Устройство для измерения расхода тепла в системе теплоснабжения

Изобретение может быть использовано для измерения расхода количества тепла в системе теплоснабжения. Устройство содержит датчики температуры, давления и расхода теплоносителя, а также измерители тока в цепи питания термопреобразователя каждого датчика температуры. Датчики и измерители соединены со входами «N» схем обработки параметров теплоносителя, которые связаны с «N» формирователями управляющих сигналов передачи данных и двунаправленной линией связи. Двунаправленная линия связи объединяет тепловычислитель, соединенный со схемой кодирования, и «N» схем декодирования. При этом выходы «N» схем декодирования соединены с входами «N» формирователей управляющих сигналов передачи данных. Изобретение позволяет повысить точность измерения расхода тепла за счет учета нестабильности тока в цепи питания термопреобразователей. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к области измерения и может быть использовано для измерения расхода количества тепла в системе теплоснабжения с более высокой точностью измерения.

Аналогичные технические решения известны, см., например, полезную модель №9960, которая содержит:

- трубопроводы с теплоносителем;

- датчики параметров теплоносителя, установленные на трубопроводах с теплоносителем;

- сменный тепловычислитель, подсоединенный своими измерительными входами через устройство сопряжения к выходам соответствующих датчиков параметров теплоносителя;

- переносной терминал, подсоединенный своим входом к соответствующему информационному выходу тепловычислителя.

Общими признаками предлагаемого технического решения и охарактеризованного выше аналога являются:

- трубопроводы с теплоносителем;

- датчики параметров теплоносителя, установленные на трубопроводах с теплоносителем;

- тепловычислитель.

Технический результат, который невозможно достичь выше охарактеризованным аналогом, заключается в повышении точности измерения расхода тепла в системе теплоснабжения и в расширении арсенала технических средств.

Причиной невозможности достижения технического результата указанного выше является то, что в процессе измерения параметров теплоносителя и определения расхода тепла в системе теплоснабжения не учитывается нестабильность тока, протекающего в цепи питания термопреобразователей сопротивления (датчиков температуры).

Известно также техническое решение, см. заявку на изобретение Российской Федерации №2002133561/28 (035316) от 10.12.2002 г., которое выбрано в качестве прототипа и которое содержит:

- тепловычислитель;

- первую схему кодирования, подсоединенную своим входом к выходу тепловычислителя и своим выходом к двунаправленной линии связи;

- первую схему декодирования, подсоединенную своим выходом к входу тепловычислителя и своим входом к двунаправленной линии связи;

- «N» схем декодирования, подсоединенных своими входами к двунаправленной линии связи;

- «N» устройств фиксации адреса, подсоединенных своими соответствующими входами к соответствующим выходам «N» схем декодирования;

- «N» схем кодирования, подсоединенных своими выходами к двунаправленной линии связи;

- «N» схем обработки параметров теплоносителя, подсоединенных своими информационными входами к соответствующим выходам «N» устройств фиксации адреса и своими информационными выходами к соответствующим входам «N» схем кодирования, а своими соответствующими измерительными входами к выходам соответствующих датчиков параметров теплоносителя (температуры, давления и расхода теплоносителя), при этом каждая из «N» схем обработки параметров теплоносителя выполнена в виде генератора тока, первого коммутатора, подсоединенного своим входом к выходу генератора тока, своим первым выходом к входу датчика температуры и своим вторым выходом к входу датчика давления, второго коммутатора, подсоединенного своим первым входом к выходу датчика температуры и своим вторым входом к выходу датчика давления; аналого-цифрового преобразователя, подсоединенного своим входом к выходу второго коммутатора; первого сумматора, подсоединенного своим первым входом к выходу аналого-цифрового преобразователя; второго сумматора, подсоединенного своим входом к выходу аналого-цифрового преобразователя; первого узла усреднения, подсоединенного своим первым входом к выходу первого сумматора; второго узла усреднения, подсоединенного своим входом к выходу второго сумматора; формирователя сигнала ответа, подсоединенного своим первым входом к выходу первого узла усреднения, своим вторым входом к выходу второго узла усреднения, своим третьим входом к выходу соответствующего устройства фиксации адреса и своим выходом к входу соответствующей схемы кодирования; устройства преобразования, подсоединенного своим первым входом к выходу датчика расхода теплоносителя, своим вторым входом к выходу соответствующего устройства фиксации адреса и своим выходом к четвертому входу формирователя сигнала ответа; счетчика, подсоединенного своим первым входом к выходу соответствующего устройства фиксации адреса, своим вторым входом к выходу аналого-цифрового преобразователя; устройства управления, подсоединенного своим выходом ко второму и третьему входам первого и второго коммутаторов, ко второму входу первого и второго сумматоров и к третьему входу счетчика.

Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются:

- тепловычислитель;

- схема кодирования, подсоединенная своим входом к выходу тепловычислителя и своим выходом к двунаправленной линии связи;

- «N» схем декодирования, подсоединенных своими входами к двунаправленной линии связи;

- «N» схем обработки параметров теплоносителя, подсоединенных измерительными входами к соответствующим выходам датчиков температуры, давления и расхода теплоносителя, установленных на трубопроводах с теплоносителем. Технический результат, которого невозможно достичь прототипом, заключается в повышении точности измерения расхода тепла в системе теплоснабжения и в расширении арсенала технических средств.

Причиной невозможности достижения технического результата, указанного выше, является то, что в процессе измерения параметров теплоносителя и определения расхода тепла в системе теплоснабжения не учитывается нестабильность тока, протекающего от генератора тока по цепи питания термопреобразователей сопротивления (датчиков температуры), вызванная старением элементов, а также недостаточно высокая точность обработки параметров теплоносителя, заключающаяся в обычном усреднении всех измеренных значений к тому же, на время обработки и передачи, запрошенных тепловычислителем данных останавливается измерение температуры и давления, а также подсчет количества импульсов, пришедших с расходомера, осуществляется обработка полученных между запросами данных и их передача в тепловычислитель. Остановка процесса измерения приводит к потере информации о параметрах теплоносителя. Так, например, если в то время, когда остановлен счет импульсов с расходомера для обработки предыдущих результатов, приходит очередной импульс, указывающий на то, что по трубопроводу прошло определенное количество теплоносителя, счетчик не воспримет этот импульс, так как он остановлен.

Учитывая характеристику и анализ аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания средств для измерения расхода тепла в системе теплоснабжения, имеющих более высокую точность, является актуальной на сегодняшний день.

Технический результат, указанный выше, достигается тем, что устройство для измерения расхода тепла в системе теплоснабжения, содержащее тепловычислитель, схему кодирования, подсоединенную своим входом к выходу тепловычислителя и своим выходом к двунаправленной линии связи, «N» схем декодирования, подсоединенных своими входами к двунаправленной линии связи, «N» схем обработки параметров теплоносителя, подсоединенных измерительными входами к соответствующим выходам датчиков температуры, давления и расхода теплоносителя, установленных на трубопроводах с теплоносителем, снабжено «N» формирователями управляющих сигналов передачи данных, подсоединенных своими первыми входами к выходам соответствующих «N» схем декодирования, а своими первым и вторым выходами и вторым входом к соответствующим входам и выходам соответствующих «N» схем обработки параметров теплоносителя; «N» измерителями тока, включенными в цепи питания термопреобразователя сопротивления каждого датчика температуры теплоносителя и подсоединенными своими соответствующими выходами к соответствующим входам «N» схем обработки параметров теплоносителя, подсоединенных своими информационными выходами к двунаправленной линии связи, подсоединенной к входу тепловычислителя; при этом каждая из «N» схем обработки параметров теплоносителя выполнена в виде первого коммутатора с входами для подключения датчика температуры и датчика давления теплоносителя и измерителя тока; аналого-цифрового преобразователя, подсоединенного своим входом к выходу первого коммутатора; второго коммутатора, подсоединенного своим первым входом к выходу аналого-цифрового преобразователя; первого сумматора, подсоединенного своим первым входом к первому выходу второго коммутатора; второго сумматора, подсоединенного своим первым входом ко второму выходу второго коммутатора; первого делителя, подсоединенного своим первым входом к выходу первого сумматора и своим вторым входом к выходу второго сумматора; преобразователя кода сопротивления в код температуры, подсоединенного своим входом к выходу первого делителя; первого блока сдвиговых регистров, подсоединенного своим первым входом к выходу преобразователя кода сопротивления в код температуры; третьего сумматора, подсоединенного своими входами к выходам первого блока сдвиговых регистров; второго делителя, подсоединенного своим входом к выходу третьего сумматора и своим выходом к двунаправленной шине; второго блока сдвиговых регистров, подсоединенного своим первым входом к третьему выходу второго коммутатора; четвертого сумматора, подсоединенного своими входами к выходам второго блока сдвиговых регистров; третьего делителя, подсоединенного своим входом к выходу четвертого сумматора и своим выходом к двунаправленной шине; счетчика с входом для подключения выхода датчика расхода теплоносителя; умножителя, подсоединенного своим входом к выходу счетчика и своим выходом к двунаправленной шине; оперативного запоминающего устройства с первым входом для подключения к первому выходу соответствующего формирователя управляющих сигналов передачи данных, подсоединенного своими информационными входами и выходами к двунаправленной шине; схемы формирования управляющих сигналов, подсоединенной своим первым выходом к управляющим входам первого и второго коммутаторов, ко вторым входам первого и второго сумматоров и ко второму входу второго блока сдвиговых регистров, своим вторым выходом ко второму входу первого блока сдвиговых регистров и своим третьим выходом, являющимся вторым выходом схемы обработки параметров теплоносителя для подключения ко второму входу одного из «N» формирователей управляющих сигналов передачи данных, ко второму входу оперативного запоминающего устройства, своим первым входом к выходу датчика расхода теплоносителя и своим вторым входом к первому выходу одного из «N» формирователей управляющих сигналов передачи данных и преобразователя параллельного кода в последовательный код, подсоединенного своим первым входом к двунаправленной шине, своим вторым входом, являющимся вторым входом схемы обработки параметров теплоносителя для подключения второго выхода одного из «N» формирователей управляющих сигналов передачи данных и своим выходом, являющимся первым выходом схемы обработки параметров теплоносителя к двунаправленной линии связи.

