Спосіб вимірювання кількості теплової енергії

Изобретение относится к методам измерения количества тепловой энергии, получаемой потребителем тепла с теплоносителем по трубопроводам. Известен способ измерения количества тепловой энергии, получаемой потребителем тепла с теплоносителем, подводимым к потребителю по прямому трубопроводу и отводимым по обратному трубопроводу, с помощью первичных измерительных преобразователей, установленных в прямом и обратном трубопроводах [1]. Измеряют температур у теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах с помощью первичных измерительных преобразователей температуры, установленных в прямом и обратном трубопроводах соответственно, и расход теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах с помощью первичных измерительных преобразователей расхода, установленных в прямом и обратном трубопроводах соответственно. Количество тепловой энергии Q, полученной потребителем тепла за период времени, определяют по формуле: где t1, t2 - начальный и конечный моменты времени, в течение которого подводилась тепловая энергия к потребителю тепла, соответственно; Gn, G0 - значения массового расхода теплоносителя через прямой и обратный трубопроводы потребителя тепла соответственно; cn, c0 - удельная теплоемкость теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах потребителя тепла соответственно; Тn, Т0 , Т х - значения температуры теплоносителя в прямом, обратном трубопроводах потребителя тепла и в тр убопроводе холодного водоснабжения источника тепловой энергии соответственно; t - время. Температуре Тх присваивают значение по данным источника тепловой энергии. Однако в этом способе измеряют расходы теплоносителя через прямой и обратный трубопроводы и температуры теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах, вследствие чего увеличивается погрешность измерения количества тепловой энергии за счет суммирования погрешностей измерения расходов и температур. Кроме того, возрастает стоимость устройства, измеряющего количество тепловой энергии, поскольку требуются два измерительных преобразователя расхода и два измерительных преобразователя температуры. Помимо этого, усложняется метрологическое обеспечение устройства, измеряющего количество тепловой энергии, поскольку требуются, как технические средства метро* логического обеспечения измерения температуры, так и технические средства метрологического обеспечения измерения расхода. В основу изобретения поставлена задача создания такого способа измерения количества тепловой энергии, получаемой потребителем тепла с теплоносителем, подводимым к потребителю по прямому трубопроводу и отводимым по обратному трубопроводу, в котором количество тепловой энергии определяется только по значениям температур двух первичных измерительных преобразователей, один из которых установлен в прямом трубопроводе, а второй - в обратном, и поэтому обеспечивается уменьшение погрешности измерения количества тепловой энергии, отсутствует необходимость в преобразователях расхода и за счет этого уменьшается стоимость и упрощается метрологическое обеспечение устройства, реализующего метод. Поставленная задача решается тем, что в способе измерения количества тепловой энергии, получаемой потребителем тепла с теплоносителем, подводимым к потребителю по прямому тр убопроводу и отводимым по обратному тр убопроводу, с помощью первичных измерительных терморезистивных или термоэлектрических преобразователей температуры, которые устанавливают в прямом и обратном трубопроводах, измеряют температуры этих первичных преобразователей, согласно изобретению, нагревают постоянным электрическим током первичные измерительные терморезистивные или термоэлектрические преобразователи температуры, размещенные в прямом и обратном трубопроводах и измеряют температуры этих первичных преобразователей, а количество тепловой энергии Q, полученной потребителем, тепла за период времени, определяют па формуле: где t1, t 2 - начальный и конечный моменты времени, в течение которого подводилась тепловая энергия к потребителю тепла, соответственно; Тn1 , Тn2- значение температуры первичного измерительного преобразователя, установленного в прямом трубопроводе, при его нагреве постоянным электрическим током и при отсутствии нагрева соответственно; Т01 , Т02-значение температуры первичного измерительного преобразователя, установленного в обратном трубопроводе, при его нагреве постоянным