CC BY
18
УДК 697.347
М.Е. Плиткина
магистрант,
кафедра «Авиационные приборы и устройства», Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
А.В. Улюшкин
канд. техн. наук, доцент, кафедра «Авиационные приборы и устройства», Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
Е.В. Сурьянинов
начальник конструкторского бюро, отдел главного конструктора гражданской продукции, АО «Арзамасский приборостроительный завод имени П. И. Пландина»
ПРИБОР УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ С ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТЬЮ РАБОТЫ
Аннотация. В статье рассмотрен вопрос модернизации теплосчетчика ТС-07. Разность температур, при которой этот прибор функционирует без превышения максимальной допустимой погрешности, не удовлетворяет новым техническим требованиям. Предложен ряд изменений для обеспечения соответствия новым требованиям к приборам коммерческого учета тепловой энергии. Также в статье приведены результаты испытаний опытного образца.
Ключевые слова: теплосчетчик, температура, модернизация, погрешность.
M.E. Plitkina, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev
A.V. Ulyushkin, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev
E.V. Sur'yaninov, JSC «Arzamas Instrument Plant»
THE HEAT METER CONFORMING TO MODERN REQUIREMENTS OF THE ACCOUNTING OF THERMAL
ENERGY
Abstract. In the article the question of modernization of the TC-07 heat meter. The temperature difference at which the device operates without exceeding the maximum permissible error does not satisfy the new specifications. We propose a number of changes to ensure compliance with the new requirements for commercial metering devices of heat energy. The article also presents the results of the prototype test.
Keywords: heat meter, temperature, modernization, error.
Основными приборами учета тепловой энергии промышленных предприятий и жилищно-коммунального сектора являются теплосчетчики. Теплосчетчик - это прибор для определения количества теплоты, измерения массы и других параметров теплоносителя. В его вычислителе используется математическая зависимость, связывающая количество теплоты с объемным расходом и разностью энтальпий теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах при соответствующей температуре. Теплосчетчик состоит из измерителя расхода проходящего теплоносителя с преобразователем, двух датчиков температуры и вычислителя с отсчетным устройством. В качестве измерителя расхода могут применяться водосчетчики с дистанционным выходом, дифференциальные манометры с измерительной диафрагмой, ультразвуковые или индукционные расходомеры; в качестве датчиков температуры - термопреобразователи сопротивления. Измерители количества теплоты представляют собой счетные устройства электронного типа. По принципу действия такая конструкция теплосчетчика относится к однопоточ-ным двухточечным приборам учета теплоты и применяется при условии равенства расходов
теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах. Если это условие не выполняется, как, например, в открытых системах теплоснабжения, то для учета теплоты следует применять двухпоточные трехточечные приборы, а при отсутствии - два однопоточных двухточечных прибора. Теплосчетчики обеспечивают также возможность передачи показаний о мгновенном расходе тепловой энергии в виде унифицированного сигнала в информационно-измерительную систему [1].
В связи с изменением требований к метрологическим и эксплуатационным характеристикам приборов учета (Приказ Минстроя России от 17.03.2014 № 99/пр «Об утверждении Методики осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя»), теплосчетчики, которые не удовлетворяют новым требованиям, необходимо модернизировать.
За прототип был взят теплосчетчик ТС-07, разработанный и выпускаемый на предприятии АО «Арзамасский приборостроительный завод им. П.И. Пландина», г. Арзамас. Теплосчетчик ТС-07 предназначен для измерения, индикации, регистрации, архивирования и передачи на внешние устройства информации о количестве и других параметрах тепловой энергии и теплоносителя, полученного потребителем, в открытых и закрытых системах тепловодоснаб-жения с установкой одного или двух первичных преобразователей расхода [2]. Разность температур Дt теплосчетчика ТС-07, при которой этот прибор функционирует без превышения максимальной допустимой погрешности, превышает 3оС, что не соответствует новым предъявляемым требованиям. Поэтому, для соответствия новым требованиям к теплосчетчикам необходима модернизация ТС-07.
