БЕСПРОВОДНЫЙ СЧЕТЧИК-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ТЕПЛА

Полезная модель относится к информационно-измерительной технике, а именно устройствам для измерения и регистрации температурного напора, и может быть использована для организации поквартирного учета тепловой энергии в жилых зданиях с вертикальной или горизонтальной разводкой трубопроводов системы отопления. Прибор предназначен для измерения температуры поверхности отопительных приборов, регистрации температурного напора отопительного прибора и передачи данных по беспроводной линии связи в локальную радиосеть.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство «Low cost heat cost allocator», содержащее теплопроводящую пластину, датчик температуры поверхности отопительного прибора, датчик температуры воздуха в помещении, печатную плату с радиопередающим модулем и жидкокристаллический индикатор (Патент ЕР 1925924 A1, МПК G01K 17/06, 2008-05-28). Устройство измеряет температуры отопительного прибора и воздуха в помещении, регистрирует температурный напор и передает результаты на жидкокристаллический индикатор и в радиосеть.
Основным недостатком данного известного устройства является отсутствие дополнительной тепло- и влаго- защиты. Это снижает надежность работы прибора при установке на радиаторах отопления.
К недостаткам указанного устройства относятся также выполнение антенны, конструктивно не являющейся частью печатной платы, и конструкция термодатчика, состоящая из нескольких элементов, которые требуют ручной сборки, что значительно усложняет производство.
Кроме того, в известном устройстве при его работе отправляемые телеграммы разделяются на типы (инсталляционные, статические, и телеграммы с данными). Это усложняет программную часть, что повышает вероятность брака прибора, и значительно усложняет процесс пуско-наладки. Также известный аллокатор не отображает на дисплее значение текущей температуры отопительного прибора, что значительно усложняет проверку его работоспособности.
Технической целью предлагаемого беспроводного счетчика-распределителя тепла является повышение надежности, точности измерения температуры и стабильности работы прибора при установке на радиаторах отопления.
Результат достигается тем, что счетчик-распределитель снабжен тепловым адаптером, узлом контроля вскрытия и дополнительной пластиной тепло- и влаго- защиты, при этом, антенна передатчика конструктивно выполнена в виде проводника на печатной плате, конструкция термодатчика состоит из теплопроводящей алюминиевой втулки, пластикового держателя, термистора и термопроводящего компаунда. При этом текущая температура поверхности отопительного прибора отображается на жидкокристаллическом индикаторе прибора.
На фиг. 1. показана блок-схема описываемого беспроводного счетчика-распределителя тепла.
На фиг. 2 показан поперечный разрез описываемого устройства.
На фиг. 3 показан вид со стороны жидкокристаллического индикатора.
На фиг. 4 показан датчик температуры поверхности отопительного прибора.
На фиг. 5 показана монтажная плата с антенной.
Беспроводный счетчик-распределитель тепла содержит корпус 1 и установленные в нем датчик 2 температуры поверхности отопительного прибора с теплопроводящим элементом 3, монтажную плату 4, снабженную антенной 5 радиопередающего модуля 6 и подсоединенную к жидкокристаллическому индикатору 7, установленному на лицевой стороне корпуса 1, микроконтроллер 8 и источник питания 9.
Для достижения заявленной цели счетчик-распределитель дополнительно снабжен защитной вставкой 10, тепловым адаптером 11 и узлом 12 контроля вскрытия, защитная вставка 10 и тепловой адаптер 11 размещены на оборотной стороне корпуса 1, антенна 5 радиопередающего модуля 6 выполнена в виде в виде S-образного печатного проводника на монтажной плате 4, теплопроводящий элемент 3 выполнен в виде алюминиевой втулки, датчик 2 температуры поверхности отопительного прибора установлен на монтажной плате 4 и защитной вставке 10, и дополнительно снабжен пластиковым держателем 12, термистором 13 и теплопроводящим компаундом 14.
Датчик 2 температуры поверхности отопительного прибора выполнен в виде термистора 13, размещенного внутри пластикового держателя 12, и теплопроводящей втулки 3, и заполнен теплопроводящим компаундом 14. Защитная вставка 10 выполнена в виде пластины тепло- и влаго- защиты. На монтажной плате 4 размещены клеммы 15 для подключения адаптера конфигурирования и кнопка 16 управления. Микроконтроллер 8 подключен к датчику 2 температуры поверхности отопительного прибора, радиопередающему 6 модулю с антенной 5, клеммам 15 для подключения адаптера конфигурирования, узлу 17 контроля вскрытия и к жидкокристаллическому индикатору 7. Узел 17 контроля вскрытия выполнен в виде пластиковой пломбы.
Тепловой адаптер 11 - это алюминиевая пластина, которая закрепляется на радиатор отопления. После ее закрепления на радиатор отопления беспроводной счетчик-распределитель тепла защелкивается на тепловой адаптер 11. При этом и происходит замыкание контактов кнопки 16 управления и срабатывание узла 17 контроля вскрытия.
