Расходомеры для отопления

В настоящее время большинство владельцев жилых помещений предпочитают использовать в качестве отопления тёплые водяные полы. Эффективность работы данной конструкции зависит от грамотного расхода теплоносителя.

Обеспечить контроль за расходованием воды в трубопроводе и произвести точную настройку системы позволит регулировка расходомера коллектора теплого пола.

Данное устройство способно облегчить балансировочный процесс и рационально распределять жидкость по греющим контурам, тем самым создавая равномерный обогрев всех помещений.

Нужен расходомер или нет?

Расходомер — прибор, предназначенный для корректировки работы нагревательного пола, который чаще используется в многоконтурных водяных конструкциях. Без него, сложно добиться надлежащего обогрева помещения. Произвести регулировку в ручном режиме коллектор тёплого пола очень сложно.

Проведение настройки контуров тёплого пола по расходомерам — нормирование потоков жидкости по змеевикам. Ведь в зависимости от размера ветки, требуется разное её количество, которое двигаясь по петле, остывало бы строго по расчётному показателю.

В конструкции без расходомера:

  1. Температура в разных помещениях будет отличаться;
  2. Обогрев полов приведёт к перерасходу энергии.

К сведению! Мнение, что возможно определить оптимальный расход воды, отталкиваясь от производительности циркуляционного насоса — ошибочно.

Так как, во-первых, сложно точно вычислить длину змеевика, а во-вторых нарушается правило при выборе параметров оборудования — отталкиваться от потребностей устройства, а не наоборот. Кроме того, расчёт данным способом приведёт к тому, что объём жидкости в контурах будет отличаться от расчётного показателя.

Устройство расходомера

Ротаметр — механический прибор, корпус которого изготовлен из пластика или латуни. Он имеет полипропиленовый поплавок размещённый внутри. Сверху корпус оснащён прозрачной колбой со шкалой. Такое устройство ещё называется поплавковым ротаметром.

К сведению! Чаще в напольном отоплении используется ротаметр из пластика.

Рекомендовано устанавливать смесительный узел с расходомерами, и с терморегулятором на обратке. Данное устройство способно снабжать каждую петлю требуемым количеством теплоносителя, а клапаны на выходе будут открываться, и закрываться по мере остывания воды.

Следует сказать, что водомеры встречаются нескольких видов:

  • измеряющий ротаметр — монтируется вместе с клапаном, в нём регулирование осуществляется самостоятельно, с учётом измеренных показателей;
  • регулирующий — служит в качестве распределителя теплоносителя;
  • комбинированный — в этом виде совмещаются обе модели, но и стоит он дороже.

Принцип работы и функциональность

Главная функция расходомера — обеспечить регулировку теплоносителя по контурам. Присутствие ротаметров позволяет:

  1. Контролировать нагрев жидкости, что даёт возможность экономить электроэнергию;
  2. Обеспечивать равномерное прогревание всех ветвей пола;
  3. Избежать температурных колебаний в разных помещениях;
  4. Вести визуальный контроль за объемом теплоносителя идущего от котла в магистраль.

К сведению! Потребность обустраивать коллекторную группу расходомерами при сооружении тёплых полов особенно остро встаёт в доме, где помещения имеют разную площадь.

Чем комната больше, тем степень обогрева ниже. Тем самым, достичь равномерный прогрев без данного приспособления очень сложно.

Принцип работы расходомеров в коллекторе тёплых полов довольно прост. Теплоноситель, передвигаясь в контуре, приводит в движение поплавок, вследствие чего он начинает перемещаться. С учётом его местонахождения, на шкале, нанесённой на колбе, определяется количество воды в змеевике.

Водомер функционирует автономно, не нужен дополнительный источник питания. А наличие смесителя с таким прибором, значительно упростит полный контроль над конструкцией, при этом монтаж устройства и его обслуживание несложные.

Критерии выбора

Во многом, на правильность функционирования системы, а тем самым, и на комфорт в помещении, влияет модель расходомера. Поэтому, к её выбору следует подходить очень серьёзно.

Покупая ротаметр для тёплого пола необходимо обращать внимание на:

  1. Материал, из которого изготовлен корпус. Латунный — имеет высокую износоустойчивость, а сверху такой прибор покрыт никелем. Стоит такое изделие дорого. Пластмассовый – по цене доступный, но и прочность его ниже.
  2. Целостность — прежде чем покупать изделие, нужно осмотреть корпус и колбу на наличие трещин и дефектов.
  3. Внутренняя пружина должна быть стальная.
  4. Колба. В качественных изделиях она поликарбонатовая. Этот материал имеет повышенную термостойкость и крепость.
  5. Технические показатели — с ними можно ознакомиться в инструкции. Температура не меньше 110 градусов, а давление — 10 бар.
  6. Пропускную способность — через ротаметр должно проходить не менее 2 — 4 м3 воды.
  7. Надёжность производителя — обязательное наличие сертификата качества на изделие и гарантийный срок не меньше 5 лет. Не добросовестные производители, с целью получения прибыли, стараются заменять дорогие и качественные элементы устройства, на менее качественные.

В магазинах огромный выбор данных приборов, поэтому придерживаясь этих советов, вы сможете приобрести качественное изделие.

Как правильно установить расходомер

По рекомендации производителя, расходомер монтируется на обратку коллектора, хотя возможна установка на подачу.

