1.6.Описание лабораторной работы

1.6.1.Описание лабораторной установки

Схема лабораторной установки приведена на рис. 1.11.

Для кратковременного запаса воды лабораторная установка содержит бак запаса воды I, в который вода поступает из городского водопровода. Вода из бака с помощью насоса с регулируемым приводом IV подается в напорный коллектор. Из напорного коллектора вода через регулирующий клапан VIII направляется в проточный водонагреватель II. Нагретая до температуры 30-60 ^оС, вода направляется во внутреннюю трубу теплообменника III, выполненного в виде рекуперативного теплообменника типа «труба в трубе». Для охлаждения нагретой воды в кольцевой канал теплообменника поступает вода из водопровода, которая затем сбрасывается в канализацию. В свою очередь, охлаждаемая вода может быть направлена в бак запаса воды или в канализацию.

Расход воды, направляемой в нагреватель, измеряется электромагнитным преобразователем расхода ИПРЭ-7, а выходящей из теплообменника, счетчиком ВСТ-15. В свою очередь, расход воды, подаваемой для охлаждения из водопровода, на входе в теплообменник измеряется преобразователем расхода ВЭПС, а на выходе из теплообменника акустическим счетчиком АС-001. Для измерения температуры воды использованы платиновые термометры сопротивления. Расчет количества теплоты, отданной нагретой водой в теплообменнике, производится в тепловычислителе ТЭКОН-19. Определение количества электрической энергии, затраченной на нагрев, производится с помощью тепловычислителя Эльф. Расчет количества теплоты, воспринятой охлаждающей водой в теплообменнике, производится тепловычислителем Эльф, а количества электрической энергии, потребляемой насосом, производится тепловычислителем ТЭКОН-19.

1.6.2.Описание средств измерений, использованных в лабораторной работе

1.6.2.1. Преобразователь расчетно-измерительный ТЭКОН-19.

В лабораторной работе в качестве тепловычислителей использованы преобразователь расчетно-измерительный ТЭКОН-19 и счетчик количества теплоты, воды и электрической энергии ЭЛЬФ. Краткая характеристика тепловычислителей приведена ниже.

ТЭКОН-19 осуществляет:

- измерение выходных сигналов первичных измерительных преобразователей (ИП) и преобразования их в значения соответствующих физических параметров;

- расчет объемного и/или массового расхода методом переменного перепада давления на сужающих устройствах, установленных на трубопроводах диаметром от 50 до 1000 мм следующих сред: вода, перегретый и сухой насыщенный пар, природный газ, сжатый воздух, технические газы;

8 I

Слив в канали-

t₂ зацию

9

II III

t₄ t₃

2 VI LO G₄ G₃

Q,G,t,N Q,G,t,N

14 V IX

IV G₁

X t₁

G₂ t₅

12 3 VIII

10

6 13

Рис. 1.11. Схема лабораторной работы

Оборудование: I – бак накопительный; II – нагреватель воды; III – теплообменник; IV – насос с регулируемым приводом; V – счетчик количества теплоты Эльф; VI – преобразователь частоты; VII – клапан обратный; VIII – клапан регулирующий; IX – теплоэнергоконтроллер Тэкон – 19; X – коллектор.

Преобразователи: t₁, t₂, t₃, t₄, t₅ – термопреобразователи сопротивления; G₁ – преобразователь расхода ИПРЭ-7; G₂ – счетчик расхода воды ВСТ; G₃ – преобразователь расхода ВЭПС; G₄ - счетчик акустический АС-001; LO – преобразователь уровня; PE – преобразователь давления. Запорная арматура: 1, 2, 3, 6 – электроклапан; 8, 9, 12, 14 – кран шаровой; 10, 13 – балансировочный клапан BALLOREX S.

Рис. 3.11. Схема размещения оборудования лабораторных работ 102,103,104

- расчет количества тепловой энергии, передаваемой энергоносителями в открытых и закрытых системах теплоснабжения или переносимой в отдельных трубопроводах средами: вода, перегретый и сухой насыщенный пар.