Достижение поставленной цели можно осуществить двумя путями:
- изменением элементной базы и электрической схемы канала температуры;
- усовершенствованием алгоритмов обработки информации.
В рамках первого пути было принято решение использовать микросхему МБР430Р47197, имеющую в своем составе 7 аналогово-цифровых преобразователей (АЦП), что позволило снимать сигнал с большей точностью. Также была разработана новая схема канала температуры и стабилизатора тока, что позволило обеспечить линейную зависимость кодов АЦП от сопротивления К. Это позволило уменьшить время градуировки каналов температуры. С применением новой схемы достаточно информации о двух точках (зависимость кодов АЦП от сопротивления К линейна (рис. 1)), что дает преимущество по сравнению с прототипом. Зависимость кодов АЦП от сопротивления К прототипа была нелинейна, и градуировка осуществлялась по четырем точкам (рис. 2).
Код АЦП
160
О 50 100 150 200
Rrnin Rrnax R, Ом
Рисунок 1 - График зависимости кодов АЦП от R (после модернизации)
КодАЦП
160
Атах
140 120 100 80 60 40 20
Amin q
0
Rmin Rmax R, Ом
Рисунок 2 - График зависимости кодов АЦП от R (до модернизации)
В рамках второго пути достижения поставленной цели был переработан код алгоритма обработки сигналов. Благодаря линейной зависимости кодов АЦП от сопротивления в результате применения новой схемы отпала необходимость проводить кусочно-линейную аппроксимацию характеристики, что позволило упростить алгоритм обработки сигналов. Теперь для обработки сигналов достаточно информации о коэффициентах кодов АЦП. Коэффициенты кодов АЦП определяются в процессе градировки по имитатору температуры или мере электрического сопротивления.
В ходе проведения испытаний опытного образца ТС-07М была проведена градуировка каналов температуры с помощью алгоритма по двум точкам (100 Ом, 150 Ом), с использованием магазинов сопротивления Р327 и Р4831. Погрешность измерения разности температуры (At=3 °C) в точках 0°C, 50°C, 80°C, 110°C, 130°C в течение 10 с. Результаты испытаний приведены на рисунках 3а, б, в, г, д.
Разброс относительной погрешности измерения температуры опытного образца ТС-07М: 1,5% при 0°C; 1,5% при 50°C; 1% при 110°C; 2,1% при 80°C; 1,5% при 130 °C, что полностью соответствует требованиям методики осуществления коммерческого учета тепловой энергии: ±5%.
1,6
1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 О
а)
£,(%) 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0
-0,05 -0,1
0 / 4 10 1
Рисунок 3 - Разброс погрешностей измерения разности температуры: а) - точка 0 оС; б) - точка 50оС; в) - точка 80оС; г) - точка 110оС; д) - точка 130оС
Таким образом, применение новой элементной базы и модернизация электрической схемы позволили повысить точность обработки сигналов; а, кроме того, полученная линейная зависимость кодов АЦП от сопротивления обеспечила упрощение алгоритма обработки сигналов. Предложенные варианты модернизации позволяют теплосчетчику соответствовать новым требованиям, предъявляемым к теплосчетчикам коммерческого учета энергии. Все это подтверждается экспериментами, проведенными на опытном образце.
Список литературы:
1. Яковлев, С.В. Инженерное оборудование зданий и сооружений [Текст]: монография / С.В. Яковлев, В.Н. Богословский, В.А. Гладков, А.А. Ионин, В.Г. Немзер, А.Н. Сканави, В.П. Титов. - М.: Стройиздат, 1994.
2. АО «Арзамасский приборостроительный завод имени П.И. Пландина» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.oaoapz.com/catalog/teploschetchiki/ts-07/ (дата обращения: 14.12.2016).