Главное требование при монтаже ротаметра — вертикальное размещение. Такое положение позволит правильно вычислять уровень воды. Следовательно, гребёнку нужно располагать строго по горизонтали. Точность установки можно определить при помощи отвеса или уровня.

Гребенка для теплого пола: монтаж и настройка, изготовление своими руками, пошаговые инструкции с фото и видео.

Так как, устройство — коллектор плюс ротаметр, должно работать автоматически, то требуется дополнительное подключение термодатчика. Такая схема полностью или частично перекрывает поступление теплоносителя к петлям при достижении требуемого градуса нагрева.

Монтаж коллектора своими руками: схема подключения и настройка, виды и принцип работы.

Сам процесс монтажа расходомера заключается в следующем:

  • Устанавливается ротаметр — осуществляется это путём вкручивания его в гнездо собирающей гребёнки коллектора специальным ключом, положение строго вертикальное. Устройство оснащено уплотнительным кольцом и гайкой.

К сведению! В дополнительном утеплении данное соединение не нуждается.

  • Скручивается и снимается колба — путём поворота против часовой стрелки. Затем снимается кольцо, предназначенное изготовителем для защиты. После чего, колба с метками одевается в обратном порядке.
  • Поворачивается латунное кольцо по часовой стрелки до требуемого значения, тем самым производится балансировка скорости поступающего теплоносителя.
  • Прикрывается кольцо из латуни накладкой — это предотвратит прибор от механических повреждений.

После данных действий обязательно нужно проверить всю систему на работоспособность.

Регулировка коллектора теплого пола с расходомерами и его корректировка

Убедившись в функционировании конструкции, у многих возникает вопрос — как правильно регулировать тёплый пол расходомерами? Процесс несложный, ведь использование ротаметров существенно облегчает процедуру.

При ручной настройке работа достаточно трудоёмкая, так как корректировка осуществляется при помощи обычного крана — термоголовки, которая устанавливается на обратке и подаче.

Данный способ значительно уменьшает расходы на монтаж конструкции, но время на такую регулировку потребуется много. Кроме того, и точность настройки при ручной балансировке страдает, ведь определять температуру придется, отталкиваясь от личных ощущениях.

Наиболее удобным методом считается проведение регулировочных работ расходомерами, установленными на входе в змеевик. В каждой комнате следует провести отдельную регулировку, при этом учитывается уровень нагрева жидкости и гидравлическое сопротивление.

Всё что необходимо будет делать в последствии, это производить контроль за разницей показателей между контурами, они не должны превышать 0,3 — 0,5 л.

Пред тем как настраивать тёплый пол на коллекторе расходомерами, необходимо понимать — зачем это надо. Задача балансировки — установить потребность каждого ответвления и общий баланс расходов.

Кроме того, правильность настройки расходомеров на коллекторе влияет на качество напольного покрытия при эксплуатации — ведь оно не должно перегреваться. Более высокая температура приведёт к порче напольного изделия, и потребуется его замена.

Принцип действия напольного греющего отопления отличается от других обогревающих устройств. Особенность заключается в разнице температур воды, если в радиаторах циркулирует жидкость, нагретая до 80 градусов, то в тёплом полу 40, при этом поверхность прогревается до 22 градусов.

К сведению! Существует мнение, что тёплая напольная система не нуждается в балансировке, а расход воды в петлях регулируется самостоятельно, при помощи автоматических приборов — термостатов и контролёров, но это неправильное рассуждение.

Регулировочный процесс

Как уже говорилось выше, надо проводить отдельную регулировку каждого контура, с учётом укладочной схемы трубопровода. Ведь объём теплоносителя для каждого змеевика требуется различный, и зависит от его длины.

Определяется данный показатель по формуле — тепловая нагрузка берётся в соотношении к теплоёмкости воды, и к разнице температур на входе и выходе. Перед процедурой надо провести проверку установленного контура на наличие протечек, так как они исказят показатели при регулировке.

Для этого, трубопровод следует заполнить водой и спустить воздух, то есть открыть расходомеры, трёхходовой клапан, воздухоотводчик, и запорные вентили на подаче и обратке.

Данная процедура сопровождается свистящим звуком, когда он прекратится, это говорит о полном выходе воздуха. После чего, все вентиля закрываются кроме одного на подаче, и проводится поочерёдно опрессовка каждого контура.

Затем, можно переходить к регулированию расходомеров тёплого пола, процедура заключается в следующем:

  • Вычисляется размер теплоносителя, проходящий за 1 минуту через коллекторную группу. Этот показатель измеряется в литрах, полученное значение берётся за 100%.
  • Определяется потребность воды для каждого водяного контура отдельно, в процентах. Затем результат следует перевести в литры в минуту. Начинать надо с самой длинной петли, и при наибольшей мощности, путём открывания регулирующего вентиля на полную мощность.

К сведению! Далее, относительно него будет устанавливаться расход в других змеевиках.

  • Корректируется объём подаваемой в магистраль воды расходомерами.

После того как расходомеры настроены, включается циркуляционный насос на распределительном узле. В трубопровод начнёт поступать горячая вода, которая будет вытеснять холодную, эта процедура займёт часа 3.

К сведению! Перед запуском пола в работу, на расходомерах следует выставлять максимальные показатели, обычно они разные для каждой ветки, в последствие их необходимо корректировать, чтоб обогрев был равномерный.

Стоит сказать, что процесс регулировки системы с ротаметром зависит от его модели. Если расходомер без встроенного клапана, то необходим дополнительный запорный элемент, который способствует установке положения «открыто». При этом балансировочный процесс происходит при функционирующем приборе.