- расчет количества электрической энергии по однотарифной и двухтарифной схемам.

ТЭКОН-19 измеряет выходные сигналы первичных ИП: сопротивления (50 ÷ 1000 Ом), силы тока (0 ÷ 5 и 0 ÷ 20 mA), числоимпульсные и частотные с частотой следования 0 ÷ 100 Гц длительностью не менее 4 мс и частотой следования 0 ÷ 1000 Гц длительностью не менее 50 мкс.

Диапазоны изменения параметров сред приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Диапазон изменения параметров

Среда	Температура среды, оС		Избыточное давление, МПа
	Минимум	Максимум	Минимум	Максимум
Вода	0	200	0	5,0
Пар насыщенный	100	270	0	2,0
Пар перегретый	100	600	0	2,0
Природный газ	-23	50	0	12,0
Сжатый воздух	-50	120	0,1	20,0
Кислород	-50	100	0	15,0
Углекислый газ	-3	70	0,1	5,0

Погрешности измерения сигналов приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3.

Погрешности измерения сигналов

Измеряемый физический параметр	Диапазон изменения		Предел допускаемой абсолютной погреш-ности измерения
	Минимум	Максимум
Сопротивление, Ом	50 250	250 1000	± 0,05 Ом ± 0,2 Ома
Сила тока, mA	0 5	5 20	± 0,005 mA ± 0,02 mA
Частота, Гц	0	1000	±0,2 Гц
Количество импульсов, шт.	0	∞	± 1 , шт.

Основной канал обмена для чтения и записи данных − интерфейс в международном стандарте CAN-BUS. Интерфейс является высокоскоростным, скорость обмена до 300 Кбод. Программами для чтения и записи информации ТЭКОН-19 являются: драйвер обмена, «Телепорт», «Ромб».

1.6.2.2. Счетчики количества теплоты ЭЛЬФ

Счетчики типа ЭЛЬФ предназначены для:

- коммерческого и технологического учета параметров теплоносителя и потребляемого количества теплоты в водяных системах теплоснабжения;

- учета расхода холодной и горячей воды в отдельных трубопроводах;

- многотарифного учета потребления электроэнергии;

- работы в составе автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов.

В зависимости от варианта исполнения в счетчиках ЭЛЬФ реализовано от двух до четырех измерительных каналов следующих типов:

- измерительный канал счетчика количества теплоты с использованием одного или двух преобразователей расхода и двух преобразователей температуры;

- измерительный канал счетчика холодной/горячей воды и использованием одного преобразователя температуры.

В качестве измерительных преобразователей температуры используются парные платиновые термопреобразователи с номинальным сопротивлением 100, 500 и 1000 Ом.

В качестве измерительных преобразователей расхода используются преобразователи, имеющие:

1. числоимпульсный выходной сигнал со следующими характеристиками:

- выход типа «сухой контакт» или «открытый коллектор»;

- длительность импульса не менее 1 мс;

- частота следования импульсов не более 18 Гц;

- сопротивление в состоянии «замкнуто» не более 50 кОм;

- сопротивление в состоянии «разомкнуто» не менее 700 кОм;

- максимальный ток не менее 5 мкА.

2. Потенциальный выход:

- длительность импульса не менее;

- частота следования импульсов не более 100 Гц;

- уровень логический «1» от 1,9 до 4 В;

- уровень логический «0» не более 1,0 В;

- максимальный вытекающий ток логической «1» не менее 5 мкА;

- максимальный втекающий ток логического «0» не менее 5 мкА.

Для многотарифного учета электрической энергии используются счетчики ватт-часов, имеющие телеметрический выход со следующими характеристиками:

- выход типа «сухой контакт» или «открытый коллектор», имеющий гальваническую развязку от контролируемой сети;

- длительность импульса, не менее 1 мс;

- частота следования импульсов, не более 2 Гц;

- сопротивление выходной цепи в состоянии «разомкнуто», не менее 50

кОм.

В процессе функционирования ЭЛЬФ обеспечивает следующие метрологические характеристики:

1. Погрешность измерения температуры.

Предел абсолютной погрешности измерения температуры t в диапазоне температур от +5 ^оС до + 150 ^оС по показаниям текущих и усредненных значений составляет:

- для преобразователей класса А - t = (0,4 + 0,004t), ^oC;

- для преобразователей класса В - t = (0,5 + 0,004t), ^oC.

2. Погрешность измерения объема теплоносителя

Предел относительной погрешности объемного расхода теплоносителя при приеме от преобразователя не менее 2500 импульсов не превышает значения, указанного в эксплуатационной документации преобразователя.

3. Погрешность измерения количества теплоты.

Предел относительной погрешности измерения количества теплоты dQ в диапазоне расхода теплоносителя от минимального до максимального при разности температур в подающем и обратном трубопроводах от 3 до 145 ^оС, разности давлений в подающем и обратном трубопроводах, не превышающей 50 % от номинальной и при приеме от преобразователя расхода не менее 2500 импульсов, составляет:

dQ ≤ 5,0% , при 3 ≤ t < 10 ^оС ;

dQ ≤ 3,5% , при 10 ≤ t < 20 ^оС ;

dQ ≤ 2,5% , при 20 ≤ t < 145 ^оС .

4. Погрешность измерения электрической энергии.

Предел относительной погрешности измерения электрической энергии при приеме от счетчика ватт-часов не менее 2500 импульсов не превышает значения, указанного в его эксплуатационном документе.

Питание вычислителя осуществляется от литиевой батареи напряжением 3,6 ÷ 0,2 В, питание счетчика ватт-часов осуществляется от сети напряжением 220 В и частотой 50 Гц.

В процессе эксплуатации счетчика возможны следующие варианты считывания информации:

- непосредственно с панели отображения информации;

- с использованием пульта переноса данных через оптоголовку;

- по линии связи, подключенной к интерфейсному модулю, встроенному в тепловычислитель.

1.6.2.3. Счетчик воды ВСТ

Счетчики воды типа ВСТ-15 являются крыльчатыми сухоходными и работают в диапазоне изменения температуры воды от +5 до +90 ^оС. Счетчики данного типа имеют счетную головку с «герконом» и с роликовым и стрелочным механизмом, показывают измеренный объем и выдают импульсы. Параметры число-импульсного сигнала: амплитуда напряжения импульсов – 3 3,6 В, полярность – положительная.

Пределы допускаемой относительной погрешности счетчика при выпуске с производства не превышают:

- 5 % в диапазоне расходов от G_min до G_t;

- 2 % в диапазоне расходов от G_t до G_max.

В процессе эксплуатации счетчика должны выполняться следующие требования:

- счетчик монтируется только на горизонтальном участке трубопровода

циферблатом вверх;

- в процессе эксплуатации счетчик всегда должен быть заполнен водой;

- при наличии местных сопротивлений перед счетчиком необходимо

предусмотреть прямой участок длиной не менее 5Ду.

1.6.2.4. Преобразователь расхода ВЭПС-Т(И)

Преобразователи расхода ВЭПС-Т(И) предназначены для измерения расхода жидкости в наполненных напорных трубопроводах. Преобразователи выпускаются в двух модификациях:

- преобразователи модификации ВЭПС-Т преобразуют значение расхода в частоту электрического сигнала в соответствии с индивидуальной градуировочной характеристикой преобразователя;

- преобразователи модификации ВЭПС-ТИ дополнительно имеют два импульсных выхода с нормированной для группы типоразмеров ценой импульса.

Принцип действия преобразователя основан на преобразовании частоты отрыва вихревой дорожки (дорожки Кармана), образующейся за установленным в потоке среды телом, в частоту электрического сигнала. Под воздействием магнитного поля в вихревом потоке жидкости возникает ЭДС с частотой, пропорциональной объемному расходу жидкости. ЭДС снимается сигнальным электродом и усиливается усилителем-формирователем (УФ) импульсов. Структурная схема УФ модификации ВЭПС-Т приведена на рис. 1.13.

Первый Второй Дифферен-

к аскад Фильтр каскад Триггер циальный

у силения усиления Шмита выход

сигнала сигнала

Схема галь-

ванической

Батарея развязки

Рис. 1.13 Структурная схема усилителя-формирователя ВЭПС-Т

Выход преобразователя ВЭПС-Т может быть реализован двумя способами:

- в виде цифрового дифференциального выхода с амплитудой 3В для подключения устройств с автономным питанием;

- в виде гальванически развязанного выхода, выполненного на транзисторном оптроне по схеме «открытый» коллектор, с длительностью выходного импульса – 150 мкс. Используется для подключения устройств с сетевым питанием.

Преобразователи модификации ВЭПС-ТИ дополнительно имеют два выхода V₁ и V₂ с нормированной для данного типоразмера ценой импульса. Структурная схема усилителя-формирователя модификации ВЭПС-ТИ приведена на рис. 1.14.

Первый Второй Дифферен-

каскад Фильтр каскад Триггер циальный

усиления усиления Шмита выход

сигнала сигнала

V₁

Микропро- V₂

Батарея цессор

Рис. 1.14. Структурная схема усилителя-формирователя ВЭПС-ТИ

Микропроцессор формирует импульсы на выходе V₁ при обработке частоты вихреобразования в соответствии с индивидуальной градуировочной характеристикой преобразователя. На каждые 100 импульсов выхода V₁ микропроцессор формирует 1 импульс на выходе V₂.

Диапазон температуры жидкостей составляет 5 ÷ 150 ^оС. Гидравлическое сопротивление преобразователя при максимальном расходе жидкости составляет не более 0,3 кгс/см² .

Предел основной относительной погрешности преобразования значения расхода в частоту электрического сигнала ВЭПС-Т (а также выход V_о и выходы V₁,V₂ модификации преобразователя ВЭПС-ТИ) составляет не более ±1 % в диапазоне расходов от G_min до G_max. Дополнительная погрешность, возникающая при изменении температуры измеряемой жидкости без введения поправки, составляет не более 0,05 % на каждые 10 ^оС изменения температуры.

1.6.2.5. Измерительный преобразователь расхода ИПРЭ-7

Измерительный преобразователь расхода электромагнитный типа ИПРЭ-7 предназначен для учета количества протекающей жидкости. В состав ИПРЭ-7 входят: первичный преобразователь расхода ППР-7; измерительный преобразователь ИП-7. Конструкция преобразователя предусматривает как раздельный вариант установки ППР-7 и ИП-7, так и единый вариант, в котором ППР-7 и ИП-7 устанавливаются моноблочно. Основные технические характеристики преобразователя:

- температура измеряемой жидкости 1 ÷ 150 ^оС;

- давление измеряемой жидкости до 1,6 МПа;

- напряжение питания 220 В с частотой 50 Гц;

- выходной сигнал: токовый 0 5 мА; частотно-импульсный 5 ÷ 1000 Гц; импульсный с ценой импульса 0,1 или 1,0 м³ ; цифровой в стандарте RS-232.

Предел допускаемой относительной погрешности измерения объема и преобразования расхода в частотно-импульсный сигнал составляет 1% в диапазоне расходов Q_max /200 ≤ Q _max .

1.6.2.6.Счетчик жидкости акустический АС-001

Счетчик жидкости акустический АС-001 (в дальнейшем – счетчик) предназначен для местного и дистанционного измерения времени работы прибора, расхода, объема холодной и горячей воды по ГОСТ Р 51232-98, теплофикационной воды на объектах с потреблением до 0,1 Гкал/ч, других взрывобезопасных жидкостей с кинематической вязкостью 0,530 сСт при установленных эксплуатационных температурах и давлении 0,11,6 МПа (возможно изготовление счетчика на рабочее давление 2,4 МПа). Счетчик предназначен для работы во взрывобезопасных помещениях. Область применения: измерение и учет воды и тепла бытовыми и офисными пользователями, в ЖКХ, ВКХ, теплосетях, измерение и управление подачей и расходом жидкостей в технологических процессах промышленных предприятий всех отраслей экономики. Успешно применяется в измерении расхода растительных масел, водных растворов поваренной соли, лимонной кислоты, жидкого стекла и других специфических жидкостей, там, где требуется регулировать или дозировать подачу компонентов смешения посредством частотомера-сумматора, контроллера или компьютера IBM и ему подобного.

В основу работы счетчика положен ультразвуковой время-импульсный принцип, сущность которого состоит в измерении и определении разности скоростей ультразвуковых зондирующих импульсов, проходящих по направлению потока жидкости и против него. Счетчик состоит из первичного преобразователя и вычислителя в моноблочном исполнении. Первичный преобразователь представляет собой отрезок трубы с измерительным участком, в котором установлены пьезоэлектрические преобразователи и отражающие зеркала. Пьезоузлы поочередно излучают и принимают ультразвуковые импульсы. В трубах диаметров 1532 мм акустические импульсы обеспечивают зондирование всего сечения потока по его оси с участием двух акустических зеркал. В трубах диаметров 4080 мм имеются четыре зеркала, отражаясь от которых импульсы проходят сечение потока по трем хордам в зоне характеристической скорости потока. Электрические сигналы с пьезоузлов поступают в вычислитель, где по разнице времен прохождения определяется скорость потока, по которой через площадь поперечного сечения определяется расход и объем жидкости нарастающим итогом.

Конструктивные варианты первичных преобразователей (ПП):

ПП17П (Ду 15), стеклонаполненный полиамид, присоединительные резьбы 1¹/₄^";

ПП17Т (Ду 25,32,40) , литой, нерж. сталь, присоединительные резьбы 1¹/₂^";

ПП17Т (Ду25), литой, латунь, присоединительные резьбы 1¹/₂^";

ПП18М (Ду40,50,65,80), точеный, нерж. сталь, присоединительные резьбы – по Ду;

ПП18МФ (Ду 50,65,80), литой с фланцами, нерж. сталь.

Конструктивные варианты присоединительных деталей (КМЧ – комплект монтажных частей):

стандартный муфтовый (муфта переходная+вставка+муфта прямая+контргайка) для Ду 1532, ПП17Т, ПП17П;

стандартный муфтовый (муфта переходная+контргайка) для Ду 2532, ПП17Т;

стандартный муфтовый (муфта прямая+контргайка) для Ду 40, ПП18М;

ниппельный (ниппель стальной приварной или резьбовой+прокладка+стальная или латунная накидная гайка) для Ду 1580, ПП17П, ПП17Т, ПП18М;

фланцевый (фланец с упорной резьбовой муфтой+прокладки+ответный приварной фланец+крепежные детали) для Ду 1580, ПП17Т, ПП18М;

фланцевый (соединение литого и ответного приварного фланца) для Ду 5080, ПП18МФ.

Счетчики имеют следующие исполнения:

По способу представления информации:

с импульсным выходным сигналом 0250Гц, 20мА на тепловычислитель или внешнее счетное устройство (линейно пропорционален расходу жидкости);

с импульсным выходом и ЖК-индикатором;

с выходом на ЭВМ через интерфейс RS485 и импульсным выходом;

с выходом на ЭВМ, ЖК-индикатором, импульсным выходом.

По назначению измеряемой среды:

холодное и горячее водоснабжение (условно быстрые потоки);

моногенные жидкости и растворы;

система теплофикации (условно медленные потоки).

По температуре измеряемой среды:

до 90⁰С;

до 150⁰С ( наличие под вычислителем теплоизолирующих проставок).

По направлению потока и стрелки на корпусе прибора относительно индикатора или лицевой панели вычислителя:

П-слева-направо: правое;

Л-справа-налева: левое.

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения объема, %, в диапазоне расходов: от F_max до F_t ± 1%; от F_t до 0,01 F_max ± 2 %; от 0,01 F_max до F_min ± 4 %. Пределы основной погрешности измерения времени, не более ± 0,1 %.

Счетчики нормально функционируют при содержании в измеряемой жидкости газовых пузырей или механических частиц размером до 0,2 мм с объемной концентрацией до 1%. Питание осуществляется от литиевого элемента поставщика LS 33600 (3,6 В; 16 Ач) или только от источника постоянного тока заказчика напряжением 10 В (при этом мощность зондирующего импульса значительно больше, что актуально для специфических по вязкости жидкостей). Время работы от одного элемента на учете теплофикационной воды 10 лет, в остальных случаях 4 года.

Счетчики должны устанавливаться в трубопроводы соответствующего диаметра условного прохода или большего с использованием переходных муфт, вертикально или наклонно на восходящем потоке (предпочтительно), горизонтально на заниженных участках без возможности образования воздушных пузырей; без прямых участков (для Ду 1532), с прямыми участками 5Ду и 2Ду (Ду 4080) до и после счетчика, 20Ду до счетчика (при закрутке потока от двух колен). При расходах жидкости более (менее) табличных значений изделие остается исправным, но счет не нормируется. Все счетчики поставляются в режиме «Эксплуатация». Режим «Программирование» используется при изготовлении прибора, при первичной и периодических госповерках проливным методом. Порядок работы в данном режиме приведен в программе ACMANAGER (настройка и госповерка в производстве с модулем сопряжения МИ-001) и в программе АС-Poverka (периодическая госповерка проливным методом в эксплуатации с модулем МП-001 с возможностью изменения цены импульса).

Выход через интерфейс RS 485 имеет опторазвязку с питанием от компьютера (ПК типа IBM или совместимый). Длина линии связи до 1200 метров.

Импульсный выход счетчика выполнен по схеме открытого коллектора с частотой 0250 Гц в зависимости от цены импульса, условного прохода, расхода жидкости; ток не более 20 мА. Длина линии связи счетчика с внешним приемным устройством до 200 м.

Счетчики в рабочем режиме устойчивы к синусоидальной вибрации 525 Гц с амплитудой смещения до 0,1 мм, к внешнему магнитному полю напряженностью 400 А/м, образованному переменным током 50Гц, к внешним температурам -10  +70 ^оС (без дисплея), 0  +50 ^оС (с дисплеем). Степень защиты IP54. Устойчивость к влажности окружающего воздуха до 98 % при температуре 35 ⁰С. Уровень радиопомех от счетчика не выше класса В по ГОСТ 29216-91.

Средняя наработка на отказ не менее 150000ч, полный средний срок службы 25 лет, межповерочный интервал 4 года (для Ду1532 мм проливной метод, для Ду = 4080 мм беспроливной метод), гарантийный срок эксплуатации 4 года, хранение информации и коэффициентов настройки в обесточенном состоянии не менее 12,5 лет. При выемке элемента питания или отключении внешнего источника информационные данные за последние неполные сутки работы не архивируются.

В эксплуатации счетчик может размещаться как в помещении, так и на открытом воздухе с соблюдением температурных ограничений в металлическом ящике (защита от солнечных лучей, осадков, взломов).

Для обеспечения эксплуатационной связи с компьютером разработан преобразователь интерфейса с возможностью объединения 32 счетчиков в локальную сеть (адаптер RS485) и более сложный преобразователь с микроконтроллером (адаптер ADAM 4520). Сетевая программная версия RSmanager состоит: из подпрограммы АС485 для считывания номеров с 256 приборов с возможностью изменения номеров; из подпрограммы AСgrid для считывания параметров.