ТЕПЛОСЧЕТЧИК (УСТРОЙСТВО) УЗЛА УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОМЕЩЕНИЯ С ПОВЫШЕННЫМ РИСКОМ ОПАСНОСТИ
HEAT METER (DEVICE) FOR UNIT FOR METERING HEAT ENERGY IN CONDITIONS OF OPERATION OF PREMISES WITH HIGH HAZARD RISK

Изобретение относится к измерительной техники, в частности к устройству узла учета тепловой энергии, количества теплоносителя и проверки расходомеров для теплосчетчиков на месте в реальных условиях эксплуатации при влиянии внешних электромагнитных помех, вибрации, влажности и, следовательно, повышенного риска опасности в условиях эксплуатации.
1
2
1
2
1
2
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является теплосчетчик для определения тепловой энергии теплоносителя с прямым измерением разности объемных расходов. Устройство (теплосчетчик) содержит подающий, обратный трубопроводы. Подающий и обратный трубопроводы разделены группой колен, либо вытянуты в одну линию. Подающий и обратные трубопроводы содержат по одному преобразователю давления (ПД), температуры (ПТ) и электромагнитные ПР. Кроме того, устройство содержит по одному блоку вычитания плотности в подающем и обратном трубопроводах, блок вычитания q-q=Δq, где q и q - объемные расходы теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, блок вычисления массы, количество теплоты теплоносителя. В подающем и обратном трубопроводах выходы ПР и ПТ соответственно через блоки вычисления плотности ρ и ρ подключены к входу блоков вычисления массы и количества теплоты теплоносителя. Выходы электромагнитных ПР в подающем и обратном трубопроводах через блок вычитания соединены с входом вычислителя массы и количества теплоносителя.
Главная задача устройства заключается в том, чтобы существенно уменьшить погрешность измерений тепловой энергии и массы, отобранной из сети теплоносителя в открытых водяных системах теплоснабжения (ОВСТ), за счет погрешности измерений массы, отобранной из сети теплоносителя по разности показания электромагнитных ПР, установленных на подающем и обратном трубопроводах, т.е. погрешность разности масс.
Такое решение позволяет измерять массы, количество теплоты теплоносителя в ОВСТ (Теплосчетчик с каналом прямого измерения разности объемных расходов теплоносителя и установка для его градуировки и поверки, автор А.А.Варгин, стр.385-399. Коммерческий учет энергоносителей XXIV-я международная научно-практическая конференция 21-22 ноября 2006. Санкт-Петербург).
Недостатки этого устройства для измерения массы, количества теплоты теплоносителя в ОВСТ с каналом прямого измерения разности объемных расходов следующие:
- в стадии эксплуатации не учитывается влияние внешних факторов, а именно: электромагнитных помех, влажности, вибрации, температуры, на аппаратуру. Не предусмотрены защитные средства от поражения электрическим током в устройстве при напряжении до 1 кВ и повышенной влажности;
- в подающем и обратном трубопроводах градуировочные характеристики ЭМПР должны быть линейными и идентичными, что трудно обеспечить.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является устройство (теплосчетчик) с прямым измерением разности расходов. Теплосчетчик содержит подающий, обратный трубопроводы, ЭМПР, ПТ, ПД, по два блока вычисления плотности теплоносителя, деления, умножения, памяти, управления, средства измерения и автоматизации, блоки вычитания объемных расходов, массы, количества теплоты теплоносителя и вычислитель-индикатор. Преобразователи ЭМПР, ПТ, ПД монтированы в подающем и обратном трубопроводе. Два блока средств измерения и автоматизации (СИА) согласно ГОСТ 26.010-80 устанавливают основные параметры входных и выходных частотных электрических непрерывных сигналов, предназначенных для информационной связи между СИА. Выходы блоков ПТ, ПД соединены с входами блоков вычисления плотности, выход блока вычитания разности расходов соединен с входами блоков вычисления массы тепловой энергии и выходы последних блоков соединены с входами блока вычисления-индикатора.