Если, в наличии комбинированный тип устройства, то рекомендовано провести предварительную регулировку, путём поворота встроенного вентиля на полную мощность.

Как почистить расходомер

Расходомер, как и любое устройство, нуждается в периодическом обслуживании, а точней в чистке. Процесс несложный, и работу под силу сделать своими руками:

  1. Закрывается вентиль, путём закручивания по часовой стрелки колпачка.
  2. Снимается колба и прочищается, после чего ставится на место. Чистка заключается в протирании её изнутри мягкой тряпочкой или в промывании водой с моющим средством.
  3. Затем открывается вентиль, вращением против часовой стрелки.

К сведению! При демонтаже колбы нет необходимости сбрасывать давление в системе, так как клапаны не допустят протечки.

Не редко, при работе коллекторной группы происходит залипание указателя расходомера. Чтобы восстановить его функцию, нужно провести принудительное открытие отсечного клапана.

Если, при эксплуатировании устройства колба треснула, то её лучше скрутить и поменять на новую, так как трещина может мешать в определении объёма теплоносителя.

Для эффективной работы тёплого водяного пола, требуется не только правильно подобрать модель расходомера, но и произвести грамотный монтаж и настройку. Если вы не уверены в своих силах, то лучше пригласить профессионалов.

Выбор расходомера для теплоносителя

Наиболее часто расходомер для теплоносителя используется в составе теплосчётчика для контроля теплопотерь в теплосетях. По мере усиления тренда на энергоэффективность систем и зданий, спрос на такие решения набирает обороты.

При этом, задача выбора оптимально подходящего расходомера имеет свои особенности, которые необходимо учитывать, чтобы сэкономить деньги и время.

1 или 2 канала?

Одноканальный учёт теплопотерь возможен при условии, что вы уверены, что ваша система закрытая и в обратном контуре воды вернётся ровно столько же, сколько ушло в прямом. То есть, изменится только температура. В этом случае датчики расхода устанавливаются только на одну трубу (прямой или обратной подачи), а датчики температуры на обе трубы. Такая схема хорошо подходит для технологического учёта и позволяет упростить монтаж и существенно сэкономить деньги.

Если же существует риск потерь теплоносителя внутри системы, то необходимо использовать прибор с двумя каналами учёта расхода воды: как на прямом участке, так и на обратном. Именно такая схема безальтернативно может быть применена для коммерческого учёта расхода тепла. Иных вариантов ваша ресурсоснабжающая организация не пропустит.

При этом двухканальный учёт расхода тепла может быть легко организован с помощью двух одноканальных расходомеров. Достаточно их объединить под один тепловычислитель.

Выбор датчиков

Классическим вариантом решения являются расходомеры с готовыми расходомерными участками (РУ) и встроенными в них датчиками. РУ крепится на фланцевом или резьбовом соединении. Это старый надёжный метод монтажа, который чаще всего встречается на предприятиях.

Его плюсом является то, что расходомерный участок уже заранее откалиброван на конкретный диаметр трубы и не требует дополнительной настройки. Датчики жёстко закреплены в РУ — их нельзя сдвинуть и таким образом повлиять на показания прибора. Термодатчики обычно врезаются в трубу с помощью специальной гильзы.

Минусом такого решения является необходимость резать трубу, сливать воду и производить сварные работы. Более того, такую процедуру необходимо повторять при процедуре периодической поверки, которую необходимо проводить каждые 2 или 4 года (в зависимости от производителя), если вы хотите использовать ваш расходомер для коммерческого учёта.

Накладные датчики расхода

Если вы хотите избежать хлопот и дополнительных затрат по монтажу датчиков, то имеет смысл обратить внимание на модели расходомеров с накладными датчиками. Эти датчики устанавливаются прямо на наружную стенку трубы на расстоянии в зависимости от ее диаметра. Монтаж очень простой и может быть осуществлён любым человеком без специальной подготовки.

Для измерения расхода теплоносителя нужно обязательно выбирать модель с высокотемпературными датчиками. Причём, лучше, чтобы максимальная температура, указанная в свойствах датчиков немного превышала ту, что может быть у теплоносителя в вашей сети. Дело в том, что производители иногда завышают значения максимальной температуры или указывают предельное значение, которое допустимо только для краткосрочных измерений. Для того, чтобы избежать выхода из строя датчиков и дополнительных затрат, обязательно проконсультируйтесь с поставщиком.

Портативные расходомеры

Для периодических измерений теплопотерь можно использовать переносной одноканальный расходомер в комплекте с пирометром или портативный теплосчётчик с накладными датчиками температуры. Также эти приборы удобно использовать для:

  • Оперативных измерений в процессе пусконаладки тепломеханического оборудования;
  • Энергоаудита;
  • Разрешения спорных ситуаций между поставщиками и потребителями тепла;
  • Проверки работоспособности узлов учёта воды и тепла.

С их помощью вы уже через несколько минут сможете оценить теплопотребление в требуемом контуре или на абонентском вводе.

Правовой аспект

Если вы планируете использовать расходомер в составе теплосчётчика, то можете столкнуться с интересным моментом. Дело в том, что некоторые ресурсоснабжающие организации требуют использовать для коммерческого учёта только те расходомеры, которые прописаны в списке совместимых с конкретным тепловычислителем. Однако, в действующей редакции «Правил коммерческого учёта тепловой энергии и теплоносителей» требования к приборам учёта сводятся к двум:

1. Соответствия требованиям самих «Правил»
2. Внесение приборов учёта в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений

Таким образом, это требование не имеет под собой никаких законных оснований. Вы в праве использовать в составе теплосчётчика любой сертифицированный в РФ расходомер по вашему желанию. Часто это может позволить вам сэкономить существенные суммы, выбрав более точный, надёжный и доступный расходомер, чем те, что вам пытаются навязать производители тепловычислителей.