Введение «N» измерителей тока, «N» формирователей управляющих сигналов передачи данных, предлагаемая форма выполнения схем обработки параметров теплоносителя и их подключения, как указано выше, позволяют в процессе измерений напряжения, пропорционального температуре теплоносителя, давления, расхода теплоносителя измерять и величину тока, протекающего в цепи питания датчика температуры теплоносителя, которые посредством коммутации и аналого-цифрового преобразования позволяют преобразовать в цифровые коды, соответствующие измеренным параметрам теплоносителя, а произведя последующую коммутацию этих цифровых кодов, осуществить под действием управляющих сигналов с выходов схемы формирования управляющих сигналов, соответственно, суммирование цифровых кодов напряжения и цифровых кодов тока и получить в результате суммирований значения цифровых кодов с наименьшими значениями погрешностей при измерении, т.к. в результате суммирования множеств измерений напряжения на термопреобразователе сопротивления и токов, протекающих через него, получаем значения

где U_i и I_i - результаты измерения напряжения и токов, n - число измерений, и рассчитываем величину сопротивления термопреобразователя по формуле

где - оценка величины сопротивления термопреобразователя, которая, в соответствии с теорией измерений при увеличении числа наблюдений, в данном случае измерений, стремится к истинному значению, т.к. случайные составляющие погрешности во множестве измерений имеют различные знаки, и при суммировании эти значения компенсируют друг друга, кроме того, т.к. в расчете величины сопротивления термопреобразователя участвуют результаты измерения тока, протекающего через термопреобразователь сопротивления, то даже значительный уход со временем величины тока будет учтен в результате расчета величины сопротивления преобразователя, а выполнив деление суммы цифровых кодов напряжения на сумму цифровых кодов тока, можно получить в результате цифровой код, не зависящий от нестабильности тока, протекающего в цепи питания термопреобразователя сопротивления - датчика температуры теплоносителя и, соответственно, получить более точное измерение температуры теплоносителя, преобразовав полученный результат в соответствии с законом пропорциональности между величиной сопротивления (R_t) и температурой t_C°, t_C°=ƒ(R_t), получить код, соответствующий величине температуры теплоносителя, и под действием управляющих сигналов с выхода схемы формирования управляющих сигналов занести их в первый регистр блока сдвиговых регистров для последующего суммирования и деления, для получения более точного измерения параметра теплоносителя. При этом результат очередного измерения заносится в первый регистр блока сдвиговых регистров, а результаты предыдущих измерений сдвигаются (перемещаются) в последующие регистры, результат измерения, содержащийся в последнем регистре блока сдвиговых регистров, в результате такого перемещения стирается и на его место записывается следующий результат измерения, в процессе такой записи результата очередного измерения в блоке сдвиговых регистров всегда содержатся результаты последних измерений, количество которых равно количеству регистров в блоке сдвиговых регистров, а в результате суммирования и деления на число регистров блока сдвиговых регистров, которое происходит практически мгновенно, получается усреднение измеренных значений.

Таким образом, внесение очередного результата измерения в первый блок сдвиговых регистров позволяет сразу же получить на выходе делителя достоверный результат усреднения последних измерений, количество которых равно количеству регистров в блоке сдвиговых регистров, и поддерживать достоверную информацию о результатах измерения с каждым шагом измерения, т.е. осуществляется «скользящее» суммирование, а затем деление и запись в оперативное запоминающее устройство данных о температуре теплоносителя. Одновременно с обработкой и записью в оперативное запоминающее устройство данных о температуре теплоносителя цифровые коды давления теплоносителя, при подаче управляющего сигнала с выхода схемы формирования управляющих сигналов на второй блок сдвиговых регистров, заносятся во второй блок сдвиговых регистров для последующего суммирования и деления, для получения более точного измерения давления и обработки параметров теплоносителя.

При этом процесс записи, суммирования и деления на число ячеек второго блока сдвиговых регистров происходит со сдвигом на один регистр измеренных значений давления, т.е. к предыдущим значениям добавляется последующее измеренное значение и т.д., т.е. осуществляется «скользящее» суммирование, а затем деление на число регистров второго блока сдвиговых регистров и запись в оперативное запоминающее устройство данных о давлении теплоносителя.

