КЛАССИФИКИЦИЯ ТЕПЛОСЧЕТЧИКОВ.

Различают следующие виды теплосчетчиков:

• тахометрические;
• электромагнитные;
• ультразвуковые;
• вихревые.

Тахометрические теплосчетчики

Тахометрические теплосчетчики (крыльчатые, турбинные, винтовые) наиболее простые приборы. Принцип действия механических теплосчетчиков основан на преобразовании поступательного движения потока жидкости во вращательное движение измерительной части. Механические теплосчетчики состоят из тепловычислителя и механических роторных или крыльчатых водосчетчиков. Это пока наиболее дешевые теплосчетчики, но к их стоимости надо обязательно добавлять стоимость специальных фильтров, которые устанавливаются перед каждым механическим теплосчетчиком. В результате, цена таких комплектов на 10-15% ниже теплосчетчиков других типов, но только для условных диаметров трубопровода не более 32 мм. Для трубопроводов большего диаметра цена механических и других теплосчетчиков практически равна или даже выше.

К недостаткам механических теплосчетчиков относится невозможность их использования при повышенной жесткости воды, присутствии в ней мелких частиц окалины, ржавчины и накипи, которые забивают фильтры и механические расходомеры. По этим причинам практически по всей России установка механических расходомеров разрешена только в квартирах, небольших частных домах и т.п. Кроме того, механические расходомеры создают наибольшие потери давления воды по сравнению с расходомерами других типов.

Электромагнитные теплосчетчики

Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на способности измеряемой жидкости возбуждать электрический ток при ее движении в магнитном поле. То есть в электромагнитных теплосчетчиках используется явление электромагнитной индукции, что позволяет связать среднюю скорость, а следовательно и объемный расход электропроводной жидкости с напряженностью поля в нём и разностью потенциалов, возникающих на диаметрально расположенных электродах. Электромагнитные теплосчетчики производят вычисление тепловой мощности и тепловой энергии на основе данных об объемном расходе и объеме теплоносителя, температур на прямом и обратном трубопроводе с учетом изменения теплоемкости теплоносителя при изменении разности температур на входе и выходе. Поскольку при этом возникают малые величины тока, то электромагнитные теплосчетчики очень чувствительны к качеству монтажа, условиям эксплуатации.

Недостаточно качественное соединение проводов, появление дополнительных сопротивлений в соединениях, наличие примесей в воде, особенно соединений железа, резко увеличивают погрешности показаний приборов.

Ультразвуковые теплосчетчики

Ультразвуковые теплосчетчики работают на принципе изменения времени прохождения ультразвукового сигнала от источника до приемника сигналов, которое зависит от скорости потока жидкости. Основной принцип работы любого из них заключается примерно в следующем: на трубе друг напротив друга устанавливаются излучатель и приемник ультразвукового сигнала. Излучатель посылает сигнал сквозь поток жидкости, а приемник через некоторое время получает его. Время задержки сигнала между моментами его излучения и приема прямо пропорционально скорости потока жидкости в трубе: оно измеряется и по его величине вычисляется расход жидкости в трубопроводе. Ультразвуковые теплосчетчики хорошо работают при измерении расхода чистой, однородной жидкости, проходящей по чистым трубам. Однако, при протекании жидкостей, имеющих посторонние включения - окалина, частицы накипи, песок, воздушные пузыри и при неустойчивом расходе, они дают существенные неточности показаний.

Кроме стандартных функций по измерению расхода, объема теплоносителя, его температуры и давления, вычисления потребленного или произведенного тепла, ультразвуковые теплосчетчики также могут иметь функцию регулирования подачи теплоносителя по двум независимым каналам.

Вихревые теплосчетчики

Вихревые теплосчетчики работают на принципе широко известного природного явления - образование вихрей за препятствием, стоящим на пути потока. Конструктивно вихревые теплосчетчики состоят из треугольной призмы, вертикально установленной в трубе, измерительного электрода, вставленного в трубу далее по течению жидкости, и установленного снаружи трубы постоянного магнита.