Выводы

Подбор расходомера для учета теплоносителя не так сложен, как может показаться сначала. Выбирайте накладные датчики расхода, помните о предельной температуре и знайте свои права.

ДРУГИЕ СТАТЬИ

Поделиться страницей в социальных сетях:

В данной статье я буду рассматривать все процессы применительно к автономной системе отопления частного дома с автоматическим газовым котлом и приведу пример конструкции расходомера на базе бытового недорогого счетчика воды.

Расход теплоносителя (в моем случае воды) в системе отопления является одним из главных параметров, который влияет на поддержание заданного микроклимата в помещении при любых погодных условиях и наряду с другими параметрами определяет качество функционирования системы отопления в целом. Расход теплоносителя показывает какой его объем прошел через систему отопления за определенное время. Так как система отопления может быть разветвленной — например на первом и втором этажах дома может быть два независимых контура отопления — то расход теплоносителя мы будем рассматривать применительно к отопительному котлу. Необходимый номинальный расход теплоносителя рассчитывается на этапе проектирования системы отопления и в процессе ее эксплуатации должен оставаться неизменным. О методах расчета необходимого расхода теплоносителя я расскажу в отдельной статье, в которой будет приведен пример расчета простой системы отопления небольшого частного дома.

Возможно некоторым читателям более понятным будет термин скорость циркуляции теплоносителя или скорость потока теплоносителя в трубах, но скорость циркуляции в отличии от расхода зависит от сечения трубы и на разных участках системы отопления будет разной. Поэтому удобнее пользоваться таким понятием как расход.

Причины по которым расход теплоносителя может уменьшаться:

  • отложение накипи внутри теплообменника котла или засорение труб системы отопления, в результате чего увеличивается сопротивление потоку теплоносителя, а значит уменьшается его скорость и, как следствие, объем, прошедший через котел за определенное время, то есть расход;
  • засорение фильтров в системе отопления;
  • уменьшение производительности циркуляционного насоса из-за всевозможных неисправностей.

Признаки уменьшения расхода теплоносителя в действующей системе отопления:

  • котел начал часто включаться и выключаться;
  • теплоотдача в системе отопления уменьшилась, батареи прогреваются не полностью даже при установке максимальной температуры отопления на котле, как следствие температура в помещении может быть занижена;

Но указанные признаки могут иметь и другие причины, поэтому было бы неплохо контролировать уровень расхода теплоносителя в своей системе отопления. В таком случае необходим расходомер.

Расходомер на базе бытового счетчика воды.

В моей системе отопления в качестве теплоносителя используется вода. Для контроля расхода теплоносителя я использовал обычный бытовой счетчик воды, который установил на входе теплоносителя в котел (на обратке). При этом счетчик выступал в качестве индикатора, по которому было видно есть ли циркуляция в системе и примерно оценить ее скорость по вращению счетного механизма счетчика. Чтобы узнать расход необходимо было отсчитать по секундомеру определенное время и зафиксировать показания счетчика в начале и конце отрезка этого времени. Конечно это не удобно. Тогда я и задался целью встроить в счетчик дисплей и микроконтроллер, который бы сам считал расход. Таким образом и родилось описываемое ниже устройство.

Счетчик воды со снятым счетным механизмом

Принцип работы счетчика воды очень прост. В нижней герметичной части счетчика расположена крыльчатка, которая вращается за счет потока воды, протекающей через счетчик. На крыльчатке установлены магниты. Счетный механизм крепится сверху на герметичную часть и тоже имеет на одной из шестеренок магнит. Таким образом с помощью магнитного сцепления осуществляется передача вращения крыльчатки на счетный механизм.

Если расположить датчик Холла в месте расположения вращающихся магнитов (в основании счетного механизма) мы получим электрические импульсы, которые уже можно подсчитать микроконтроллером и вывести на дисплей. Вот и вся идея. Дальше, как говорится, дело техники.

Датчик Холла, закрепленный в основании счетного механизма счетчика

В качестве дисплея был выбран светодиодный семисегментный двухразрядный индикатор. Расход теплоносителя было решено измерять в литрах в минуту. Объясню почему именно такая размерность. Я не буду вдаваться в теорию, но ориентировочно расход в литрах в минуту должен быть примерно равен мощности в кВт, отдаваемой котлом на нагрев воды. Например, если ваш котел отдает мощность 10 кВт, то расход теплоносителя должен составлять 10 литров в минуту, при этом разница температур на входе и выходе котла составит 15°С. Таким образом двух разрядов индикатора вполне хватит, что бы отображать расход воды от 1 л/мин и выше. Но, следует отметить, что если необходимо измерять расход теплоносителя больше 20 л/мин, то необходимо использовать счетчики с большим диаметром условного прохода, Ду-20 и выше. В моем опытном устройстве используется счетчик Ду-15.

В качестве устройства для вывода значений расхода теплоносителя на дисплей и подсчета импульсов с датчика Холла была выбрана плата Arduino nano V3. Данная плата содержит микроконтроллер со всей необходимой обвязкой и возможностью быстрого программирования, что очень удобно. Производительности данного микроконтроллера и платформы Arduino для реализации нужного нам алгоритма более чем достаточно.