Параллельно с измерением, обработкой и записью данных о температуре и давлении в оперативное запоминающее устройство осуществляется измерение расхода теплоносителя, при этом после прохождения по трубопроводу количества теплоносителя, соответствующего «весу пульса», расходомер выдает очередной импульс, который добавляется к показаниям счетчика и поступает на формирователь управляющих сигналов, который формирует сигналы записи в оперативное запоминающее устройство, в результате чего показания счетчика, умноженные на значение «веса импульса», поступают в соответствующую ячейку оперативного запоминающего устройства, обновляя предыдущее значение накопленного объема количества теплоносителя, прошедшего через трубопровод.

Сигнал записи в ячейку оперативного запоминающего устройства подается также на формирователь управляющих сигналов передачи данных с третьего выхода схемы формирования управляющих сигналов, для того чтобы исключить считывание информации из ячейки оперативного запоминающего устройства в момент ее обновления, а сигнал считывания информации из ячейки оперативного запоминающего устройства со второго выхода формирователя управляющих сигналов передачи данных поступает на второй вход схемы формирования управляющих сигналов, для того чтобы исключить обновление информации из ячейки оперативного запоминающего устройства в момент ее считывания, но так как тактовая частота управления считыванием и записью в оперативное запоминающее устройство единицы или десятки мегагерц, а частота передачи данных по линии связи в тепловычислитель составляет, например, 9600 бод в секунду, задержка на такт считывания или записи в оперативное запоминающее устройство практически не сказывается на скорости передачи информации в тепловычислитель и при этом не происходит потери информации о параметрах теплоносителя, так как процесс обработки информации о результатах измерений происходит непрерывно по мере ее возникновения и не приостанавливается при получении запроса от тепловычислителя на передачу данных.

По команде с выхода тепловычислителя, закодированной для каждой из схем обработки параметров теплоносителя, поступающей через двунаправленную линию связи на соответствующую схему декодирования, посредством формирователя управляющих сигналов передачи данных подключают информационный выход (выход преобразователя параллельного кода в последовательный) этой схемы обработки параметров теплоносителя к двунаправленной линии связи и под действием управляющих сигналов, поступающих на первый вход оперативного запоминающего устройства от формирователя управляющих сигналов передачи данных, передают исходные данные о температуре, давлении и расходе теплоносителя из соответствующего оперативного запоминающего устройства на вход тепловычислителя (аналогично и для других схем обработки параметров теплоносителя), который в соответствии с заложенной в него программой и поступившими исходными данными о параметрах теплоносителя по одной из известных формул расчета расхода количества тепла в системе теплоснабжения произведет подсчет расхода тепла с высокой точностью, в чем и проявляется достижение технического результата, указанного выше.

Предлагаемое устройство для измерения расхода тепла в системе теплоснабжения поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема для измерения расхода тепла в системе теплоснабжения, а на фиг.2 представлена функциональная схема каждой из схем обработки параметров теплоносителя.

Предлагаемое устройство для измерения расхода тепла в системе теплоснабжения содержит:

- тепловычислитель - 1;

- схему кодирования - 2, подсоединенную своим входом к выходу тепловычислителя - 1 и своим выходом к двунаправленной линии связи - 3, подсоединенной, в свою очередь, к входу тепловычислителя - 1;

- «N» схем декодирования - 4, подсоединенных своими входами к двунаправленной шине - 3;

- «N» формирователей управляющих сигналов передачи данных - 5, подсоединенных своими первыми входами к выходам соответствующих «N» схем декодирования - 4 (т.е. первый вход первого формирователя - 5 подсоединен к выходу первой схемы декодирования - 4; первый вход второго формирователя подсоединен к выходу второй схемы декодирования и т.д.);

- «N» схем обработки параметров теплоносителя - 6, подсоединенных своими соответствующими первыми и вторыми входами к выходам соответствующих «N» формирователей управляющих сигналов передачи данных - 5 (т.е. первый и второй входы первой схемы обработки параметров теплоносителя - 6 подсоединены непосредственно к первому и второму выходам первого формирователя - 5; первый и второй входы второй схемы обработки параметров теплоносителя подсоединены соответственно к первому и второму выходам второго формирователя и т.д.), своими вторыми выходами ко вторым входам соответствующих «N» формирователей управляющих сигналов передачи данных - 5 (т.е. второй выход первой схемы обработки параметров теплоносителя - 6 подсоединен непосредственно ко второму входу первого формирователя - 5; второй выход второй схемы обработки параметров теплоносителя подсоединен соответственно ко второму входу второго формирователя и т.д.), своими информационными выходами - 7 каждая система обработки параметров теплоносителя - 6 подсоединена к двунаправленной линии связи - 3, а своими соответствующими третьим, четвертым, пятым и шестым измерительными входами к выходам соответствующих датчиков температуры, давления и расхода теплоносителя, установленных на трубопроводах - 8 системы теплоснабжения - 9 и к выходу измерителя тока - 14 (т.е.: третий измерительный вход первой схемы обработки параметров теплоносителя - 6 подсоединен к первому выходу первого датчика температуры - 10, подсоединенного своим входом к выходу первого источника тока - 11, четвертый измерительный вход первой схемы обработки параметров теплоносителя - 6 подсоединен к выходу первого датчика давления - 12, пятый измерительный вход первой схемы обработки параметров теплоносителя - 6 подсоединен к выходу первого датчика расхода теплоносителя - 13 и шестой измерительный вход первой схемы обработки параметров теплоносителя - 6 подсоединен к выходу первого измерителя тока - 14, включенного в цепь питания термопреобразователя сопротивления первого датчика температуры - 10 теплоносителя; третий измерительный вход второй схемы обработки параметров теплоносителя подсоединен к первому выходу второго датчика температуры, подсоединенного своим входом к выходу второго источника тока, четвертый измерительный вход второй схемы обработки параметров теплоносителя подсоединен к выходу второго датчика давления, пятый измерительный вход второй схемы обработки параметров теплоносителя подсоединен к выходу второго датчика расхода теплоносителя и шестой измерительный вход второй схемы обработки параметров теплоносителя подсоединен к выходу второго измерителя тока, включенного в цепь питания термопреобразователя сопротивления второго датчика температуры теплоносителя и т.д.) Позиции второй схемы обработки параметров теплоносителя, второго датчика температуры, второго источника тока, второго измерителя тока, второго датчика давления и второго датчика расхода теплоносителя на чертежах не обозначены.