2
1
1
2
вых1
вых2
1
2
1
2
1
вых1
1
0
Предлагают преобразовать уравнения измерений тепловой энергии Q и массы теплоносителя, отобранного из тепловой сети ΔM, по МИ 2412, так, чтобы разность объемных расходов присутствовала в них в явном виде. Суть преобразований уравнения ΔМ заключается в добавлении и вычитании одного и того же члена ρq, который в окончательном виде записывается как: , где Δq=q-q≡U-U получают путем подачи сигналов с выходов блоков памяти на входы блока вычитания разности объемных расходов, получают Δq. Значение плотности ρ, ρ в зависимости от температуры хранящейся с блоках памяти посылают в блок вычисления тепловой массы теплоносителя ΔM, где производит вычитание ρ-ρ; значение Δq поступает с выхода блока вычитания разности объемных расходов; значение q≡U поступает также с выхода блока памяти. τ, τ - интервал времени в отчетном периоде.
1,2
1
2
1
2
хв
Определяют тепловую энергию теплоносителя с прямым измерением разности расходов как: аналогичные преобразования производят и в уравнении тепловой энергии Q и окончательно представляют в таком виде . Вычисление тепловой энергии происходит в блоке вычисления количества теплоты теплоносителя, для этого к сигнальным входам посылают электрические сигналы пропорционально ρq, q из блоков памяти, хранящиеся в виде таблицы, в зависимости от температуры; значение энтальпии h, h и h их разности в зависимости от температуры составлена программа и прошиты в блоке вычисления количества теплоты теплоносителя. После вычисления сигнала с вывода блока вычисления тепловой энергии подают на вычислитель-индикатор.
Такое решение позволяет измерять массы, количество теплоты теплоносителя с прямым измерением разности расхода в ОВСТ (патент РФ №2383866, авторы В.Ю.Теплишев, М.Н.Бурдунин, А.А.Варгин «Теплосчетчик и способ определения тепловой энергии теплоносителя с прямым измерением разности расходов при компенсации температурной погрешности»).
Недостатки предлагаемого устройства состоят в том, что не учитывается влияние магнитных помех, влажности и вибрации на измерительный канал в условиях эксплуатации до 1 кВ.
Задачей предложенного изобретения является защищать теплосчетчик от внешних воздействий, т.е. электромагнитных помех, вибрации, влажности, и персонал в условиях эксплуатации помещения с повышенным риском опасности от поражения электрическим током (до 1 кВ). Поставленной задачи достигают путем разделения герметичной конструкции теплосчетчика на две группы, экранирования (изоляция электрическая), заземления и отделения низковольтных высокоомных электрических цепей от низкоомных высоковольтных цепей.
Использование влагостойких компаундов для увеличения сопротивления изоляции электрической и механической прочности. Введение демпфирующих пластин с целью снижения влияния вибрации и акустического давления от вибрации.
Технический результат достигается тем, что в теплосчетчике узла учета тепловой энергии в помещении с повышенным риском опасности в условиях эксплуатации, содержащем подающий, обратный трубопроводы, каждый трубопровод содержит по одному преобразователю расхода, преобразователю давления во входном согласующем усилителе, преобразователю температуры, объединенный источник питания, индикаторный функциональный блок вычисления и управления, выходные провода объединенного источника питания соединены с входами преобразователя расхода, преобразователей температуры и давления, индикаторного функционального блока вычисления и управления, все выходные провода электромагнитного преобразователя расхода, преобразователя температуры, преобразователя давления через входной согласующий усилитель соединены к входу индикаторного функционального блока вычисления и управления, причем все управляющие провода упомянутых блоков тоже соединены с индикаторным функциональным блоком вычисления и управления, дополнительно введены защитные экраны, демпферы, пенокомпаунд, резиновые втулки, конструкция теплосчетчика разделена на две группы, первая группа содержит преобразователи расхода, температуры, давления, со своими входными согласующими усилителями, вторая группа содержит объединенный источник питания, индикаторный функциональный блок вычисления и управления, причем вторая группа приборов расположена поблизости распределительного щитка, конструкция обеих разделенных групп блоков тоже разделена между собой разными демпферами из жесткого металлического материала, на основе многослойной структуры демпфирующей массы из толстых слоев войлока или картона, пропитанных смолой с подмешанной металлической пудрой, в многослойном демпфере, в котором листы демпфируемого материала чередуются со слоями демпфирующего блока, причем свободные места зазоров между проводами в преобразователях объединенного источника питания, усилителей заливают пенокомпаундом, жгуты проводов одевают в предохранительные резиновые втулки, заливают пенокомпаундом, причем провода «сигнальной» земли отделены от «шумящей» земли и соединены только в одной точке А в контуре заземления, усилители помещают в защитном экране и изолируют от контура заземления в точке А и помещают во второй внешний экран, первые и вторые группы блоков, связанные между собой питающими и управляющими проводниками в экране, выбирают длиной, не превышающей  длины волны, каждые экраны проводов отдельно соединяют в контуры заземления в одной точке А, увеличено число витков внутри экрана проводников на метр витой пары, электростатический экран между двумя обмотками трансформатора, провода сигнальной земли изолированы оплеткой от корпусной земли и электрически изолированы друг от друга и они соединены в одной точке в контуре заземления в точке А.
