т.д.). Применительно к измерению разности масс теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах эта формула приводится в нормативном документе МИ 2553-99. ГСОЕИ. «Энергия тепловая и теплоноситель в системах теплоснабжения. Методика оценивания погрешности измерений. Основные положения».It should be noted that formula (8) is valid for the difference in the values of any physical quantities (temperatures, pressures, flow rates, etc.). In relation to the measurement of the difference in mass of the coolant in the supply and return pipelines, this formula is given in the regulatory document MI 2553-99. GSOEI. “Thermal energy and heat carrier in heat supply systems. Methodology for measuring measurement error. Key Points. ”

Для наглядности применения формулы для определения погрешности δ рассматривают практические примеры, в которых определяют относительную погрешность измерений массы условно отобранного из сети теплоносителя по разности значений масс теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, измеренных с помощью расходомеров теплосчетчика.To illustrate the application of the formula for determining the error δ, practical examples are considered in which the relative error of the measurements of the mass of the conditionally selected from the heat carrier network is determined by the difference in the values of the mass of the heat carrier in the supply and return pipelines measured using heat meter flowmeters.

Для простоты в приведенных ниже примерах учитывают только погрешности расходомеров. Пределы допускаемой относительной погрешности обоих расходомеров в составе теплосчетчика обычно составляют ±1%. (Следовательно, такими же по условию будут пределы погрешности измерений массы по каждому трубопроводу).For simplicity, only the errors of the flow meters are taken into account in the examples below. The limits of permissible relative error of both flowmeters in the heat meter are usually ± 1%. (Therefore, the same limits will be the error limits of the mass measurements for each pipeline).

Измеренные значения массы теплоносителя составляют: на подающем трубопроводе M₁=100 т, на обратном М₂=90 т.The measured values of the mass of the coolant are: on the supply pipe M ₁ = 100 t, on the return M ₂ = 90 t.

а. Пара расходомеров несогласованная. Пусть действительные значения погрешностей расходомеров, полученные на устройстве градуировки, составляют δ₁=-0,6% и δ₂=+0,3%, подставляя их (3) получаютbut. A pair of flow meters is inconsistent. Let the actual values of the errors of the flow meters obtained on the calibration device, be δ ₁ = -0.6% and δ ₂ = + 0.3%, substituting them (3) get

б. Пара расходомеров согласованная. Пусть действительные значения погрешностей расходомеров на устройстве градуировки, по абсолютной величине будут такими же, как и в примере а, но знаки у них будут одинаковыми, отрицательными, т.е. δ₁=-0,6% и δ₂=-0,3%. Тогда получаютb. A pair of flow meters is consistent. Let the actual values of the errors of the flowmeters on the calibration device, in absolute value, be the same as in example a, but their signs will be the same, negative, i.e. δ ₁ = -0.6% and δ ₂ = -0.3%. Then get

Видно, что согласование расходомеров по метрологическим характеристикам дает ощутимое повышение точности измерений.It can be seen that matching flowmeters according to metrological characteristics gives a tangible increase in the accuracy of measurements.

в. Пусть выбирают пару согласованных расходомеров, а значения их погрешностей, как и в примере δ, будут δ₁=-0.6% и δ₂=-0.3%, но измеренные значения массы составят M₁=100 т и М₂=99 т, тогдаat. Let a pair of matched flowmeters be selected, and the values of their errors, as in the example of δ, will be δ ₁ = -0.6% and δ ₂ = -0.3%, but the measured mass values will be M ₁ = 100 t and M ₂ = 99 t, then

Следовательно, для случая, рассмотренного в последнем примере, согласование расходомеров по метрологическим характеристикам не дает никакого эффекта.Therefore, for the case considered in the last example, matching flowmeters according to metrological characteristics does not give any effect.

Таким образом, из приведенных выше примеров видно, что основным источником погрешности измерений разности масс является применение метода измерений разности масс по разности показаний расходомеров. Погрешность измерений разности масс при вычитании показаний расходомеров неприемлемо высока, даже если погрешности обоих расходомеров находятся в допускаемых пределах и согласованы по знаку.Thus, it can be seen from the above examples that the main source of measurement error of the mass difference is the application of the method of measuring the mass difference by the difference in the readings of the flow meters. The error in measuring the mass difference when subtracting the flow meter readings is unacceptably high, even if the errors of both flowmeters are within acceptable limits and are consistent in sign.