При этом каждая из «N» схем обработки параметров теплоносителя, представленная на фиг.2, содержит:

- первый коммутатор - 15, подсоединенный своими третьим, четвертым и шестым измерительными входами, являющимися одноименными входами каждой из «N» схем обработки параметров теплоносителя, к соответствующим выходам датчика температуры - 10, датчика давления - 12 и измерителя тока - 14; аналого-цифровой преобразователь - 16, подсоединенный своим входом к выходу первого коммутатора - 15; второй коммутатор - 17, подсоединенный своим первым входом к выходу аналого-цифрового преобразователя - 16; первый сумматор - 18, подсоединенный своим первым входом к первому выходу второго коммутатора - 17; второй сумматор - 19, подсоединенный своим первым входом ко второму выходу второго коммутатора - 17; первый делитель - 20, подсоединенный своим первым входом к выходу первого сумматора - 18 и своим вторым входом к выходу второго сумматора - 19; преобразователь кода сопротивления в код температуры - 21, подсоединенный своим входом к выходу делителя - 20; первый блок сдвиговых регистров - 22, подсоединенный своим первым входом к выходу преобразователя кода сопротивления в код температуры - 21; третий сумматор - 23, подсоединенный своим входом к выходу первого блока сдвиговых регистров - 22; второй делитель - 24, подсоединенный своим входом к выходу третьего сумматора - 23 и своим выходом к двунаправленной шине - 25; второй блок сдвиговых регистров - 26, подсоединенный своим первым входом к третьему выходу второго коммутатора - 17; четвертый сумматор - 27, подсоединенный своим входом к выходу второго блока сдвиговых регистров - 26; третий делитель - 28, подсоединенный своим входом к выходу четвертого сумматора - 27 и своим выходом к двунаправленной шине - 25; счетчик - 29, подсоединенный своим входом, являющимся пятым входом схемы обработки параметров теплоносителя - 6, к выходу датчика расхода теплоносителя - 13; умножитель - 30, подсоединенный своим входом к выходу счетчика - 29 и своим выходом к двунаправленной шине - 25; оперативное запоминающее устройство - 31, подсоединенное своими информационными входами и выходами к двунаправленной шине - 25, при этом первый вход, предназначенный для подключения к первому выходу первого из «N» формирователей управления сигналов передачи данных - 5, является первым входом первой из «N» схем обработки параметров теплоносителя - 6; схема формирования управляющих сигналов - 32, подсоединенная своим первым выходом к управляющим входам первого и второго коммутаторов - 15, 17, ко вторым входам первого и второго сумматоров - 18, 19 и ко второму входу второго блока сдвиговых регистров - 26, своим вторым выходом ко второму входу первого блока сдвиговых регистров - 22, своим третьим выходом ко второму входу оперативного запоминающего устройства - 31, являющемуся вторым входом каждой из «N» схем обработки параметров теплоносителя - 6 и к управляющему второму входу соответствующего формирователя управляющих сигналов передачи данных - 5, своим первым входом к выходу датчика расхода теплоносителя - 13, своим вторым входом параллельно первому входу оперативного запоминающего устройства и к первому выходу одного из «N» формирователей управляющих сигналов передачи данных - 5, преобразователь параллельного кода в последовательный - 33, подсоединенный своим информационным входом к двунаправленной шине - 25, при этом второй вход, предназначенный для подключения ко второму выходу первого из «N» формирователей управляющих сигналов передачи данных - 5, является вторым входом первой из «N» схем обработки параметров теплоносителя - 6, а выход преобразователя параллельного кода в последовательный - 33 является первым выходом первой из «N» - схем обработки параметров теплоносителя - 6.