На фиг. показана блок-схема теплосчетчика для учета тепловой энергии в помещении в условиях эксплуатации с повышенным риском опасности. Блок-схема устройства, т.е. теплосчетчик, содержит подающий 1, обратный 2 трубопроводы. Подающий и обратный трубопроводы соответственно, в частности, оснащены электромагнитными преобразователями расхода (ЭМПР) 3; 4, преобразователями температуры (ПТ) 5; 6, преобразователями давления (ПД) 7; 8, входными согласующими усилителями 9, защитными экранами 10, внешними экранами (корпус) 11, индикаторным функциональным блоком вычисления и управления 12, объединенным источником питания 13 с электростатическим экраном 14 между обмотками трансформатора Тр и выпрямителем В, предохранителем 15, распределительным щитком 16 с предохранителями 17 (распределительный щиток не входит в состав теплосчетчика), амортизаторами 18, пенокомпаундом 19, предохранительными резиновыми втулками Вт, контуром заземления А 20.
Cu
Fe
Cu
Перечисленные блоки в теплосчетчике разделены на две группы. Первая группа состоит из ЭМПР 3, 4, ПТ 5, 6, ПД 7, 8. Вторая группа - ИП 13, индикаторный функциональный блок вычисления и управления 12. Вторая группа блоков расположена непосредственно вблизи от распределительного щитка фиг. ЭМПР, (или вихревые, струйные и другие расходомеры) с линейными или нелинейными градуировочными характеристиками производят преобразования тепловой энергии в электрический сигнал. На выходе ЭМПР преобразуемой величиной может быть и индуктивность. Эквивалентная электрическая схема катушки индуктивности ЭМПР 3, 4, ПР 7, 8 имеет чистую индуктивность катушки L, соединенную последовательно с сопротивлением R (катушки) и параллельно с сопротивлением R (ферромагнитном сердечнике). Емкость С, параллельная L и R, является собственной емкостью между витками обмотки и проявляется лишь на высоких частотах. Обозначим через w - число витков равномерно намотанной катушки с магнитным сердечником длиной l и магнитной проницаемостью µ. Тогда напряженность магнитного поля Н внутри сердечника, обусловленного током I, определяется формулой . Индукция B=µH=Iwµ/l. Магнитный поток в сердечнике с площадью S будет Ф=BS=Iwµ S/l. Тогда преобразуемая величина индуктивность электромагнитного расходомера определяется как: .
ЭМПР (в частности, типа КМ-5) применяются в составе теплосчетчиков и работают в диапазоне температуры от 10 до 150°С. Потери на сопротивление и емкость гораздо увеличиваются, особенно при повышенной влажности увеличиваются токи утечки.
12
6
Снижается сопротивление изоляции на выходе от повышенной влажности от 10 Ом до 10 Ом. Кроме ЭМПР все перечисленные блоки в устройстве также чувствительной влажности и вибрации. В результате вибрации электрический сигнал искажается от звукового давления, возникающего от источника вибрации.
Поэтому в предлагаемом изобретении актуальным является компенсация вышеуказанных погрешностей при учете количества теплоты теплоносителя в ОВСТ и обеспечение безопасной эксплуатации теплосчетчиков в условиях повышенной влажности, вибрации и внешних электромагнитных помех.
