УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ И ТЕПЛА

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения протекающей через трубопровод жидкости в единицу времени, например, в секунду или минуту, а также величины суммарного протекающего потока за период времени, например, месяц.
Предпочтительно использование данного устройства для контроля расхода горячей и холодной воды, а также тепла в системах ЖКХ.
Общеизвестны счетчики горячей и холодной воды, устанавливаемые в квартирах. Эти счетчики основаны на чисто механическом принципе: турбинка, редуктор, механический счетчик числа оборотов турбинки связанный с циферблатом счетчика через определенный коэффициент передачи, учитывающий число оборотов турбинки в единицу времени, передаточное число редуктора и коэффициент передачи самого циферблата, см. патент РФ на изобретение №2394210 «Турбинный счетчик», которое предназначено для измерения расхода текучих сред, в частности воды. В канале корпуса находятся турбина со ступицей и множеством радиальных лопастей и удерживающая вставка, состоящая из направляющей воду крестовины и основного тела вставки. Крестовина содержит ступицу, радиальные распорки, корпус сопла, который окружает фронт турбины. Лопасти турбины расположены вблизи корпуса сопла. Сопловое кольцо соединяет лопасти и охватывает наружный контур корпуса сопла с образованием соплового зазора, который связан с зазором между корпусом сопла и фронтом турбины. Устройство служит для связи турбины со счетным измерительным механизмом. Зазор и сопловой зазор направляют текучую среду так, что турбина начинает вращаться уже при самом минимальном потоке текучей среды и уже при минимальном потоке сохраняет свое положение за крестовиной без необходимости каких-либо опор.
Недостатком данного счетчика является:
- невозможность автоматической передачи данных измерения на центральный пульт сбора информации для учета;
- не выдает информацию о текущем расходе протекающей жидкости, например, количество литров в секунду;
- также он не измеряет текущую температуру жидкости.
Известен «Способ измерения расхода жидкости и устройство для его осуществления» по патенту РФ на изобретение №2353904 счетчик для учета воды содержит крыльчатку с двумя магнитами и датчик температуры, установленные внутри корпуса с входными и выходными патрубками, датчик магнитного поля, блок формирования сигнала от датчика температуры, таймер, блок управления и вычисления на базе микроконтроллера, регистр памяти для хранения измеряемого суммарного количества горячей воды,, регистр памяти для хранения измеряемого суммарного количества воды с температурой меньше 40°C, учитываемой как холодная вода, жидкокристаллический индикатор для отображения расхода горячей и холодной воды в массовых единицах, переключатель жидкокристаллического индикатора для возможности раздельного считывания показаний. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения благодаря учету зависимости от температуры коэффициента пересчета частоты срабатывания датчика магнитного поля в расход жидкости, а также повышает достоверность расчетов между потребителем и производящей организацией.
Недостатком этого устройства является:
зависимость его работоспособности от внешнего источника питания, а также отсутствие телеметрической передачи данных на пункт сбора информации.
Прототипом является патент РФ на изобретение №2337320, которое содержит установленную в полости корпуса крыльчатку с двумя диаметрально расположенными на ней магнитами, датчик Холла, установленный на наружной части корпуса над траекторией прохождения магнитов при вращении крыльчатки, блок формирования импульсного питания для датчика Холла, блок управления и вычисления на базе микроконтроллера, блок оптимизации коэффициента пересчета, таймер, жидкокристаллический индикатор, источник электропитания, блок связи с компьютером.
При всей удачной электронной схеме прототип имеет следующие недостатки:
- наличие внешнего источника питания, например, бытовой сети переменного тока, что требует наличие источника беспеременного питания, как при работе компьютеров;
- отсутствие измерителя температуры протекающей жидкости, что препятствует его использование в системе измерителя тепла.
Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей за счет: введения независимого источника питания, радиоканала и измерителя температуры.
Для решения поставленной задачи предлагается устройство для измерения расхода жидкости и тепла, содержащее установленную в корпусе крыльчатку, датчик числа оборотов, блок управления и вычисления на базе микроконтроллера, жидкокристаллический индикатор, блок связи с компьютером и блок питания, отличающееся тем, что в него введены: редуктор передачи направления вращения вала в устройство, генератор постоянного тока, аккумулятор, панель управления и радиоканал со следующими соединениями: выходной вал крыльчатки через редуктор соединен с генератором постоянного тока и с преобразователем вал/код, выход генератора соединен с аккумулятором, а выход преобразователя вал/код соединен с первым входом микроконтроллера, второй вход которого соединен с выходом датчика температуры, расположенного около крыльчатки, третий вход микроконтроллера соединен с выходом пульта управления, а выход микроконтроллера соединен с входом ЖК-индикатора и модемом радиоканала; преобразователь вал/код может быть выполнен с датчиком Холла в виде вращающихся магнитов, расположенных над корпусом крыльчатки, а редуктор может быть исключен; в качестве измерителя количества тепла устройство содержит два канала измерения температуры: первый на входе источника отопления, а второй на выходе, связанных между собой по радиоканалу, причем первый канал является ведущим, а второй - ведомым.
На фиг.1 показана структурная схема устройства измерения расхода горячей или холодной жидкости, на фиг.2 - количества тепла, например, затраченного на отопление квартиры, на схемах изображено: 1 - турбинка (крыльчатка) расположенная в корпусе устройства с входным и выходным патрубком, 2 - редуктор, 3 - генератор постоянного тока, 4 - аккумулятор, 5 - преобразователь вал/код, 6 - микроконтроллер (МС), 7 - модем радиоканала, 8 - ЖК-индикатор, 9 - датчик температуры, 10 - пульт управления и ввода режима работы МС, 11 - собственно устройство (11-1 - первый канал, 11-2 - второй канал, 7-1 - ведущий радиоканал, 7-2 - ведомый радиоканал), 12 - теплоканал (источник отопления).
Схемы имеют следующие соединения.
Устройство для измерения расхода жидкости и тепла, содержащее установленную в корпусе крыльчатку 1, датчик числа оборотов, блок управления и вычисления на базе микроконтроллера 6, жидкокристаллический индикатор 8, блок связи с компьютером и блок питания, отличающееся тем, что в него введены: редуктор 2 передачи направления вращения вала в устройство, генератор постоянного тока 3, аккумулятор 4, панель управления и радиоканал со следующими соединениями: выходной вал крыльчатки 1 через редуктор 2 соединен с генератором постоянного тока 3 и с преобразователем вал/код 5, выход генератора 3 соединен с аккумулятором 4, а выход преобразователя вал/код 5 соединен с первым входом микроконтроллера 6, второй вход которого соединен с выходом датчика температуры 9, расположенного около крыльчатки 1, третий вход микроконтроллера 6 соединен с выходом пульта управления 10, а выход микроконтроллера 6 соединен первым выходом с входом ЖК-индикатора 8, а вторым выходом с модемом радиоканала 7; преобразователь вал/код 5 может быть выполнен на датчиках Холла или в виде вращающихся магнитов, расположенных над корпусом крыльчатки 1, а редуктор 2 может быть исключен; в качестве измерителя количества тепла оно содержит два канала измерения температуры: первый на входе источника отопления 12, а второй на выходе, связанных между собой по радиоканалу, причем первый канал 7-1 является ведущим, а второй 7-2 - ведомым.
Устройство работает (см. фиг.1) следующие образом.
Жидкость (например, вода) проходя через входной патрубок воздействует на крыльчатку 1, причем сила воздействия пропорциональна частоте вращения крыльчатки и, следовательно, величин расхода воды.
При вращении крыльчатки 1, ее выходной вал через редуктор 2 передает (через коэффициент передачи редуктора 2) вращение на преобразователь вал/код 5 и на генератор постоянного тока 3, который вырабатывает напряжение для зарядки аккумулятора 4 (на его входе расположена ограничительная схема по напряжению и току, которая на фиг. не показана) Напряжение с выхода аккумулятора 4 поступает на все электронные части устройства, тем самым последнее не нуждается во внешнем источнике питания: от сменных элементов питания или вторичного источника питания от сети ~220 В, 50 Гц.
Выходные сигналы с выхода преобразователя вал/код 5 в виде цифрового кода поступают на первый измерительный вход МС 6, который обрабатывает его и выдает информацию на ЖК-индикатор 8 и на модем 7 радиоканала, для передачу на базовую станцию, например в виде последовательного кода RS-232. На второй вход МС 6 поступают цифровые сигналы с датчика измерения температуры воды 9, которые также передаются на базовую станцию gj радиоканалу. Пульт управления 10 служит для ввода начальных данных, данных оптимизации расхода воды, изменения программы и т.д. МС 6.
Как вариант редуктор 2 может быть исключен, а датчик вал/код 5 может быть помещен на корпусе крыльчатки 1 в виде магнитного датчика вращения (числа оборотов), в этом случае на один оборот вала крыльчатки выдается один импульс.
В режиме измерения количество тепла использованного для отопления, например, квартиры (см. фиг.2) используется два устройства по фиг.1. В первом ведущем канале непрерывно измеряется температура входной горячей воды, а во втором - ведомом - выходной горячей воды, при этом каналы связаны между собой радиоканалами 7-1 и 7-2, причем ведущий 1-й канал дополнительно связан своим радиоканалом с базовой станцией. Количество затраченного на отопление квартиры тепла определяется из обработки трех параметров: разницы температур, количества протекающей горячей воды и времени.
Следует заметить, что при таком включении двух каналов легко определяется утечка горячей воды, если количество входной и выходной горячей воды не равно между собой.
Таким образом предлагаемое устройство обладает большим преимуществом за счет независимого от внешних условий автономного питания и возможности определения количества тепла, затраченного на отопление.