В качестве «N» формирователей управляющих сигналов 5 передачи данных использован микроконтроллер PIC16C773.

В качестве преобразователя кода сопротивления в код температуры - 21 использованы микросхемы ПЗУ 573 РФ2, где в ячейки с адресами, соответствующими величине сопротивления, записаны соответствующие значения температуры. В качестве альтернативного варианта использован микроконтроллер PIC16C773, реализующий интерполяционную функцию зависимости температуры от величины сопротивления, приведенную в ГОСТ 6651-94 (п.5.5) R_t=W_t×R₀,

где R_t - сопротивление термрпреобразователя сопротивлений при температуре t°С;

R₀ - сопротивление при температуре t=0°С;

W_t - значение отношения сопротивлений при измеряемой температуре t°С к сопротивлению при температуре t=0°С, для медного термопреобразователя сопротивлений с R₀=100 Ом, W₁₀₀,=1,4260 W_t=1+αt, α=4,26·10^-3°С^-1 - коэффициент для данного типа ТС, для диапазона температур от минус 10°С до 200°С (см приложение В ГОСТ 6651-94).

В качестве схемы формирования управляющих сигналов - 32 использован микроконтроллер PIC16C773.

Все остальные элементы предлагаемого устройства для измерения расхода тепла в системе теплоснабжения широко известны и опубликованы в области вычислительной техники.

Предлагаемое устройство для измерения расхода тепла в системе теплоснабжения работает следующим образом.

С помощью датчика температуры - 10, установленного на трубопроводе - 8 системы теплоснабжения - 9 и подключенного своим входом к выходу источника тока - 11, осуществляют измерения напряжения, пропорционального температуре теплоносителя. С помощью измерителя тока - 14 измеряют ток, протекающий в цепи питания датчика температуры - 10, а с помощью датчика давления - 12, установленного на трубопроводе - 8 системы теплоснабжения - 9, измеряют давление теплоносителя, которые с помощью первого коммутатора - 15, управляемого сигналом, поступающим с первого выхода схемы формирования управляющих сигналов - 32, коммутируются и поступают поочередно на вход аналого-цифрового преобразователя - 16 и преобразуются в цифровые коды, которые поступают на вход второго коммутатора - 17 и под действием управляющих сигналов, поступающих с первого выхода схемы формирования управляющих сигналов - 32 на управляющий вход второго коммутатора-17, коммутируются и поступают с его первого выхода на первый вход первого сумматора - 18, а с его второго выхода на первый вход второго сумматора - 19 и с третьего выхода на первый вход второго блока сдвиговых регистров - 26.

Поступившие значения цифровых кодов напряжения на первый сумматор - 18 и значения цифровых кодов на второй сумматор - 19 под действием управляющих сигналов, поступающих на вторые входы первого и второго сумматоров 18 и 19 с первого выхода схемы формирования управляющих сигналов - 32, суммируются, а имеющиеся в их составе случайные составляющие погрешности измерений с разными знаками в результате суммирований компенсируются и на выходе первого и второго сумматоров - 18 и 19 имеются значения цифровых кодов с наименьшими значениями погрешностей. Произведя деление с помощью первого делителя - 20 суммы цифровых кодов напряжений на сумму цифровых кодов токов, получают на выходе первого делителя - 20 цифровые коды, не зависящие от нестабильности тока, протекающего в цепи питания термопреобразователя сопротивления датчика температуры - 10, получая тем самым более точное измерение температуры теплоносителя. Преобразовав цифровой код, полученный в результате деления в преобразователе кода сопротивления в код температуры - 21, в соответствии с законом пропорциональности между величиной сопротивления (R_t) термопреобразователя и температурой (t_°C), t_°C=ƒ(R_t), (например, в соответствии с ГОСТ 6651-94, приложение А, для платиновых термопреобазователей сопротивления с W₁₀₀=1,3850 величине сопротивления 123,24 Ом соответствует температура 60,0°С, 130,9 Ом соответствует температура 80,0°С, 149,83 Ом соответствует температура 130,0°С и т.д.) получают значения цифровых кодов, соответствующие значению температуры теплоносителя в трубопроводе - 8, которые с выхода преобразователя кода сопротивления в код температуры - 21 поступают в первый блок сдвиговых регистров - 22, имеющий, например, пять регистров, а затем под действием управляющих сигналов, поступающих со второго выхода схемы формирования управляющих сигналов - 32 на второй вход первого блока сдвиговых регистров - 22, имеющиеся значения цифровых кодов поступают в третий сумматор - 23, в котором они суммируются и передаются на вход второго делителя - 24, а после деления на число, равное числу регистров первого блока сдвиговых регистров - 22, например пять, поступают на двунаправленную шину - 25 и под действием сигнала записи в оперативное запоминающее устройство, поступающего с третьего выхода схемы формирования управляющих сигналов - 32, записываются в соответствующую ячейку оперативного запоминающего устройства - 31 и там хранятся. При этом необходимо отметить, что процесс хранения результатов последних 5 циклов измерения в регистрах первого блока сдвиговых регистров - 22 идет постоянно и также идет постоянное их суммирование, но со сдвигом во времени на один цикл измерений. При наличии пяти регистров и поступлении шестого цикла измерений осуществляется запоминание шестого цикла измерений в первом регистре первого блока сдвиговых регистров - 22 и в четвертый сумматор - 23 поступают цифровые коды, соответствующие второму, третьему, четвертому, пятому и шестому измерению, затем третьему, четвертому, пятому, шестому и седьмому и т.д., которые постоянно суммируются, т.е. происходит «скользящее» суммирование содержания пяти регистров с новым содержанием и т.д.