При скоростях среды выше определенного предела вихри образуют регулярную дорожку, называемую "дорожкой Карно". Срывное обтекание жидкости протекающей в трубопроводе вызывает пульсации давления в потоке, замер которых и позволяет определить объемы протекающей через трубопровод жидкости. Частота образования вихрей при этом прямо пропорциональна скорости потока. Вихревые теплосчетчики чувствительны к резким изменениям в потоке жидкости, к наличию крупных примесей, но безразличен к отложениям в трубах и магнитным примесям (железо в воде).

Также вихревые теплосчетчики могут быть установлены на горизонтальных и вертикальных участках трубопроводов, менее требовательны к длине прямых участков до и после расходомера.

Для организации поквартирного учета применяются, как правило, тахометрические приборы.

Теплосчетчики бывают единые и комбинированные (составные). Единые теплосчетчики состоят из блоков, которые не сертифицированы как отдельные средства измерения, поэтому они поверяются как единое целое. Комбинированный теплосчетчик состоит из блоков, каждый из которых является сертифицированным средством измерения со своей методикой поверки.

Теплосчетчики могут быть одноканальными - с одним преобразователем расхода и многоканальными - с двумя и более преобразователями расхода. Первые применяются в закрытых системах теплоснабжения, а вторые - в открытых системах теплоснабжения и на источниках теплоты.

Теплосчетчики состоят из трех блоков, соединенных между собой линиями связи:

• преобразователи температуры (термометры сопротивления);
• преобразователи расхода;
• информационно-вычислительный блок (тепловычислитель).

  Требования к термометрам сопротивления состоят в том, что в узлах коммерческого учета тепла допустимо применение только согласованных пар термометров сопротивления с известными индивидуальными характеристиками погрешностей, обеспечивающими нормированный вклад в относительную погрешность определения количества теплоты.

  Для обеспечения этих требований пары термометров сопротивления, применяемые в узлах коммерческого учета тепла, должны проходить поверку не только на соответствие классу (ГОСТ Р 50353-92), но и на допустимый размер вклада данной пары в погрешность определения количества теплоты. При этом должно выполняться условие, что вклад пары в общую погрешность определения количества теплоты не превысит 1% при 10 °С < t < 40 °С и не превысит 2% при t < 5 °С.

  Необходимо также отметить, что при использовании согласованных пар термометров в узлах коммерческого учета они должны быть соответствующим образом маркированы, например: "1", "2" или "Г", "X".

  Большинство современных средств измерения расхода и количества вещества состоят из двух блоков: первичного преобразователя (ПП) и электронного преобразователя (ЭП), которые или объединены в рамках прибора - компактное исполнение, или механически изолированы друг от друга, разнесены в пространстве и электрически соединены между собой линиями связи - раздельное исполнение. Раздельное исполнение позволяет вынести ЭП в безопасную зону, например, из сырого подвала в сухое помещение.

  Сигналы с преобразователей расхода и температуры поступают в информационно-вычислительный блок (тепловычислитель), где обрабатываются в соответствии с заданным алгоритмом. Этот блок объединен с преобразователями расхода и температуры или может быть изолирован от них механически и соединен с ними линиями связи.

  В настоящее время выпускается довольно много различных типов тепловычислителей, различающихся только количеством измерительных каналов. Поэтому при выборе тепловычислителя в составе комбинированного теплосчетчика следует ориентироваться на конфигурацию узла учета, т. е. на количество измерительных каналов. Наиболее часто в ЖКХ используются тепловычислители типов СПТ, ВКТ, Мультикал, Мульти-дата, Суперкал.

  ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

  На работу теплосчетчиков в реальных условиях эксплуатации влияют различные внешние факторы. Особенно сильно это влияние сказывается на работе расходомеров, входящих в состав теплосчетчиков. По интенсивности влияния внешние факторы можно расположить в следующем порядке:

• изменение сеченияизмерительного участка трубопровода вследствие его "обрастания";
• качество теплоносителя(содержание в жидкости механических и газообразных примесей);
• отложение осадков и загрязнений на внутренних поверхностях измерительного участка и датчиках, приводящее к искажению выходного сигнала;
  пульсации давления и расхода, вызванные местными гидравлическими сопротивлениями и другими факторами;
• несбалансированность фаз по нагрузкам и отсутствие качественного заземления, приводящие к возникновению электрического потенциала на трубопроводах;
• вибрация трубопроводов;
• температура теплоносителя.