Для установки всех электронных компонентов расходомера теплоносителя была разработана печатная плата с размерами, позволяющими закрепить ее в корпусе счетного механизма счетчика. Плата была разведена в программе Sprint Layout 5.0. Ниже на фото показана плата с установленными компонентами. Часть компонентов схемы установлено со стороны печатных проводников с обратной стороны платы. Сама плата закреплена на основании счетного механизма. Рядом для сравнения показан счетный механизм счетчика воды без корпуса.

На следующем фото показана обратная сторона платы и проводные соединения с датчиком Холла, который установлен на основании счетного механизма рядом с пластиковой шестеренкой. Как раз внизу данной шестеренки закреплен магнит, который и воздействует на датчик Холла.

Ну и дальше на фото сам расходомер теплоносителя в работе.

Ниже представлена принципиальная электрическая схема расходомера теплоносителя. Модуль А1 это плата Arduino nano.

Выше по тексту я упоминал датчик Холла. На схеме он обозначен как HS1. На самом деле это не «чистый» датчик Холла, а целая микросхема, которая имеет в своем составе датчик Холла, усилитель сигнала датчика, триггер Шмидта, выходной каскад с открытым коллектором и другие вспомогательные элементы. Благодаря всей этой схеме мы имеем на выходе микросхемы сигнал с двумя устойчивыми состояниями — 0 или 1. Микроконтроллер на плате Arduino nano запрограммирован таким образом, что считает переходы из низкого состояния сигнала в высокое (из нуля в единицу).

Для отображения чисел на двухразрядном семисегментном индикаторе используется режим динамической индикации. Для этого все сегменты двух индикаторов соединены параллельно, а выбор разряда осуществляется путем подачи на соответствующий вывод (D1 или D2) индикатора логической единицы (индикатор с общим анодом). Разряды засвечиваются поочередно с частотой, превышающей инерционность зрения человека. В результате мы видим цифры на обеих разрядах индикатора без мерцания.

Диод VD1 защищает устройство от переполюсовки питания. Я установил диод Шоттки для уменьшения потерь напряжения, но это не принципиально. Конденсаторы C1 и C2 улучшают устойчивость работы встроенного стабилизатора напряжения на плате Arduino nano и уменьшают наводки по питанию. Резисторы R1-R7 ограничивают статический ток сегментов индикатора на уровне примерно 5 мА. Так как у нас используется динамическая индикация, то средний ток сегмента будет меньше 5 мА. Данный индикатор очень яркий и хорошо светится даже при токах менее 5 мА.

Схема электрическая принципиальная расходомера теплоносителя автономной системы отопления

Для реализации нужного нам алгоритма работы расходомера был написан скетч в среде Arduino IDE.

Сам скетч подробно закомментирован, я остановлюсь лишь на основных моментах программы.

Для подсчета импульсов с датчика Холла используется режим внешнего прерывания по входу D2 платы Arduino. Программа считает фронты нарастания импульсов, поступающих с датчика Холла. Опытным путем было установлено, что при прохождении через счетчик одного литра воды крыльчатка счетчика делает 30 оборотов. За один оборот крыльчатки с датчика Холла поступает 2 импульса напряжения (на крыльчатке расположено два магнита), то-есть на программном счетчике Arduino мы получим 2 за один оборот. Далее изменение логического состояния на выходе датчика Холла с 0 на 1 будем называть импульсом. Если умножить 2 на 30 мы получим количество импульсов при прохождении через счетчик одного литра воды (теплоносителя). То есть 60 импульсов будут соответствовать 1 литру воды. Таким образом расход теплоносителя через счетчик будет определяться следующей формулой:

G=(Ni/60)*60,

где G — расход теплоносителя в литрах в минуту; Ni — количество импульсов за одну секунду.

Можно сказать, что нам крупно повезло — расход теплоносителя численно равен количеству импульсов датчика Холла за одну секунду. Это очень упрощает программный код. Переменная pulses, в которой хранится количество импульсов датчика Холла за одну секунду, выводится на дисплей без всяких пересчетов и всегда имеет целочисленное значение.

Для вывода значений расхода на семисегментный индикатор используется готовая библиотека Led4Digits, которую я взял . В этом же источнике можно узнать более подробно как работать с данной библиотекой. Для отображения числа на двух разрядах индикатора используется режим динамической индикации. Программно это реализовано через аппаратное прерывание с помощью библиотеки MsTimer2. Обработчик прерывания вызывается каждые 10 мс и переключает разряды дисплея. В этом же обработчике каждую секунду происходит обновление и вывод значения расхода теплоносителя на дисплей.

Расходомер запитан от внешнего нестабилизированного источника напряжением 9 вольт (от старого мобильного телефона). Максимальный потребляемый расходомером ток составляет не более 50 мА.

Файлы для скачивания:

Плата, схема, скетч Скачано: 48, размер: 13.7 KB, дата: 19 Фев. 2018

Поделиться ссылкой:

ПРАМЕНЬ — Производство и поставка расходомеров, счетчиков топлива. — ООО ПРАМЕНЬ. Производство расходомеров, дозаторов, искробезопастных барьеров

Тепловыми называются расходомеры, основанные на измерении зависящего от расхода эффекта теплового воздействия на поток или тело, контактирующее с потоком. Чаще всего их применяют для измерения расхода газа и реже для измерения расхода жидкости.