Все математические операции (деление, умножение, вычитание, запоминание, хранение программы) и управление осуществляют в индикаторном функциональном блоке вычисления и управления 12, указанном на фиг. Блоки 3÷9, 12 выполнены на базе известных стандартных операционных усилителей, предназначенных для выполнения операции над аналоговыми величинами при работе в схеме с отрицательной обратной связью. Операционные усилители обеспечивают усиление как постоянного напряжения положительной и отрицательной полярности, так и переменного напряжения.
В блоке 12 производится обработка полученных результатов по заранее заданным алгоритмам, изложенным в нормативных документах по обеспечению единства измерений. Управляющих команд индикатор не выдает, ввиду того, что все операции проводятся вручную для удешевления стоимости узла учета.
Преобразователи давления ПД 7, 8 могут быть разного исполнения - пьезоэлектрические, емкостные, полупроводниковые, индуктивные и т.д., они стандартные и широко известны в отечественной и зарубежной технике.
Принцип их работы основан на следующем: при изменении давления на ΔР на выходе блоков 7, 8 изменяются выходные параметры, т.е. сопротивление R, емкость С, индуктивность L и т.д., на величину ΔR, ΔС, ΔL и т.д., соответственно. Например, у резистивных ПД выходное напряжение изменяется пропорционально приращению  и напряжению питания ПД. Давление теплоносителя измеряется ПД 7, 8.
ЭМПР производит преобразование тепловой энергии в электрический сигнал.
-3
Теплоноситель протекает через проточную часть ЭМПР, расположенную в магнитном поле, индукция которого равна В. Тогда в жидкости, электропроводность которой должна находиться в пределах 10-10 см/м (что выполняется, в том числе для теплофикационной воды), индуцируется электрический заряд и образуется разность потенциалов e=νBd (где d - внутренний диаметр трубопровода), которая измеряется с помощью электродов. Выражение для е можно представить как: , где Q - средний расход жидкости в мл/с. Питание ЭМПР 3, 4 осуществляют переменным или постоянным напряжением от объединенного ИП. Питание переменным напряжением устраняет электролитическую поляризацию расходомера. Выходное напряжение расходомера не зависит от характера потока, ламинарный или турбулентный, и от профиля скорости потока, если он близок к осесимметричному.
Преобразователи температуры ПТ 1-ПТ 3 представляют собой покупные серийно выпускаемые термометры с платиновыми чувствительными элементами класса 3.
Предлагается теплосчетчик компоновать из двух групп в герметично закрытом корпусе. Первая группа состоит из низковольтных цепей (безопасным электрическим напряжением) и высокоомных блоков ЭМПР, ПД и ПТ со своими усилителями 9. Вторая группа компоновки теплосчетчика выполнена из объединенного ИП 13 и индикаторного функционального блока вычисления и управления 12, содержащего низкоомные цепи и высокое напряжение до 220 В. Такое конструктивное разделение преобразователей защищает от любых внешних воздействий и обеспечивает безопасную эксплуатацию теплосчетчика. В конструкции теплосчетчика предложено вводить дополнительно защиту от электромагнитных помех, влажности и вибрации.
Расположение ПТ 5, 6 на измерительных участках трубопроводов 1, 2 должно соответствовать требованию межгосударственного стандарта СНГ ГОСТ 8.563.2-97 и международным стандартам ENI 435-97, МОЗМ Р75-1-2002 (OIMLR75-1).
н1
н2
н1
н2
т1
н1
1
т2
н2
2
т1
т2
Принцип работы ПТ. При прохождении теплоносителя через подающий 1 и обратный 2 трубопроводы с определенной начальной температурой t, t происходит изменение сопротивления ПТ 5, 6 от начального значения R, R. Приращение сопротивления ПТ, т.е. R-R=ΔR и R-R=ΔR и на выходе ПТ возникает термоэлектрическое напряжение, пропорциональное изменению температуры в соответствующих трубопроводах теплоносителя, где R, R - текущие значения сопротивления ПТ.
Для защиты устройства, т.е. теплосчетчика от влияния электромагнитных помех, следует знать, что является генератором помех, что служит приемником помех и каким образом генератор и приемник связаны между собой. Согласно фиг. генератором электромагнитных помех теплосчетчика являются распределительный щиток 16, объединенный ИП 13 и индикаторный функциональный блок вычисления и управления 12 и другие рядом работающие силовые электроустановки. Эти блоки питаются напряжением 220 В и содержат низкоомные выходы с большими электрическими токами, сравнивая с токами, протекающими в цепях ПД, ПТ и ЭМПР. Известно, что возможны три способа устранения прохождения помехи: 1) подавление помехи в генераторе; 2) создание ЭМПР, ПД и ПТ, нечувствительного к помехам; 3) минимизация передачи помехи через соединительные проводники а, в, с, …, n.
В теплосчетчике от электромагнитных помех защищают следующим образом:
- в распределительном щитке 16 силовые проводники (красный, черный) соединены с предохранителями 17 для защиты от короткого замыкания с корпусом щитка и перегрузки. Предусмотрен нейтральный проводник (белый), который соединяется с земляным проводником (зеленый) и соединен с контуром заземления 20 в точке А. При наличии нейтрального проводника в НП 13 фазовое напряжение 220 В делится - 110В. ИП от короткого замыкания и попадания силового проводника на корпус защищен предохранителем 15. Опасной ситуацией является попадание фазы переменного тока на корпус блоков 13, 16, 12. Если происходит пробой изоляции, через корпус может пройти весь ток и через предохранитель. В этом случае человек, имеющий контакт с корпусом и потенциалом Земли, попадет под напряжение сети. В заземленном корпусе происходит пробой изоляции, в цепи питания пройдет большой ток и перегорит предохранитель 15, благодаря чему напряжение корпуса будет снято. Если ИП 13 содержит трансформатор Тр, то между первичной и вторичной обмотками имеется электрическая емкость. Эта емкость приводит к связи по электромагнитным помехам через трансформатор. Эту связь убирают за счет применения электростатического экрана между первичной и вторичной обмотками трансформатора. Этот экран 14 соединяют в контур заземления 20 в точке А, длиной, не превышающей  длины волны.
Соединительные провода а, в, с, …, n между блоками и объединенным ИП 13 могут быть антивибрационными (одножильными с экраном) или парой витых проводов фиг. Одним из путей проникновения помехи в устройство являются эти проводники, проходя «зашумленные» участки, они получают электромагнитные наводки и передают их в блоки ЭМПР, ПД, ПТ, усилитель 9, блок 12. Одним из основных путей проникновения помехи в указанные блоки являются помехи, проникающие в схему по силовым проводам распределительного щитка 16.
Наиболее эффективным способом перекрытия проникновения помех через проводники а, в, с, …, n является заземление экрана проводников в одной точке, при этом длина проводника (кабеля) не превышает  длины волны. Даже при заземлении экрана Э в одном месте через проводники ЭМПР, ПТ, ПД и т.д. (из-за «паразитной» емкостной связи между проводник-экран) будут протекать незначительные токи шумов и помех. Для предотвращения последнего и обеспечения максимальной защиты на низких частотах экран не должен служить в качестве сигнального проводника и начальный конец экрана надо изолировать от земли. Такое соединение экрана Э проводников ослабляет электромагнитные помехи на 70 дБ. Увеличение числа витков экранированных проводников а, в, с, d, …, n и т.д. на метр витой пары уменьшает наводки. Если экран не является сигнальным проводником, тогда разомкнутая цепь не является путем проникновения магнитных наводок.
В области электротехники известны две основные причины, по которым, в частности, в теплосчетчике должен быть провод или шина земли (например, в распределительном щитке 16): 1) в целях безопасности и 2) для обеспечения опорного эквивалентного сигнального напряжения. Провод защитного шумящего заземления (зеленый провод) имеет потенциал Земли, а для сигнальной земли это условие не является обязательным.
Корпус распределительного щитка 16 блоков 13 и 12 и др. может иметь относительно высокий потенциал и вызывает опасность электрического поражения из-за того, что этот потенциал зависит от относительного значения сопротивлений утечки (сопротивление изоляции), и его величина зависит от влияния внешних воздействий, контролировать которые не возможно. Если корпуса блоков 16, 13, 12 и др. заземлить в точке А отдельными проводами, его потенциал равен нулю, поскольку сопротивление утечки становится равным нулю.
Для примера (такие усилители могут быть на выходе ЭМПР, ПТ) на выходе преобразователя давления 7, 8 для согласования и усиления предусмотрен усилитель 9 с низким уровнем сигнала, т.е. с высоким уровнем входного сопротивления. Следовательно, такие схемы требуют защитное экранирование 10. При этом (фиг.) защитный экран не должен иметь контакт с землей в точке А контура заземления 20, в противном случае его эффективность сводится на нет. Поэтому усилитель 9 в защитном экране 10 помещен во второй внешний экран 11 (корпус), с тем чтобы гарантировать целостность защитного экранирования. Электрического контакта между двумя экранами 10, 11 не должно быть. Внешний экран 11 заземляется в точке А контура заземления 20 и удовлетворяет требованиям техники безопасности. Защитный экран предотвращает попадание синфазных помех в основной цепи измерения.
Предлагается низкочастотное заземления в теплосчетчике тремя способами:
1. Сигнальная земля с низким уровнем сигналов - преобразователи ЭМПР, ПТ, ПД, усилители. 2. «Шумящая» земля схемы с большим потреблением токов; блоки 16, 13, 12. 3. Корпусная земля - объединяются корпуса блоков 3-8; 11-13 и 16 в контуре заземления в точке А.
«Шумящая» или «силовая» земля (зеленый провод) в распределительном щитке не пригодна для сигнальной земли. Это объясняется тем, что напряжение между двумя точками питания земли составляет несколько десятков милливольт. Успеха добиваются путем выборочной группировки заземляющих проводов так, чтобы схемы с сильно различающимися уровнями потребляемой мощности и шумов не имели общего возвратного провода земли.
Такой подход позволяет нескольким слаботочным схемам (датчики давления, согласующие усилители и т.д.) иметь общий возвратный провод земли, при этом другие слаботочные схемы (ЭМПР, ПТ) подключаются к земле в точке А другим возвратным проводом.
В условиях эксплуатации теплосчетчика следует, чтобы «сигнальную» землю слаботочных схем отделить от силовой «шумящей» земли. Корпусную землю надо использовать для корпусов распределительного щитка, ЭМПР, ПД, ПТ, ИП и т.д. Эти три раздельные цепи земли необходимо соединить вместе только в одной точке А контура заземления.
Устройство работает следующим образом. В рабочем состоянии через трубопроводы подающий 1 и обратный 2 проходит теплоноситель с температурой 10…150°С. Одновременно из распределительного щитка 16 электрическое напряжение 220 и/или 110 В поступает в блок ИП 13. Здесь высокое напряжение через трансформатор Тр преобразуется в низкое, выпрямляется выпрямителем В и сглаживается (напряжением до 12-25 В переменного и постоянного тока). С выхода ИП 13 питаются преобразователи ЭМПР 3; 4, ПД 7; 8, ПТ 5, 6, усилители 9, индикаторный функциональный блок вычисления и управления 12. В блок 12 также поступает напряжение сети. После обеспечения питанием преобразователей и на выходе ЭМПР 3, 4, ПД 7, 8, ПТ 5, 6 возникает электрическое напряжение пропорционально объемным расходам (ЭМПР), температуре (ПТ) и давлению (ПД). Сигналы с выходов преобразователей после усиления и согласования передаются на вход индикаторного функционального блока вычисления и управления 12. В блоке 12 выполняется ввод параметров теплосчетчика, вывод информации, организуются все виды вычислений, при необходимости обеспечивается преобразование аналогового сигнала в цифровой. Все управляющие выходы блоков соединены с входом блока 12, также в этом блоке хранятся составленные программы для определения расхода количества тепловой энергии. В результате определение расхода тепловой энергии выдается на цифровом виде на теплосчетчике.
Усилитель 9 питается от источника ИП13 и отрицательный полюс является сигнальной землей и электрически соединен с контуром заземления 20 в точке А. Полезный сигнал протекает через положительный полюс устройства. Для разработки усилителя используют интегральную микросхему Кр544УД2 В и другие.
Провода сигнальной земли, проходя в блоках теплосчетчика, должны быть сплошными для прохождения сигналов.
Известно, что демпфирование в колебательных системах играет большую роль при периодическом возмущении с частотой собственных колебаний или близкой к ней. Тогда демпфирование приобретает первостепенное значение и должно учитываться тем более, что собственные формы колебаний конструкции устройства имеют такое соотношение между собой, которое трудно подается анализу.
Согласно фиг. для защиты теплосчетчика от вибрации также целесообразно конструкцию теплосчетчика разделить тоже на две части так, как было разделено при рассмотрении влияния внешних электромагнитных помех. Естественно, что преобразователи давления, температуры и расходомеры, потребляющие незначительные токи, более чувствительны вибрационной нагрузке, чем источник питания, распределительный щиток менее чувствителен к вибрации. Следовательно, выбранные демпферы тоже делятся на две части для слаботочных и силовых. На фиг. демпфирование в каждом участке условно обозначено позицией 18. Упругая виброизоляция блоков ЭМПР 3, 4; ПТ 5, 6; ПД 7, 8, усилителя 9, ИП 13 и т.д. улучшается с увеличением массы корпуса этих блоков, благодаря которому понижается резонансная частота между массой корпуса и демпфера 18. Следовательно, корпус или кожух каждого блока, входящий в состав в первой и второй группе, выгодно изготовить отдельно, где монтирована электронная схема. В этом случае звуковая мощность вибрационной нагрузки, создающая звуковое давление, пролезает внутри блока, особенно преобразователя давления и искажает результаты измерения. Звуковое давление не зависит от вибродемпфирования. Единственным эффективным способом уменьшения звукового давления является увеличение массы корпусов упомянутых блоков и уменьшение их размеров.
Раздельное демпфирование блоков внутри теплосчетчика позволяет ослабить резонансные явления, которые могут вызывать поломки и аварию.
Демпфирование поглощает вибрационную энергию. Поглощение энергии вибрации происходит тогда, когда между демпфером и блоками обеспечен хороший контакт. В устройстве в качестве демпфера 18 использованы металлические листы с демпфирующими слоями с большой жесткостью. С увеличением мягкости демпфирующего слоя он должен быть толще. С другой стороны, с увеличением толщины демпфирующего слоя ее потери приближаются к величине потери демпфирующего материала. Дальнейшее увеличение толщины демпфирующего слоя не дает положительного результата. В качестве демпфирующего материала в теплосчетчике рекомендуется использовать толстый слой войлока или картон, пропитанные смолой с подмешанной металлической пудрой, жесткая резина с подмешанной металлической пудрой тоже дает хороший результат для демпфирования. В демпферах металлическая пудра повышает демпфирование за счет микроскопических неоднородностей внутренних напряжений и дополнительных потерь на трение. Чтобы добиться достаточно высокого уровня демпфирования, необходимо применить многослойный демпфер, в котором листы демпфируемого материала чередуются со слоями демпфирующего материала. В этом случае добиваются большой потери вибрационной мощности.
Для защиты изоляции монтажных проводов а, в, с, d, … n с экранами Э (см. фиг.) и жгутов используют предохранительные резиновые втулки Вт при прохождении через отверстия в стенках блоков (фиг.) согласно ГОСТ19421-74.
В возрастающем потреблении теплосчетчиков в условиях повышенных внешних воздействий немаловажное место занимают влажность, вибрация, температура, магнитные, электрические поля и др. При этом защита теплосчетчика одновременно от влажности и вибрации является актуальной. С этой целью в конструкции теплосчетчика (фиг.) предусмотрено использование заливочного эпоксидного пенокомпаунда 19. Применение пенокомпаунда в узлах (усилитель 9 и другие блоки) теплосчетчика позволяет разработать электронные блоки на базе безкорпусных электрорадиоэлементов. Такое конструктивное решение позволяет уменьшить габаритные размеры блоков и повысить электрическую прочность токоведущих частей в целом в условиях повышенной влажности. Уменьшение габаритных размеров блоков снижает влияние звукового давления на результаты измерения. Для заливки теплосчетчиков целесообразно использовать пенокомпаунд ПЭК-74 - технологичный композит, приготовляемый на месте применения, хорошо заполняет зазоры, применяется и отверждается при температуре 15-35°С, не вызывает коррозию сплавов, имеет высокую адгезию к металлам, к проводам, с корпусами. Работоспособен при температуре от -196 до +200°С, устойчив к воздействиям вакуума, вибрационных нагрузок, разных перепадов температур, повышенной влажности, бензина, масла. Жизнеспособность около часа, низкая вязкость, возможность приготовления и применения в любых количествах, при любой влажности. Гарантирован срок сохраняемости прочностных и электроизоляционных свойств пенокомпаунда ПЭК-74.
Жгуты проводов безкорпусной заливки ПЭК-74 стойки к вибрации в перпендикулярных направлениях, линейных и ударных перегрузок, влажности 98%, пониженной температуры -110°С и повышенной температуры кратковременно до 290°С. С помощью шприца используют ПЭК-74 для заполнения зазоров, электроизоляции и упрочнения бескорпусных и корпусных электрических соединений преобразователей и источников питания.
Технико-экономический эффект теплосчетчика повышается за счет разделения ее конструкции на две группы (части), связанные между собой питающим и управляющими проводами (кабелями) 12, 25 В и питающиеся из сети переменного тока напряжением ~ 220 В. При этом устройство, т.е. теплосчетчик, от влияния внешних электромагнитных помех, вибрации и влажности защищен известными техническими решениями, их совокупное действие и функциональные связи дают новый положительный эффект и выгодно отличаются от существующих и выбранных прототипов и аналогов.
С этой целью Хабаровская электротехническая компания монтировала и проверила теплосчетчик в условиях повышенной вибрации и влажности. Защита теплосчетчика от внешних электромагнитных помех путем экранирования проводов введением защитного экрана снизила помехи на 90-100 дБ.
Использование демпфирующих материалов из металлических пластин (железа) с многослойным демпфирующим демпфером снизило акустический шум, возникающий от вибрации 115-120 дБ до уровня 95-105 дБ. Анализ показал, что с целью защиты теплосчетчика от влажности, вибрации и сокращения габаритных размеров и для применения в конструкции блоков, безкорпусных элементов необходимо теплосчетчик залить пенокомпаундом ПЭК-74, разработанным акционерным обществом «КОМПОЗИТ», Московская обл., г.Королев.
3
12
Характеристики пенокомпаунда ПЭК-74 при температуре 15…35°С: плотность, г/см - 0,4…0,5; предел прочности при сжатии, МПа, не менее 10; удельное объемное электросопротивление, Ом·м, не менее 4·10; время отверждения ч., 48; жизнеспособность, мин, не менее 50; интервал рабочих температур, °С -196+200°С.
Удобно было использовать втулки предохранительные резиновые (пистоны) - для защиты изоляции проводов от вибрации. ООО НПФ «Валькар Ко» г.Москва.
Были проверены разделенные на две группы блоки теплосчетчика. В первой группе на измерительном участке подающем и обратном трубопроводе ПД, ПТ, ЭМПР со своими высокоомными усилителями входной цепи. Во второй группе был сгруппирован источник питания и индикаторный функциональный блок вычисления и управления теплосчетчика. Причем блоки второй группы были расположены близко с распределительным щитком. Между собой обе группы блоков соединены сигнальными и земляными проводами, с экраном Э.
-6
Применение проводов без экрана практически безрезультатно, внешние электрические и магнитные помехи пролезают в схеме преобразователей ЭМПР, ПД, ПТ и усилителя и «маскируют» полезный сигнал. Экранирование каждого проводника в отдельности и заземление экрана в одном месте, как показано на фиг., приводит к снижению напряжения помех в теплосчетчике до (1,5-2,0)·10 В. Расположение блоков второй группы поблизости распределительного щитка и соединение земляного (зеленого) провода (шумящая земля) корпусная земля (каждый провод в изоляционном обкладке для изоляции от поверхности земли)  в контуре заземления в одной точке А обеспечивают безопасность живых организмов от попадания под напряжение 220 В в условиях эксплуатации повышенной влажности.