Анализ формулы погрешности определения массы отобранного из сети теплоносителя по разности показаний расходомеров позволяет сделать следующие выводы:The analysis of the formula for the error in determining the mass of the heat carrier selected from the network from the difference in the flow meter readings allows us to draw the following conclusions:

если знаки погрешностей обоих расходомеров совпадают, то погрешность измерений разности масс уменьшается, однако подбирать расходомеры в согласованную пару на расходомерной установке нецелесообразно т.к. погрешности обоих расходомеров на реальных объектах носят случайный характер и не сохраняют стабильность во времени, даже оставаясь при этом в допускаемых пределах.if the error signs of both flowmeters coincide, then the error in measuring the mass difference decreases, however, it is impractical to select flowmeters in a matched pair on the flowmeter installation since the errors of both flowmeters at real objects are random in nature and do not maintain stability over time, even while remaining within acceptable limits.

Уменьшение значения измеряемой величины M₁-M₂ приводит к возрастанию погрешности ее измерений независимо от величин и знаков погрешностей обоих средств измерений.The decrease in the measured value M ₁ -M ₂ leads to an increase in the error of its measurements, regardless of the values and signs of the errors of both measuring instruments.

Таким образом, повышать точность измерений разности масс можно только отказавшись от применения косвенного метода измерений и перейти, как предлагается в предлагаемом изобретении, к способу прямого измерения искомой разности объемных расходов в подающем и обратном трубопроводах.Thus, it is possible to increase the accuracy of measuring the difference in mass only by abandoning the use of the indirect method of measurement and, as proposed in the present invention, switch to a method for directly measuring the desired difference in volumetric flow rates in the supply and return pipelines.

Claims

1. A heat meter for determining the thermal energy of a heat carrier in open water heat supply systems with a supply, return pipe and a make-up pipe, comprising volume electromagnetic flow meters having a linear calibration characteristic, pressure and temperature transducers, density calculation units ρ ₁ , ρ on the supply and return pipelines ₂ , the enthalpies h ₁ , h _{2 of the} coolant, and on the make-up pipeline there is a cold water temperature transducer, the output of which is through the enthalpy calculation unit cold water is connected to the indicator input, while the outputs of the volume electromagnetic flowmeters, enthalpy calculation units h ₁ , h _{2 are} connected to the corresponding indicator inputs, the outputs of the pressure and temperature transducers are connected to the inputs of the density calculation units ρ ₁ , ρ ₂ and enthalpy h ₁ , h ₂ , characterized in that an additional unit for measuring the difference in volumetric flow _rates Δ _{qe of the} coolant in the supply and return pipelines, to which the outputs of the volumetric electromagnetic flow meters are connected, a unit of difference pl Δρ, to which the outputs of the density calculation blocks ρ ₁ , ρ ₂ , the mass flow calculation unit m _{2 of the} coolant in the return pipe, the mass flow difference calculation unit Δm and the mass calculation unit ΔM of the selected from the coolant network to which the outputs of the volume electromagnetic flowmeter are connected supply pipe, the density difference Δρ blocks, calculating the density ρ ₁ and Δq measuring unit _e, the return line outputs surround electromagnetic flow and density calculation unit ₂ m through calculation unit ₂ are connected to the input of the indicator outputs of blocks calculate the difference of the mass flows Δm calculation unit connected to inputs of mass ΔM and indicator.

2. The method of determining the thermal energy of the coolant in open water heat supply systems, which consists in the fact that in the supply and return pipelines measure the volumetric flow rates q ₁ , q ₂ , as well as temperature and pressure to calculate the density ρ ₁ , ρ ₂ and enthalpy h ₁ , ₂ h heat carrier temperature measured by the cold water make-up in the pipeline to calculate the enthalpy h _xs cold water, characterized in that the difference between the measured volumetric flow Δq _e q _1, q ₂ and the density difference Δρ ρ _1, ρ ₂ in the coolant supply and return conduit x and determine the value of heat Q during the time τ from ₀ to ₁ as the τ

where m ₂ = ρ ₂ · q ₂ - mass flow rate of the coolant in the return pipe,

- the mass of the heat carrier taken from the network,

the difference in mass flow Δm is obtained as Δm = ρ ₂ Δq _e + q ₁ Δρ.