Тепловых расходомеры различают по:

  • способу нагрева;
  • расположению нагревателя (снаружи или внутри трубопровода);
  • характеру функциональной зависимости между расходом и измеряемым сигналом.

Электрический омический способ нагрева является основным, индуктивный нагрев почти не применяется на практике. Также в некоторых случаях применяют нагрев с помощью электромагнитного поля и с помощью жидкостного теплоносителя.

По характеру теплового взаимодействия с потоком тепловые расходомеры подразделяются на:

  • калориметрические (при электрическом омическом нагреве нагреватель расположен внутри трубы);
  • термоконвективные (нагреватель расположен снаружи трубы);
  • термо-анемометрические.

У калориметрических и термоконвективных расходомеров измеряется разность температур AT газа или жидкости (при постоянной мощности W нагрева) или же мощность W (при ΔТ == const). У термоанемометров измеряется сопротивление R нагреваемого тела (при постоянной силе тока i) или же сила тока i (при R = const).

Термоанемометрические приборы для измерения местных скоростей потоков появились раньше остальных. Калориметрические расходомеры с внутренним нагревом, появившиеся позже, не получили заметного применения. Позднее стали разрабатываться термоконвективные расходомеры, которые благодаря наружному расположению нагревателя находят все более широкое применение в промышленности.

Термоконвективные расходомеры делят на квазикалориметрические (измеряется разность температур потока или мощность нагрева) и теплового пограничного слоя (измеряется разность температур пограничного слоя или соответствующая мощность нагрева). Они применяются для измерения расхода главным образом в трубах небольшого диаметра от 0,5—2,0 до 100 мм. Для измерения расхода в трубах большого диаметра находят применение особые разновидности термоконвективных расходомеров:

  • парциальные с нагревателем на обводной трубе;
  • с тепловым зондом;
  • с наружным нагревом ограниченного участка трубы.

Достоинством калориметрических и термоконвективных расходомеров является неизменность теплоёмкости измеряемого вещества при измерении массового расхода. Помимо этого в термоконвективных расходомерах отсутствует контакт с измеряемым веществом, что также является их существенным достоинством. Недостаток и тех и других расходомеров — их большая инерционность. Для улучшения быстродействия применяют корректирующие схемы, а также импульсный нагрев. Термоанемометры в отличие от остальных тепловых расходомеров весьма малоинерционны, но они служат преимущественно для измерения местных скоростей. Приведенная погрешность термоконвективных расходомеров обычно лежит в пределах ±(l,5-3) %, калориметрических расходомеров ±(0,3-1) %.

Тепловые расходомеры с нагревом электромагнитным полем или жидкостным теплоносителем применяются значительно реже. Электромагнитное поле создается с помощью излучателей энергии высокой частоты, сверхвысокой частоты или инфракрасного диапазона. Достоинством первых тепловых расходомеров с нагревом электромагнитным полем является сравнительно малая инерционность. Они предназначены в основном для электролитов и диэлектриков, а также селективно-серых агрессивных жидкостей. Расходомеры с жидкостным теплоносителем применяют в промышленности при измерении расхода пульп, а также при измерении расхода газожидкостных потоков.

Температурный предел применения термоконвективных расходомеров 150—200 °С, но в редких случаях может достигать 250 °С. При нагреве электромагнитным полем или жидкостным теплоносителем этот предел можно повысить до 450 °С.

Калориметрические расходомеры

Рисунок 1 – Калориметрический расходомер

(а – принципиальная схема; б – распределение температур; в – зависимость ΔT от расхода QM при W=const)

Калориметрические расходомеры основаны на зависимости от мощности нагрева среднемассовой разности температур потока. Калориметрический расходомер состоит из нагревателя 3, который расположен внутри трубопровода, и двух термопреобразователей 1 и 2 для измерения температур до Т1 и после Т2 нагревателя. Термопреобразователи располагаются обычно на равных расстояниях (l1=1г) от нагревателя. Распределение температур нагрева зависит от расхода вещества. При отсутствии расхода температурное поле симметрично (кривая I), а при его появлении эта симметрия нарушается. При малых скоростях потока температура T1 падает сильнее (вследствие притока холодного вещества), чем температура Т2, которая при малых скоростях может даже возрастать(кривая II). В результате вначале с ростом расхода растет разность температур ΔT = Т2 — Т1. Но при достаточном увеличении расхода QM температура Т1 станет постоянной, равной температуре притекающего вещества, в то время как T2 будет падать(кривая III). При этом разность температур ΔT будет уменьшаться с увеличением расхода QM. Рост ΔT при малых значениях Qm почти пропорционален расходу. Затем этот рост замедляется и после достижения максимума кривой начинается падение ΔТ по гиперболическому закону. При этом чувствительность прибора падает с ростом расхода. Если же автоматически поддерживать ΔT = const путем изменения мощности нагрева, то между расходом и мощностью будет прямая пропорциональность, за исключением области малых скоростей. Эта пропорциональность является достоинством данного метода, но устройство расходомера оказывается более сложным.

Градуировать калориметрический расходомер можно путем измерения мощности нагрева ΔT. Для этого прежде всего необходима хорошая изоляция того участка трубы, где расположен нагреватель, а также невысокая температура нагревателя. Далее как нагреватель, так и терморезисторы для измерения Т1 и Т2 выполняют таким образом, чтобы они перекрывали равномерно сечение трубопровода. Это делается для обеспечения правильного измерения среднемассовой разности температур ΔТ. Но при этом скорости в различных точках сечения разные, поэтому средняя температура по сечению не будет равна средней температуре потока. Между нагревателем и термопреобразователем для измерения Т2 ставят завихритель, состоящий из ряда наклонных лопастей, обеспечивающий равномерное температурное поле на выходе. Такой же завихритель, расположенный до нагревателя, позволит устранить его теплообмен с термопреобразователем.