  Изменение проходного сечения

  Наиболее сильно сужение сечения трубопроводов влияет на метрологические характеристикирасходомеров, работающих по принципу "площадь - скорость" (вихревые, ультразвуковые). В этом случае из-за сужения диаметра измерительного участка расходомера скорость в нем возрастает, а, следовательно, увеличивается и объемный расход. Это связано с тем, что в память расходомера вводится первоначальный диаметр измерительного участка, который не корректируется в процессе эксплуатации расходомера из-за отсутствия точных методов измерения толщины осадочного слоя.

  В меньшей степени "обрастание" сказывается на метрологических характеристиках электромагнитных расходомеров, так как их измерительный канал футерован фторопластом и его сечение в процессе эксплуатации практически не изменяется.

  Изменение сечения измерительного участка трубопровода практически не сказывается на метрологических характеристиках классических электромагнитных расходомеров, так как их измерительный участок футерован диэлектриком (фторопласт, металлокерамика и т. д.), который не "обрастает". Избавиться от дополнительной погрешности, возникающей в процессе эксплуатации ультразвуковых и вихревых расходомеров из-за изменения сечения их измерительного участка, можно или путем его футеровки, например, эмалью, или путем изготовления его из материала, который не "обрастает".

  Качество теплоносителя

  Качество теплоносителя влияет на метрологические характеристики практически всех типов расходомеров. Наличие в жидкости газообразных примесей особенно сильно сказывается на метрологических характеристиках ультразвуковых, тахометрических и вихревых (с ультразвуковым съемом сигнала) расходомеров.

  Для устойчивой работы ультразвуковых расходомеров (кроме допплеровских) содержание газообразной фазы в общем объеме протекающего теплоносителя не должно превышать 1%. В противном случае возникает дополнительная погрешность, которая может достигать 3-12%.

  Наличие газовой фазы в теплоносителе значительно влияет на метрологические характеристики тахометрических расходомеров. Например, содержание 5% по объему воздуха в теплоносителе дает дополнительную погрешность при измерении расхода около 10%.

  Метрологические характеристики электромагнитных и вихревых расходомеров также зависят от наличия газообразной фазы, хотя статистических данных по этому вопросу нет, в инструкциях по монтажу и эксплуатации электромагнитных и вихревых расходомеров указывается, что расходомер должен быть установлен таким образом, чтобы весь трубопровод был полностью заполнен теплоносителем, не содержащим газовую фазу.

  Механические примеси

  ДЛЯ СВЕДЕНИЯ Для уменьшения влияния отложений на метрологические характеристики расходомеров рекомендуется: нанести на поверхность электродов микропористое изоляционное покрытие; углубить электроды в стенку трубы, выведя их, таким образом, из зоны интенсивного движения жидкости и ее примесей; отделить электроды от движущейся жидкости проницаемыми перегородками или сетками с управляемым потенциалом; вывести электроды из зоны действия магнитного поля. нанести на поверхность электродов микропористое изоляционное покрытие; углубить электроды в стенку трубы, выведя их, таким образом, из зоны интенсивного движения жидкости и ее примесей; отделить электроды от движущейся жидкости проницаемыми перегородками или сетками с управляемым потенциалом; вывести электроды из зоны действия магнитного поля.   нанести на поверхность электродов микропористое изоляционное покрытие; углубить электроды в стенку трубы, выведя их, таким образом, из зоны интенсивного движения жидкости и ее примесей; отделить электроды от движущейся жидкости проницаемыми перегородками или сетками с управляемым потенциалом; вывести электроды из зоны действия магнитного поля.

  Наличие в теплоносителе механических примесей в виде твердых ферромагнитных частиц, продуктов коррозии и т. п. особенно сильно влияет на метрологические характеристики тахометрических расходомеров и вихревых расходомеров с электромагнитным съемом сигнала типа ВЭПС. Метрологические характеристики вихревых расходомеров с электромагнитным съемом сигнала ВЭПС очень сильно зависят от наличия в теплоносителе ферромагнитных частиц, налипающих на тело обтекания в зоне действия постоянного магнита, что приводит к искажению показаний расходомера. Так, погрешность расходомеров ВЭПС в процессе эксплуатации по мере налипания частиц возрастает в среднем с 2 до 68%.

