5. Тепломеры

Измерение расхода и количества теплоты играет важную роль при автоматизации систем теплоснабжения. Прибор, измеряющий количество теплоты, перенесенной теплоносителем в единицу времени, называется тепломером.

Прибор, измеряющий количество теплоты, перенесенной теплоносителем за некоторый промежуток времени, называется теплосчетчиком.

В теплоэнергетике может измеряться либо расход теплоты с потоком теплоносителя (тепловая мощность потока), либо количество теплоты, вырабатываемой или потребляемой различными установками. В первом случае расход q определяется через массовый расход и энтальпию потока в соответствии с известным выражением

(10)

Тепломеры, реализующие выражение (10), называются тепломерами потока.

Во втором случае расход теплоты может быть определен как разность тепловых мощностей на входе и выходе установки:

(11)

Тепломеры, реализующие это выражение, называются разностными.

При равенстве расхода теплоносителя на входе и выходе последнее выражение упрощается:

(12)

где ,— энтальпия теплоносителя на входе и выходе теплообменника.

Таким образом, для измерения расхода теплоты должно производиться непрерывное измерение массового расхода и энтальпии с последующим вычислением результата по (10) — (12). Энтальпия теплоносителя рассчитывается по приближенным формулам γιο давлению и температуре. В общем случае энтальпия вещества является сложной функцией давления и температуры, поэтому обычно используются различные аппроксимирующие функции (линейные, гиперболические и т. д.). Выбор вида функции определяется требуемой точностью измерения энтальпии, диапазонами изменения температуры и давления, сложностью вычислительной схемы.

Например, для пара может быть использовано выражение

(13)

где — постоянные коэффициенты.

Для параметров воды в теплофикационных системах [давление до 1 МПа (10 кгс/см²) и 150°С] влиянием давления на энтальпию можно пренебречь, и в этом случае можно использовать упрощенное выражение

где —энтальпия при расчетной температуре;

— отклонение температуры от расчетной;

— коэффициент.

Можно также использовать выражение, получившееся из (13) в предположении р = const:

(14)

где ,— постоянные коэффициенты;— температура воды.

Применяемые в промышленности расходомеры обычно измеряют объемный расход (в принципе это измерители скорости потока, которая однозначно связана с объемным расходом через площадь сечения трубопроводу). Переход от объемного расхода к массовому, что необходимо для использования в выражениях (10) — (12), осуществляется через плотность среды посредством выражения. При изменении исреды ее плотность изменяется, что вызовет изменение в показаниях тепломера, если они автоматически не корректируются. Изменение плотности теплоносителя от температуры и давления также может быть учтено с помощью аппроксимирующих функций по текущему значению параметров среды. Например, для пара может быть использована формула

и для жидкостей

(15)

где — постоянные коэффициенты.

Часто при разработке тепломеров используются не отдельные функции, аппроксимирующие изменение энтальпии (13) и (14) и плотности (15), а функции, аппроксимирующие совокупное изменение плотности и энтальпии (обобщенные функции). Обобщенные аппроксимирующие функции также могут быть различного вида (линейные, дробные и т. д.). Например, для жидкого теплоносителя, расход которого измеряется по перепаду давлений на сужающем устройстве, выражение для теплового потока может быть записано в виде

В этом выражении от температуры и давления среды зависят и(изменением площади проходного отверстиясужающего устройства пренебрегаем).

Совокупную зависимость иот температуры без большой погрешности можно аппроксимировать линейной функцией. При этом последнюю зависимость можно переписать в виде

(16)

Выражение (16) реализуется в вычислительных устройствах по сигналам дифманометра и термометра. Конкретная схема таких устройств зависит от вида выходных сигналов дифманометра и термометра.

В тепломерах пара должно быть учтено не только изменение от параметров среды плотности и энтальпии, но также и поправочного множителя ε на расширение среды. В этом случае может быть использована обобщенная функция, например в следующем ряде:

где — постоянные коэффициенты;— поправочный множитель, рассчитанный для номинальных параметров; в схему таких тепломеров должен вводиться сигнал от манометра.

9. Функциональная схема теплосчетчика

При равенстве прямого и обратного потоков теплоносителя может быть построен разностный тепломер, использующий выражение (12). Примером такого тепломера является разностный теплосчетчик ТС-20, оснащенный индукционным расходомером, в нем реализуется выражение

(17)

где i _пр и i _обр — энтальпии воды в прямом и обратном трубопроводах.

Функциональная схема теплосчетчика изображена на рис. 9. Расход воды измеряется электромагнитным расходомером, состоящим из преобразователя расхода 1 и электронного блока 2, выходной ток которого пропорционален расходу:

(18)

Энтальпии ,и плотности водывычисляются по температурам прямой и обратной воды, которые измеряются термометрами сопротивления3 и 4.

Для упрощения в выражениях, аппроксимирующих и, используются не температуры, а сопротивления термометров, соответствующих этим температурам:

;(Ϊ3.Ι9) (20)

где ,— сопротивления термометров, измеряющих температуру в прямом и обратном трубопроводах;— постоянные коэффициенты.

При этом функция, аппроксимирующая (17), будет иметь вид

(21)

Устройство 5 вычисляет (21) по сигналам расходомера воды и термометров сопротивления, результат вычисления фиксируется измерительным прибором 6.

ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ

Измерение уровня жидкостей играет важную роль при автоматизации технологических процессов, особенно при поддержании уровня связано с уровнями безопасной работы оборудования. Уровнемеры могут использоваться либо для контроля за отклонением уровня от номинального и в этом случае они имеют двустороннюю шкалу, либо для определения количества жидкости (в сочетании с известными размерами емкости) и в этом случае они имеют одностороннюю шкалу. В зависимости от условий измерения, характера контролируемой среды используются различные методы измерения уровня. Если нет необходимости в дистанционной передаче показаний, уровень жидкости можно измерять уровнемерами с визуальным отсчетом (указательных стекол). При необходимости дистанционного измерения уровня используются более сложные уровнемеры: гидростатические (дифманометрические и барботажные), буйковые и поплавковые, емкостные, индуктивные, радиоизотопные, волновые, акустические, термо-кондуктометрические. Некоторые разновидности этих уровнемеров рассматриваются ниже.