Если прибор предназначен для измерения больших расходов, то разность температур ΔТ при Qmax ограничивают 1—3° во избежание большого расхода мощности. Калориметрические расходомеры находят применение лишь для измерения очень малых расходов жидкостей, так как теплоемкость у жидкостей много больше, чем у газов. В основном эти приборы применяют для измерения расхода газа.

Калориметрические расходомеры с внутренним нагревом не получили распространения в промышленности из-за малой надежности работы в эксплуатационных условиях нагревателей и термопреобразователей, располагаемых внутри трубопровода. Их применяют для различных исследовательских и экспериментальных работ, а также в качестве образцовых приборов для поверки и градуировки других расходомеров. Данные приборы при измерении массового расхода могут быть проградуированы путем измерения мощности W и разности температур ΔT. Используя калориметрические расходомеры с внутренним нагревом можно обеспечить измерение расхода с относительной приведенной погрешностью ±(0.3-0,5) %.

Термоконвективные расходомеры

Термоконвективными называются тепловые расходомеры, у которых нагреватель и термопреобразователь располагаются снаружи трубопровода, а не вводятся внутрь, что существенно повышает эксплуатационную надежность расходомеров и делает их удобными для применения. Передача тепла от нагревателя к измеряемому веществу осуществляется за счет конвекции через стенку трубы.

Разновидности термоконвективных расходомеров можно объединить в следующие группы:

  1. квазикалориметрические расходомеры:
    • с симметричным расположением термопреобразователей;
    • с нагревателем, совмещенным с термопреобразователем;
    • с нагревом непосредственно стенки трубы;
    • с асимметричным расположением термопреобразователей.
  2. расходомеры, измеряющие разность температуры пограничного слоя;
  3. расходомеры особых разновидностей для труб большого диаметра.

У приборов 1-й группы градуировочные характеристики, как и у калориметрических расходомеров (см. рис. 1), имеют две ветви: восходящую и нисходящую, а у приборов 2-й группы — только одну, так как у них преобразователь начальной температуры Т изолирован от нагревательного участка трубы. Квазикалориметрические расходомеры применяются преимущественно для труб малого диаметра (от 0,5—1,0 мм и выше).

Чем больше диаметр трубы, тем в меньшей степени прогревается центральная часть потока, и прибор все в большей мере измеряет лишь разность температур пограничного слоя, которая зависит от его коэффициента теплоотдачи, а значит, и от скорости потока. При малых диаметрах весь поток прогревается и измеряется разность температур потока с той и другой стороны нагревателя, как и в калориметрических расходомерах.

Термоанемометры

Термоанемометры основаны на зависимости между потерей тепла непрерывно нагреваемого тела и скоростью газа или жидкости, в которых это тело находится. Основное назначение термоанемометров — измерение местной скорости и ее вектора. Также они применяются для измерения расхода, когда известно соотношение между местной и средней скоростью потока. Но существуют конструкции термоанемометров, специально предназначенных для измерения расхода.

Большинство термоанемометров относится к термокондуктивному типу со стабильной силой тока нагрева (измеряется электрическое сопротивление тела, являющееся функцией скорости) или же с постоянным сопротивлением нагреваемого тела(измеряется сила греющего тока, которая должна возрастать с ростом скорости потока). В первой группе термокондуктивных преобразователей ток нагрева одновременно служит и для измерения, а во второй — нагревающий и измерительные токи разделены: через один резистор течет ток нагрева, а через другой— ток, который необходим для измерения.

К достоинствам термоанемометров можно отнести:

  • большой диапазон измеряемых скоростей;
  • высокое быстродействие, позволяющее измерять скорости, изменяющиеся с частотой в несколько тысяч герц.

Недостаток термоанемометров с проволочными чувствительными элементами — хрупкость и изменение градуировки из-за старения и перекристаллизации материала проволоки.

Тепловые расходомеры с излучателями

В связи с большой инертностью рассмотренных калориметрических и термоконвективных были предложены и разработаны тепловые расходомеры, у которых нагрев потока производится с помощью энергии электромагнитного поля высокой частоты ВЧ (порядка 100 МГц), сверхвысокой частоты СВЧ (порядка 10 кГц) и инфракрасного диапазона ИК.

В случае нагрева потока с помощью энергии электромагнитного поля высокой частоты для нагрева протекающей жидкости снаружи трубопровода устанавливают два электрода, к которым подается напряжение высокой частоты от источника (например, мощный ламповый генератор). Электроды вместе с жидкостью между ними образуют конденсатор. Мощность, выделяемая в виде теплоты в объеме жидкости, находящемся в электрическом поле, пропорциональна его частоте и зависит от диэлектрических свойств жидкости.