  Налипание ферромагнитных частиц происходит при малых и средних расходах. При увеличении расхода до значений, близких к максимальному, эти частицы смываются потоком жидкости, и метрологические характеристики расходомера восстанавливаются. Причем без проведения специальных исследований отследить это волнообразное изменение метрологических характеристик расходомера ВЭПС невозможно.

  Избавиться от дополнительных погрешностей, вызываемых наличием механических примесей в теплоносителе, можно, если перед расходомерами установить специальные магнитомеханические фильтры.

  В процессе эксплуатации расходомеров на внутренней поверхности их измерительных участков, датчиках и электродах происходит отложение осадков и загрязнений в виде ржавчины, нефтепродуктов, железноводных бактерий и других загрязнений. Это приводит к сужению сечения измерительного участка и, следовательно, изменению метрологических характеристик расходомеров, а также к искажению выходного сигнала и неконтролируемому изменению статической характеристики расходомеров.

  Кристаллические микропористые неорганические осадки влияют существенно меньше, чем аморфные и органические.

  Пульсации давления и расхода

  Пульсации давления и расхода теплоносителя, вызываемые большими местными гидравлическими сопротивлениями, особенно сильно влияют на работу вихревых расходомеров, которые не используют в процессе преобразования сигнала спектральные методы, позволяющие осуществлять его цифровую фильтрацию и выделять по определенным критериям основную (рабочую) частоту. Простой подсчет импульсов, генерируемых преобразователем, в случае зашумленного сигнала может привести к очень большой (десятки процентов) погрешности измерений расхода.

  К аналогичным результатам приводят электрические помехи сетевой частоты и ее гармоник при эксплуатации электромагнитных расходомеров.

  Вибрации трубопроводов

  Вибрации трубопроводов, обусловленные их некачественной подвеской и прокладкой, весьма неприятны для ультразвуковых расходомеров с многоходовым траком луча, так как могут полностью расфокусироватьсистему отражателей (зеркал). Также они плохо сказываются на работе вихревых расходомеров, не имеющих систему фильтрации шумов.

  Температура теплоносителя

  Температура теплоносителявлияет на метрологические характеристики практически всех типов расходомеров. Однако достоверных статистических данных о влиянии температуры измеряемой среды на погрешность измерения расхода нет.

  От температуры теплоносителя сильно зависят метрологические характеристики двухканальных теплосчетчиков. В процессе эксплуатации при неизменных нагрузках потребителя разница в массе теплоносителя, проходящего по подающему и обратному трубопроводам, постоянно возрастает (теплосчетчики с тахометрическими расходомерами) или уменьшается и даже становится отрицательной (теплосчетчики с электромагнитными расходомерами). Это можно объяснить только влиянием температуры: расходомер, установленный на подающем трубопроводе, работает при температуре 70-130 °С, а установленный на обратном трубопроводе - при температуре 30-70 °С.

  ВЫБОР ТЕПЛОСЧЕТЧИКА

  При выборе теплосчетчиков необходимо учитывать их технические, эксплуатационные и метрологические характеристики.

  Погрешность измерения массы

  Большинство теплосчетчиков обеспечивают измерение массы теплоносителя с относительной погрешностью 2%, что соответствует установленной норме. Однако часто, например в открытых системах или системах горячего водоснабжения с циркуляцией, необходимо измерять не массу теплоносителя, а разность масс. В этом случае необходимо выбирать более точные приборы - с относительной погрешностью 0,5 и 1,0%.

  Диапазон измерений расхода.

  Большинство теплосчетчиков имеют диапазон измерений расхода не более 1/25. У них наибольший расход соответствует скорости потока воды 10 м/с и более, а наименьший, который можно корректно измерить, - скорости не более 0,4 м/с. На практике из-за малых напоров в системе теплоснабжения у потребителей фактическая скорость воды колеблется в пределах 0,1-0,5 м/с. Не все теплосчетчики могут работать в таком диапазоне. Кроме того, при переходе с зимнего на летний режим работы системы теплоснабжения расход уменьшается в 3-5 раз. В этом случае диапазон измерения 1/25 недостаточен и возникает необходимость установки двух комплектов приборов. Поэтому необходимо выбирать теплосчетчики с диапазоном измерения 1/50,1/100,1/200 и более, погрешность измерения которых в данном диапазоне не превышает 2%.

  Потери давления.

  Преобразователи расхода, входящие в состав теплосчетчиков и устанавливаемые на трубопроводах, обладают гидравлическим сопротивлением. Поэтому при малых напорах необходимо использовать полнопроходные (без занижения диаметра трубопровода) электромагнитные или ультразвуковые преобразователи, которые не создают потерь давления.

  Длина прямого участка трубопровода.

  Многие типы преобразователей расхода для корректных измерений требуют наличия длинных прямых участков до и после места их установки. Это актуально для ультразвуковых расходомеров и расходомеров переменного перепада давления. Но на практике при отсутствии приспособленных помещений не всегда имеется возможность удовлетворить это требование.

  Каналы измерений.

  Современные теплосчетчики представляют собой комплексные измерительные системы, которые могут обслуживать учет одновременно по двум и более тепловым вводам и по магистрали горячего водоснабжения. В этом случае теплосчетчик становится универсальным и может удовлетворить требования самых разнообразных потребителей теплоты.

  Наличие системы диагностики.

  Большинство теплосчетчиков снабжено системой самодиагностики, которая обеспечивает периодическую автоматическую проверку состояния прибора и выдает сведения о характере возникших отказов, времени начала отказов и их длительности. Одновременно приборы могут регистрировать нештатные ситуации, возникающие в системе теплоснабжения, такие, как выход текущего значения расхода за пределы установленного для прибора диапазона или за пределы введенных в память прибора установок, отключение электропитания, небаланс масс в трубопроводах и т. д.

  Энергонезависимость.

  Энергонезависимость надо рассматривать с двух позиций: перерывы сетевого (220 В) электропитания и безопасность эксплуатации. С перерывами электропитания можно бороться, используя блоки бесперебойного питания, а безопасность важна при эксплуатации теплосчетчиков, установленных в сырых и влажных помещениях (подвалах), а также на социальных объектах: в детских садах, школах и т. д.

  Условия эксплуатации.

  При выборе теплосчетчиков необходимо принимать во внимание качество теплоносителя. Если есть вероятность наличия в воде механических и газовых примесей, то не рекомендуется использовать ультразвуковые и тахометрические теплосчетчики. В этом случае предпочтительнее электромагнитные и вихревые теплосчетчики. Если в воде имеются ферромагнитные примеси, не рекомендуется использовать тахометрические теплосчетчики и вихревые с электромагнитным съемом сигнала. При наличии в сетевой воде примесей, образующих пленки или осадки на внутренней поверхности трубопроводов, не рекомендуется использовать электромагнитные теплосчетчики и т. д.

  Комплектность поставки.

  При использовании единых теплосчетчиков или составных теплосчетчиков, получаемых от одного поставщика, гарантируются совместимостьего блоков и элементов и их работоспособность в совокупности. В противном случае возможны проблемы, связанные с адаптацией теплосчетчика к конкретным условиям применения и не проявляющиеся на этапе ввода в эксплуатацию.

  Межповерочный интервал.

  Поскольку межповерочный интервал - экономическая категория (затраты на проведение периодической поверки составляют до 10% стоимости теплосчетчика), следует выбирать теплосчетчики с наибольшим межповерочным интервалом. В настоящее время он составляет для разных теплосчетчиков от 2 до 5лет.

  Наличие и глубина архива.

  Практически все современные теплосчетчики осуществляют архивирование информации с возможностью последующего извлечения архивных данных непосредственно с прибора либо с помощью дополнительных терминалов. При этом важное значение имеет возможность вывода архивных данных на табло прибора.

  Стоимость и надежность.

  Стоимость комплекта различных теплосчетчиков колеблется в широком диапазоне и зависит от тепловой нагрузки здания, количества каналов измерений теплоты, необходимости измерения давления в трубопроводе, наличия дополнительного внешнего оборудования (принтер, модем), поставщика (отечественный, зарубежный) и других факторов. Стоимость теплосчетчика напрямую коррелирует с надежностью.