После деления во втором делителе - 24 на число регистров второго сдвигового регистра - 22, равное, например, пяти на выходе второго делителя - 24, получают усредненные значения цифровых кодов предыдущих четырех и одного текущего измеренных значений температуры с более высокой точностью обработки.

Поступившие во второй блок сдвиговых регистров - 26 цифровые коды давления теплоносителя под действием управляющих сигналов, поступающих на его второй вход со второго выхода схемы формирования управляющих сигналов - 32, заносятся в регистры второго блока сдвиговых регистров - 26, а затем передаются в четвертый сумматор - 27, где они суммируются, и поступают на вход второго делителя - 28. Во втором делителе - 28 производят деление суммы цифровых кодов давления на число регистров и получают усредненные значения давления за определенное время, которые с выхода второго делителя - 28 поступают на двунаправленную шину - 25 и под действием сигнала записи в оперативное запоминающее устройство - 31, поступающего с третьего выхода схемы формирования управляющих сигналов - 32, записываются в соответствующую ячейку оперативного запоминающего устройства - 31 и там хранятся.

Параллельно с измерением температуры и давления теплоносителя осуществляют измерение расхода теплоносителя с помощью датчика расхода теплоносителя - 13, установленного на трубе - 8 системы теплоснабжения - 9 и подсоединенного своим выходом, являющимся пятым входом схемы обработки параметров теплоносителя - 6, к входу счетчика - 29, который осуществляет подсчет импульсов, поступающих с выхода датчика расхода теплоносителя - 13, и передает их сумму на вход умножителя - 30, который умножает ее на коэффициент, соответствующий количеству теплоносителя, прошедшему через трубопровод - 8, после которого датчик расхода теплоносителя - 13 выдает один импульс, который одновременно поступает на вход счетчика - 29 и на первый вход схемы формирования управляющих сигналов - 32, которая формирует управляющий сигнал записи в оперативное запоминающее устройство - 31. Полученный результат умножения с выхода умножителя - 30 поступает на двунаправленную шину - 25 и под действием сигнала записи, поступающего с третьего выхода схемы формирования управляющих сигналов - 32, записывается в соответствующую ячейку оперативного запоминающего устройства - 31 и там хранится.

Аналогично осуществляется работа и всех других «N» - схем обработки параметров теплоносителя. В результате в оперативном запоминающем устройстве - 31 всех «N» схем обработки параметров теплоносителя - 6 содержится достоверная текущая информация о температуре, давлении и расходе теплоносителя, которая может быть передана в тепловычислитель - 1 в любой момент времени по его запросу без дополнительных затрат времени на ожидание результатов обработки измерений и без возможных потерь результатов измерения во время этой обработки.

Команда с выхода тепловычислителя - 1, закодированная с помощью схемы кодирования - 2, поступает с ее выхода в двунаправленную линию связи - 3, а затем из нее в одну из соответствующих схем декодирования - 4. В схеме декодирования - 4 команда расшифровывается и, если запрос на получение данных обращен к этому каналу, со схемы декодирования - 4 поступает команда в виде цифрового кода на вход формирователя управляющих сигналов передачи данных - 5, который формирует сигналы считывания информации о температуре, давлении и расходе теплоносителя из соответствующих ячеек оперативного запоминающего устройства - 31 и сигналы для управления преобразователем параллельного кода в последовательный, поступающие к управляющему входу преобразователя параллельного кода в последовательный - 33. На формирователь управляющих сигналов передачи данных - 5 подается также сигнал записи в ячейку оперативного запоминающего устройства - 31 с третьего выхода схемы формирования управляющих сигналов - 32, для того чтобы исключить считывание информации из ячейки оперативного запоминающего устройства - 31 в момент ее обновления, а сигнал считывания информации из ячейки оперативного запоминающего устройства - 31 со второго выхода формирователя управляющих сигналов передачи данных - 5 поступает на второй вход схемы формирования управляющих сигналов - 32, для того чтобы исключить обновление информации из ячейки оперативного запоминающего устройства - 31 в момент ее считывания. С выхода преобразователя параллельного кода в последовательный - 33, являющегося первым выходом схемы обработки параметров теплоносителя - 6, данные поступают через двунаправленную линию связи - 3 в тепловычислитель - 1, который в соответствии с заложенной в нем программой, полученными исходными данными, поступающими по запросу с тепловычислителя - 1 из каждого оперативного запоминающего устройства - 31, производит вычисление расхода тепла в системе теплоснабжения с высокой точностью.