Конечная температура зависит от скорости движения жидкости и уменьшается с увеличением последней, что позволяет судить о расходе путем измерения степени нагрева жидкости. При очень большой скорости жидкость уже не успевает прогреваться в конденсаторе ограниченных размеров. В случае измерения расхода растворов электролитов измерение степени нагрева целесообразно осуществлять путем измерения электропроводности жидкости, так как она сильно зависит от температуры. При этом достигается наибольшее быстродействие расходомера. В приборах применяется метод сравнения электропроводности в трубке, где протекает жидкость, и в аналогичной замкнутой емкости с электродами, где находится такая же жидкость при постоянной температуре. Измерительная схема состоит из высокочастотного генератора, который подаёт напряжение через разделительные конденсаторы на два колебательных контура. Параллельно одному из них подключен конденсатор с проточной жидкостью, а к другому — конденсатор с неподвижной жидкостью. Изменение расхода неподвижной жидкости приведёт к изменению падения напряжения на одном из контуров, а следовательно, и разности напряжений между обоими контурами, которая и измеряется. Данная схема может применяться для электролитов.

Рисунок 2 – Преобразователь теплового расходомера с СВЧ – излучателем.

Высокочастотный нагрев также применяют и для диэлектрических жидкостей, основываясь на зависимости диэлектрической проницаемости жидкости от температуры. При применения для нагрева потока поля сверхвысокой частоты оно с помощью трубчатого волновода подаётся к трубке, по которой движется измеряемое вещество.

На рисунке 2 показан преобразователь такого расходомера. Поле, генерируемое магнетроном 3 непрерывного действия типа М-857 мощностью 15 Вт, подается по волноводу 2. Начальная часть волновода для охлаждения снабжена ребрами 12. Измеряемая жидкость движется по трубке 1 из фторопласта (внутренний диаметр 6 мм, толщина стенки 1 мм). Трубка 1 соединена с входными патрубками 5 с помощью ниппелей 4. Часть трубки 1 проходит внутри волновода 2. В случае полярных жидкостей трубка 1 пересекает волновод 2 под углом 10—15°. При этом отражение энергии поля стенкой трубки и потоком жидкости будет минимальным. В случае слабополярной жидкости для увеличения ее количества, находящегося в электромагнитном поле, трубку 1 размещают в волноводе параллельно его оси. Для контроля степени нагрева жидкости снаружи трубки размещены емкостные преобразователи 6, которые включены в колебательные контуры двух генераторов высокой частоты 7 и 8. Сигналы этих генераторов поступают в блок смешения 9, с которого снимается разностная частота биений входных сигналов. Частота этих сигналов зависит от расхода жидкости. Преобразователь расхода смонтирован на плате 10 и помещен в экранирующий защитный кожух 11. Частота генератора СВЧ-поля выбирается при максимальном значении, а частота измерительных генераторов 7 и 8 — при минимальном значении тангенса угла диэлектрических потерь tgδ.

Рисунок 3 — Преобразователь теплового расходомера с ИК – излучателем

На рисунке 3 показан преобразователь теплового расходомера с инфракрасным источником излучения. В качестве источника ИК излучения применены малогабаритные кварцево-иодные лампы типа КГМ, которые могут создавать большие удельные потоки излучения (до 40 Вт/см2). К двум патрубкам 1 с помощью уплотнений 3 присоединена трубка 2 из кварцевого стекла (прозрачная для инфракрасного излучения), вокруг которой плотно расположены лампы нагрева 4 с экранами 5, покрытыми слоем серебра и охлаждаемыми водой. Благодаря слою серебра экраны хорошо отражают лучи, что концентрирует энергию излучения и уменьшает ее потери в окружающую среду. Разность температур измеряется дифференциальной термобатареей 6, спаи которой размещены на наружной поверхности патрубков 1. Вся конструкция помещена в теплоизолирующий кожух 7. Инерционность кварцево-иодных излучателей не более 0,6 с.

Погрешность измерения данных расходомеров не превышает ±2,5 %, постоянная времени в пределах 10—20 с. СВЧ- и ИК-излучатели пригодны лишь для небольших диаметров труб (не более 10 мм) и преимущественно для жидкостей. Они непригодны для одноатомных газов.

Тепловые расходомеры с жидкостным или газовым теплоносителем

Тепловые расходомеры с жидкостным теплоносителем (обычно водой) нашли применение для измерения расхода пульп, высокотемпературных сред и различных веществ в потенциально опасных технологических процессах. При этом в большинстве случаев вода охлаждает, а не нагревает измеряемое вещество.

По характеру работы рассматриваемые тепловые расходомеры относятся к калориметрической группе. Постоянные времени данных расходомеров лежит в пределах от 10 до 60 с и зависит от типа термоприемников. Расходомеры с жидкостным теплоносителем применяют для измерения расхода самых различных сред, различающихся высокой вязкостью, значительной температурой, осадкообразующих и двухфазных, в условиях, где ранее рассмотренные тепловые расходомеры едва ли применимы.

Основными достоинствами данных приборов являются:

  • надежности работы;
  • возможности взрывобезопасного исполнения;
  • независимость показаний от зарастания стенок трубы и ухудшения теплопередачи в теплообменнике при условии, что отношение не будет изменяться;
  • для рассматриваемых расходомеров пригодна расчетная градуировка.

Вспомогательный теплоноситель в тепловых расходомерах применяется не только в качестве основного источника нагрева или охлаждения измеряемого вещества. Так, не всегда можно обеспечить экспериментальную градуировку теплового расходомера с электрическим нагревом. В этом случае вспомогательный теплоноситель, нагреваемый за счет потери тепла преобразователем расходомера, может обеспечить расчетную градуировку.

Купить счетчики и расходомеры по доступной цене. Определится с выбором поможет наш сайт.

Используемая литература:

Расходомеры для отопления

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *