школа теплопункту

ТЕПЛОЛІЧИЛЬНИК В РОЗРІЗІ
Лекція 3: про витратомірах

Починаючи даний цикл лекцій, ми помітили, що під час обговорення теплолічильників частіше і більше говорять про входять до їх складу витратомірах. Ми пішли іншим шляхом: спочатку розповіли про термоперетворювачем. роль яких в теплообліку не менш важлива, ніж роль перетворювачів витрати, потім - про датчиках тиску. роль яких може бути значима в певних випадках. Але тепер і ми неминуче приходимо до теми вимірювань витрати теплоносія. І тема ця дуже велика.

Регулятор потоку, перетворювач витрати, лічильник, лічильник-витратомір

Коли говорять про що входять до складу лічильника теплової енергії засобах вимірювань витрати, то називають їх або витратомірами, або водолічильниками, або перетворювачами витрати. При цьому найчастіше ці кошти сертифіковані не тільки в складі лічильника теплової енергії, а й самостійно; і в їх документації можна прочитати, що вони є, наприклад, «лічильниками рідини» або «лічильниками-витратомірами». Які з цих назв - більш правильні, які і коли слід вживати? Давайте розберемося.

Якщо розглядати теплосчетчик, як єдине, але складається з різних функціональних блоків пристрій, то ми виділимо в ньому «мозок» - обчислювач, і «органи чуття» - вимірювальні перетворювачі температури, тиску і витрати. Словом «перетворювач» називають засіб вимірювань (або його частина), яке перетворює вимірювану величину в сигнал, придатний для передачі і подальшої обробки. Так, наприклад, перетворювач тиску «транслює мегапаскалі в міліампер». Його вихідний сигнал постійного струму передається в обчислювач; обчислювач по відомій залежності між «входом» (тиск) і «виходом» (сила струму) перетворювача «відновлює» значення тиску. Термопреобразователь перетворює температуру теплоносія в електричний опір: вимірюючи це опір, обчислювач «дізнається» температуру. А перетворювач витрати, як це вже зрозуміло, перетворює в вихідний електричний сигнал витрата теплоносія в трубопроводі системи теплопостачання. Який саме сигнал - про це ми поговоримо пізніше.

Можна розробити перетворювач витрати спеціально для будь-якого конкретного обчислювача, конкретного лічильника теплової енергії - і сертифікувати теплосчетчик в цілому. Такий теплосчетчик буде називатися єдиним: що входять до його складу перетворювачі не є самостійними засобами вимірювань, їх не можна застосовувати в комбінації з іншими обчислювачами, тобто в складі інших теплолічильників.

Єдиний ультразвукової теплолічильник СВТУ-10М

Можна створити якийсь універсальний перетворювач витрати і сертифікувати його спочатку сам по собі. Якщо вихідний сигнал перетворювача стандартизований, і його характеристика (залежність між вимірюваним витратою і параметрами вихідного сигналу) відома, то такий перетворювач можна включати до складу різних теплолічильників, тобто комбінувати з різними обчислювачами. Такі теплолічильники так і будуть називатися - комбінованими.

Ультразвуковий перетворювач витрати (витратомір) КАРАТ-РС:
видає стандартизований імпульсний сигнал, і тому може використовуватися з різними обчислювачами

Але можна застосувати розроблений перетворювач не в складі лічильника теплової енергії, а в складі лічильника води, витратоміра. Адже вимірювання об'єму та витрати води (так само як і інших рідин) - окрема і часто зустрічається завдання.

Як правило, в системах водопостачання потрібно вимірювати саме обсяг води, витраченої споживачем. Або, іншими словами, обсяг води, що пройшла через трубопровід в точці вимірювань. Прилад для вимірювань кількості (обсягу) називають лічильником. У нашому випадку - водолічильником, лічильником води. Такий прилад складається з перетворювача витрати і якогось пристрою (електронного або механічного), що відображає виміряний обсяг в цифрах. При цьому конструктивно перетворювач і пристрій відображення інформації можуть бути об'єднані в одному корпусі, а можуть бути роздільними, з'єднаними кабелем.

Крім вимірювань кількості рідини іноді (частіше в промисловості) потрібно вимірювати витрату, тобто (Грубо кажучи) кількість за одиницю часу. Прилад для вимірювання витрати називається, природно, витратоміром. Але ми навряд чи знайдемо в нашому оточенні «чисті» витратоміри: якщо прилад вимірює витрату, то він здатний виміряти (показати) і загальний обсяг пройшла через нього рідини. Ну, а більшість типів лічильників обсяг обчислюють, вимірюючи спочатку швидкість (витрата) води. Тому в житті слова «витратомір» і «лічильник» ( «водолічильник», «лічильник води») дуже часто використовуються як синоніми. А якщо потрібно підкреслити, що прилад вимірює і показує як витрата, так і обсяг, його називають «лічильник-витратомір» або «витратомір-лічильник».

Але повернемося до лічильників тепла. Ми говорили про входять до їх складу перетворювачах витрати, а потім відволіклися на витратоміри і водолічильники. Так ось, перетворювач - це «сліпе» пристрій: він видає електричний сигнал, «зрозумілий» обчислювачеві, але не показує цифри, зрозумілі людині. Регулятор потоку (лічильник) цифри показує. При цьому ніщо не заважає конструкторам додатково обладнати його і електричним виходом - такий витратомір теж можна буде підключити до обчислювача, і комплект з обчислювача, витратоміра (ів) та перетворювачів температури і тиску буде представляти із себе теплосчетчик. Звичайно, ми отримаємо деяку надмірність: значення витрати або об'єму теплоносія можна буде бачити як на табло витратоміра, так і на табло обчислювача. Але в ряді випадків це навіть корисно.

Наведемо приклади. Всім відомі тахометрические водолічильники, звані в народі «вертушками». Такий водолічильник може застосовуватися сам по собі для обліку водоспоживання. Він складається з перетворювача витрати (це крильчатка або турбіна) і відлікового пристрою ( «циферблата»). Але може бути також обладнаний електричним (частіше - імпульсним) виходом, підключений до теплолічильника і грати роль перетворювача лічильника теплової енергії. Так на першій з наведених нижче фотографій показаний лічильник гарячої води SENSUS MT-150 з імпульсним виходом. На другому фото - теплолічильник, в складі якого той же МТ-150, обчислювач PolluTherm і термоперетворювачі. А на третьому знімку показаний так званий компактний теплолічильник PolluCom M. в його складі є подібний МТ-150 тахометричних крильчасті перетворювач витрати, але застосувати його окремо, як водолічильник, не можна, оскільки він виконаний «заодно» з обчислювачем.

Таким чином ми бачимо зібрані з одних і тих же елементів водолічильник, комбінований теплолічильник і єдиний компактний теплолічильник. Можна привести подібні приклади і з ультразвуковими, і з електромагнітними приладами. І ці приклади повинні нам допомогти зрозуміти наступне: той «орган», який в теплолічильників відповідає за вимірювання витрати, в принципі можна називати і перетворювачем витрати, і витратоміром, і перетворювачем обсягу, і водолічильником. Але якщо ми хочемо підкреслити, що в даному конкретному випадку цей «орган» не самостійний, не має власних коштів відображення інформації - краще назвати його перетворювачем. Якщо хочемо підкреслити, що в якості цього «органу» використовується якийсь «окремий» прилад - краще так і говорити, що це «витратомір», «водолічильник», «витратомір-лічильник» і т.п. Також краще бути точним, якщо мова йде про конкретні типи засобів вимірювальної техніки. Скажімо, неможливо причепитися до таких фраз: «до складу даного лічильника теплової енергії входять вихрові перетворювачі витрати ВЕПС» і «до складу даного лічильника теплової енергії входять лічильники води MT-150 з імпульсним виходом». А, наприклад, формулювання «до складу входять витратоміри ВЕПС» і «до складу входять перетворювачі витрати MT-150» зрозумілі, допустимі (особливо якщо потрібно уникнути тавтології), але, якщо буквоедствовать, то не цілком правильні. Адже таких засобів вимірювань, як «витратомір ВЕПС» і «перетворювач витрати MT-150» ми в державному реєстрі не знайдемо. Коли ж ми говоримо про єдині теплолічильниках, то до їх складу входять саме «перетворювачі», причому часто - безіменні, окремо несертифіковані.

Вихідні сигнали витратомірів

А тепер поговоримо про вихідних сигналах витратомірів. Коли ми міркували про вимірювання температури, то розглядали виключно термоперетворювачі опору. Вони застосовуються в переважній більшості типів теплолічильників. У той же час існують і використовуються, хоча і вкрай рідко, датчики температури з частотним виходом: вони видають безперервну послідовність імпульсів, частота проходження яких пропорційна вимірюваній температурі.

Серед застосовуваних у складі теплолічильників датчиків тиску існує трохи більшу різноманітність: тут ми можемо зустріти і струмовий вихід (інформативний параметр - сила струму), і вихід, інформативним параметром якого є напруга.

Витратоміри ж можуть бути обладнані струмовим виходом (сила струму пропорційна витраті), частотним виходом (витраті пропорційна частота проходження імпульсів) і імпульсним (іноді кажуть - числоімпульсним) виходом. Останній в даний час застосовується значно частіше двох перших, а в теплолічильниках з автономним електроживленням і зовсім бачимо виключно такі - «імульсном» - витратоміри і перетворювачі витрати. Чому, і в чому принципова відмінність імпульсного виходу від частотного і токового? - це ми повинні розуміти обов'язково.

Частотний і струмовий виходи є «безперервними». Навіть якщо витрата нульовий, сигнал жевріє, просто частота проходження імпульсів або сила струму мають значення, відповідне нульового витраті. Якщо сигнал зник - це свідчить про обрив лінії, і це дуже корисна особливість. Сигнал безперервний і пропорційний витраті - значить ми знаємо значення витрати в будь-який момент часу, і ми миттєво відстежуємо будь-які зміни витрати. Вторинний прилад (обчислювач) відображає на своєму дисплеї «справжній» витрата, а, інтегруючи значення витрати, точно і однозначно обчислює об'єм води, що пройшла по трубопроводу за будь-який відрізок часу.

Зрозуміло, що витратоміри з частотним або струмовим виходом незамінні там, де потрібно точно відстежувати витрата в режимі on-line. Але такі завдання характерні скоре для АСУ ТП, ніж для тепло- або водообліку. Облікова завдання - вимірювати обсяг (або масу, але силу-силенну - пізніше) теплоносія за чималі (добу, місяць, рік) інтервали часу. Тому трансляція і обробка безперервних сигналів для лічильника теплової енергії - тільки марна трата енергії і обчислювальних ресурсів. Споживач цінує теплолічильники «на батарейках», а батарейка «не потягне» обробку частотного або токового сигналу.

Тому і поширені перетворювачі з імпульсним виходом. Такий перетворювач «мовчить» до тих пір, поки через нього не пройде певний обсяг теплоносія. А як тільки такий обсяг (це може бути літр, десять літрів, сто літрів - в залежності від конструкції і-або налаштувань) пройде - перетворювач видасть на вихід електричний імпульс (замкне-розімкнеться ключ, контакт) і знову «замовкне».

Очевидно, що в перервах між імпульсами ми не маємо ніякої інформації про «стан справ» в трубопроводі. Може чергові десять або сто літрів через перетворювач ще не пройшли, може сталася аварія і теплоносій через перетворювач не йде або зупинився. А може це перетворювач відмовив або лінія зв'язку з ним обірвана? Може бути все, але ми не можемо знати про це нічого. Також очевидно, що за допомогою перетворювачів з імпульсним виходом можна вимірювати витрату, тому що строго кажучи, вони є перетворювачами не розходяться, а обсягу, що не витратомірами, а «чистими» лічильниками. По крайней мере, з точки зору обчислювача. Той «витрата», що може показувати на своєму дисплеї обчислювач, в даному випадку буде не «справжнім», а «штучно виведеним». Отримавши черговий імпульс, і маючи інформацію про час, який минув від часу отримання імпульсу попереднього, обчислювач розрахує якесь середнє значення витрати за цей період. Насправді на інтервалі між двома імпульсами витрата в трубопроводі може кілька разів зупинитися, сповільнитися, прискоритися - обчислювач цього не покаже. Якщо у вузлі обліку з «імпульсними» перетворювачами перекрити трубопроводи, на дисплеї обчислювача «нульовий витрата» з'явиться далеко не відразу. В очікуванні чергового імпульсу прилад буде перераховувати витрата з урахуванням значень на попередніх інтервалах, і цифри на дисплеї будуть поступово зменшуватися, в той час як реально в трубопроводі вже «нічого не тече».

До речі, забавна ситуація може трапитися, якщо використовувати в складі лічильника теплової енергії витратомір-лічильник з власним дисплеєм, на який виводяться виміряні значення витрати, і з імпульсним виходом. Сам по собі такий прилад вимірює і витрата, і обсяг, але через імпульсний вихід видає тільки сигнал, пропорційний обсягу. Тобто з точки зору обчислювача - це перетворювач обсягу. Так ось, в будь-який момент часу значення витрати на дисплеї витратоміра (тобто те, що виміряна їм безпосередньо) не збігатимуться зі значеннями того ж за змістом витрати на дисплеї обчислювача (це те, що розраховане обчислювачем через період проходження «об'ємних» імпульсів). А ось обсяги за тривалі проміжки часу за показаннями витратоміра-лічильника і обчислювача повинні збігатися - інше буде вказувати на несправність одного з приладів.

Ультразвуковий витратомір КАРАТ-РС, обладнаний власним дисплеєм

А чому саме «за тривалі проміжки»? Тут ще один парадокс: застосовуючи перетворювачі з імпульсним виходом, є по суті, як ми вже сказали, перетворювачами обсягу, ми не можемо точно визначити обсяг теплоносія, що пройшов через перетворювач за якийсь досить короткий проміжок часу! Наприклад, у нас є перетворювач, який видає імпульс на кожні сто літрів пройшла через нього води. Ми хочемо вимірювати обсяг за кожну годину. Але що якщо годину закінчився, а черговий імпульс прийшов в першу хвилину наступної години? Ми розуміємо, що це не означає, що саме за цю хвилину через перетворювач пройшло разом сто літрів. Ні, якась частина цих ста пройшла в попередньому годині, і лише «останні краплі» - в новому. Але правильно розділити ці сто літрів між двома сусідніми годинами неможливо, і обчислювач пише в архів те, що «бачить»: в результаті в першій годині ми не дораховуємо майже ста літрів, в другому отримуємо майже сто літрів зайвих. Уникнути цієї проблеми можна тільки, або використовуючи перетворювач з малим «вагою» імпульсу (один імпульс не на сто, а на десять літрів або на літр), або ведучи облік на великих інтервалах часу. Іншими словами, вага імпульсу повинен бути набагато меншим передбачуваного витрати за цікавлять нас часові відрізки. Однак, зменшуючи вагу імпульсу, ми добиваємося того, що перетворювач видає імпульси частіше. В результаті зростає енергоспоживання лічильника.

Таким чином, до використання теплолічильників з «імпульсними» перетворювачами витрати (точніше - обсягу), а також до вибору ваги імпульсу перетворювача потрібно підходити усвідомлено. Імпульсний вихід не підійде вам, якщо ви хочете вести безперервний моніторинг витрат, імпульсний вихід з великою вагою імпульсу не підійде вам, якщо ви хочете точно визначати обсяг теплоносія (води) за якісь відносно короткі періоди. Але якщо ваш пріоритет - теплолічильник з автономним електроживленням, то без перетворювачів з імпульсним виходом вам не обійтися.

На цьому дану лекцію ми закінчимо, а точніше - перервемо. І продовжимо розмову про витратомірах, лічильниках, перетворювачах витрати на наступному занятті.