электрическим током и при отсутствии нагрева соответственно; t –время. Поскольку в предлагаемом способе измеряют только температуры первичных измерительных преобразователей температуры и не измеряют расходы теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах с помощью первичных измерительных преобразователей расхода, то уменьшается погрешность измерения количества тепловой энергии за счет сокращения погрешностей измерения расходов. Кроме того, поскольку отсутствуют преобразователи расхода, то снижается стоимость устройства, измеряющего количество тепловой энергии, и упрощается метрологическое обеспечение, так как не нужны технические средства метрологического обеспечения измерения расхода. В предлагаемом способе измеряют температуру первичного измерительного терморезистивного или термоэлектрического преобразователя температуры, размещенного в прямом трубопроводе, при нагреве этого преобразователя электрическим током. Затем измеряют температуру первичного измерительного терморезистивного или термоэлектрического преобразователя температуры, размещенного в обратном трубопроводе, при отсутствии нагрева этого преобразователя. После этого измеряют температуру первичного измерительного терморезистивного или термоэлектрического преобразователя температуры, размещенного в прямом трубопроводе, при отсутствии нагрева этого преобразователя. Затем измеряют температуру первичного измерительного терморезистивного или термоэлектрического преобразователя температуры, размещенного в обратном трубопроводе, при нагреве этого преобразователя электрическим током. Количество тепловой энергии, полученной потребителем тепла за период времени, определяют по формуле (2). Функцию f(Тn1, Тn2, Т 01 , Т02) получают теоретически из уравнений, описывающих теплообмен первичных измерительных преобразователей с потоком теплоносителя, или экспериментально. Например, если первичные измерительные терморезистивные или термоэлектрические преобразователи температуры имеют цилиндрическую форму и установлены в трубопроводах перпендикулярно потоку теплоносителя, и если пренебречь теплопередачей излучением, то функцию f(Тn1 , Т n2, Т01, Т02) получают теоретически из уравнений описывающих теплообмен первичных измерительных преобразователей с потоком теплоносителя. Уравнение теплового баланса первичного измерительного преобразователя при его нагреве постоянным электрическим током записывают в следующем виде [Полищук Е.С. Измерительные преобразователи. - Киев: Вища школа, 1981]: где Р - мощность источника постоянного электрического тока; a - коэффициент теплоотдачи первичного измерительного преобразователя в поток теплоносителя; S - площадь поверхности первичного измерительного преобразователя, омываемая теплоносителем; Т1- температура первичного измерительного преобразователя, нагреваемого постоянным электрическим током; Т - температура теплоносителя; Сnр - полная теплоемкость первичного измерительного преобразователя. При отсутствии нагрева первичного измерительного преобразователя его температура равна температуре потока теплоносителя: где Т2 – температура первичного измерительного преобразователя при отсутствии нагрева. Зависимость коэффициента теплоотдачи первичного измерительного преобразователя от скорости потока омывающей его среды аппроксимируют эмпирическим критериальным уравнением [Полищук Е.С. Измерительные преобразователи. - Киев: Виша шкпла. 19811: d-диаметр цилиндрического первичного измерительного преобразователя; l - коэффициент теплопроводности среды, омывающей первичный измерительный преобразователь (далее - среды); r- плотность среды; с - удельная теплоемкость среды; k,n,m - постоянные коэффициенты, Из уравнения (5) определяют зависимость массового расхода теплоносителя от коэффициента теплоотдачи цилиндрического первичного измерительного преобразователя: G - массовый расход теплоносителя через трубопровод; F - площадь поперечного сечения трубопровода; b, e - вспомогательные коэффициенты. С учетом выражений (3), (4), уравнение (6) записывается в следующем виде: Подставляя уравнения (4), (7) в выражение (1), выводят формулу для расчета количества тепловой энергии, полученной потребителем тепла за период времени: Pn, P 0 - мощность источника постоянного электрического тока при нагреве первичного измерительного преобразователя, установленного в прямом и обратном трубопроводах соответственно (измеряется или поддерживается постоянной).