Таким образом, предлагаемое устройство для измерения расхода тепла в системе теплоснабжения, при использовании двунаправленной шины типа RS485, позволяет осуществить подключение тридцати двух схем обработки параметров теплоносителя, т.е. произвести измерение расхода тепла в тридцати двух трубах системы теплоснабжения, обеспечив при этом высокую точность измерения за счет учета нестабильности тока, протекающего в цепи питания термопреобразователя сопротивления, и его влияния на точность измерения, а также за счет использования при обработке параметров теплоносителя "скользящего" режима суммирования без остановки процесса измерения параметров теплоносителя на время обработки результатов измерения и передачи данных в тепловычислитель.

1. Устройство для измерения расхода тепла в системе теплоснабжения, содержащее тепловычислитель, схему кодирования, подсоединенную своим входом к выходу тепловычисления и своим выходом к двунаправленной линии связи, «N» схем декодирования, подсоединенных своими входами к двунаправленной линии связи, «N» схем обработки параметров теплоносителя и датчики температуры, давления и расхода теплоносителя, установленные на трубопроводах с теплоносителем и подсоединенные своими соответствующими выходами к соответствующим входам «N» схем обработки параметров теплоносителя, отличающееся тем, что оно снабжено «N» измерителями тока, включенными в цепи питания термопреобразователя сопротивления каждого датчика температуры теплоносителя и подсоединенные своими соответствующими выходами к соответствующим входам «N» схем обработки параметров теплоносителя, подсоединенных своими соответствующими выходами к двунаправленной линии связи, подсоединенной к входу тепловычислителя, «N» формирователями управляющих сигналов передачи данных, подсоединенными своими первыми входами к соответствующим выходам «N» схем декодирования, своими первыми и вторыми выходами и вторыми входами к соответствующим входам и выходам «N» схем обработки параметров теплоносителя.

2. Устройство для измерения расхода тепла в системе теплоснабжения по п.1, отличающееся тем, что каждая из «N» схем обработки параметров теплоносителя выполнена в виде первого коммутатора с входами для подключения датчика температуры, датчика давления теплоносителя и измерителя тока, аналого-цифрового преобразователя, подсоединенного своим входом к выходу первого коммутатора, второго коммутатора, подсоединенного своим первым входом к выходу аналого-цифрового преобразователя, первого сумматора, подсоединенного своим первым входом к первому выходу второго коммутатора, второго сумматора, подсоединенного своим первым входом ко второму выходу второго коммутатора, первого делителя, подсоединенного своим первым входом к выходу первого сумматора и своим вторым выходом к выходу второго сумматора, преобразователя кода сопротивления в код температуры, подсоединенного своим входом к выходу первого делителя, первого блока сдвиговых регистров, подсоединенного своим первым входом к выходу преобразователя кода сопротивления в код температуры, третьего сумматора, подсоединенного своими входами к выходам первого блока сдвиговых регистров, второго делителя, подсоединенного своим входом к выходу третьего сумматора и своим выходом к двунаправленной шине, второго блока сдвиговых регистров, подсоединенного своим первым входом к третьему выходу второго коммутатора, четвертого сумматора, подсоединенного своими входами к выходам второго блока сдвиговых регистров, третьего делителя, подсоединенного своим входом к выходу четвертого сумматора и своим выходом к двунаправленной шине, счетчика с входом для подключения выхода датчика расхода теплоносителя, умножителя, подсоединенного своим входом к выходу счетчика и своим выходом к двунаправленной шине, оперативного запоминающего устройства с первым входом для подключения к соответствующему первому входу одного из «N» формирователей управляющих сигналов передачи данных и подсоединенного своими информационными входами и выходами к двунаправленной шине, схемы формирования управляющих сигналов, подсоединенной своим первым выходом к управляющим входам первого и второго коммутаторов, ко вторым входам первого и второго сумматоров и ко второму входу второго блока сдвиговых регистров, своим вторым выходом ко второму входу первого блока сдвиговых регистров и своим третьим выходом, являющимся вторым выходом схемы обработки параметров теплоносителя для подключения к второму входу одного из «N» формирователей управляющих сигналов передачи данных, ко второму входу оперативного запоминающего устройства и своим первым входом к выходу датчика расхода теплоносителя, своим вторым входом параллельно первому входу оперативного запоминающего устройства и преобразователя параллельного кода в последовательный код, подсоединенного своим первым входом к двунаправленной шине, своим вторым входом, являющимся вторым входом схемы обработки параметров теплоносителя, к второму выходу одного из «N» формирователей управляющих сигналов передачи данных и своим выходом, являющимся первым выходом схемы обработки параметров теплоносителя, к двунаправленной линии связи.