Источник питания 9 подключен к микроконтроллеру 8, клеммам 15 для подключения адаптера конфигурирования и к радиопередающему модулю 6 с антенной 5. В нижней части корпуса 1 установлена пружина 18, выполненная для обеспечения надежного контакта датчика 2 температуры поверхности отопительного прибора с тепловым адаптером 11.
Описываемый беспроводный счетчик-распределитель (прибор) крепится к поверхности отопительного прибора таким образом, чтобы тепловой адаптер 11 воспринимал тепловой поток от отопительного прибора. Термистор 13 через теплопроводящий компаунд 14 и алюминиевую теплопроводящую втулку 3 воспринимает температуру теплового адаптера 11 и преобразует ее в электрический сигнал, который поступает в микроконтроллер 8, расположенный на монтажной плате 4. Питание счетчика-распределителя осуществляется с помощью источника питания 9. Для индикации данных счетчик-распределитель имеет жидкокристаллический индикатор 7 (ЖКИ). Счетчик-распределитель имеет две степени защиты от вскрытия - узел 17 контроля вскрытия для визуального контроля и кнопку 16 управления для самотестирования и активации режима выдачи телеграммы с оповещением о вскрытии корпуса 1. При установке счетчика-распределителя на тепловой адаптер 11 (который уже установлен на отопительный прибор) происходит замыкание контактов кнопки управления 16 и переход прибора из режима пониженного потребления в рабочий режим. При попытке вскрытия происходит размыкание контактов кнопки 16 управления и переход прибора из рабочего режима в аварийный режим. Под вскрытием подразумевается несанкционированный демонтаж прибора пользователем с отопительного прибора.
Защитная вставка 10 служит для предохранения попадания на монтажную плату 4 влаги, частиц пыли и снижения температуры всех элементов внутри корпуса 1 прибора. Пружина 18 обеспечивает надежный контакт датчика 2 температуры поверхности отопительного прибора, размещенного на монтажной плате 4, с тепловым адаптером 11. Антенна 5 радиопередающего модуля 6 конструктивно выполнена в виде S-образного печатного проводника на монтажной плате 4.
Беспроводный счетчик-распределитель тепла работает следующим образом.
С помощью термистора 13 температура теплового адаптера 11 преобразуется в сопротивление датчика 2 температуры поверхности отопительного прибора, а затем в длительность времени заряда/разряда образцовой емкости, сигнал с которой поступает в микроконтроллер 8. Микроконтроллер 8 рассчитывает значение температуры теплового адаптера, используя градуировочную таблицу для термистора 13, вносит поправку, связанную с тепловым сопротивлением между термистором 13 и тепловым адаптером 11, вычисляемую по формуле:
i
измер
t=t·К1+К2,
i
где t - измеренное значение температуры с учетом поправки,
измер
t - значение температуры, вычисленное на основании сопротивления термистора 13,
К1 и К2 - поправочные коэффициенты
По рассчитанному значению температуры микроконтроллер 8 производит накопление показаний для регистрации теплового потока в соответствии с алгоритмом:
i
i
i
z
Δt=t-20°C, если t≥t
i
i
z
Δt=0, если t<t
Ν - количество четырехминутных интервалов времени с момента начала измерений.
i
t - температура теплового адаптера, зафиксированная датчиком 2 температуры поверхности отопительного прибора,
z
t - стартовая температура - температура, при превышении которой начинается процесс интегрирования, °С.
Стартовая температура составляет 30°C в период с сентября по май и 40°C в период с июня по август (данные значения стартовой температуры и соответствующей календарной даты программируются заводом изготовителем).
Далее рассчитанные в микроконтроллере 8 данные передаются в радиосеть с помощью радиопередающего модуля 6 и антенны 5.
Телеграмма данных содержит в себе следующую информацию:
- серийный номер прибора;
- текущие показания;
- текущее время и дату телеграммы;
- потребление на текущее время;
- дату конца расчетного периода;
- потребление за прошлый расчетный год;
- информацию о статусе прибора или код ошибки (в случае неисправности);
- время и дата ошибки;
- версия программного обеспечения (ПО) прибора.
Для индикации данных прибор имеет жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) 7.
Индикация показаний на ЖКИ 7 осуществляется в циклическом режиме:
- текущие показания;
- текущая температура теплового адаптера 11;
- тест экрана с дополнительными символами;
- дата конца расчетного периода (по умолчанию - 31 декабря);
- показания за прошлый расчетный год (на контрольную дату).
Конфигурирование прибора производится при помощи отдельного устройства (адаптера конфигурирования) устанавливаемого иглами-штырями на специальные клеммы 15 для подключения адаптера конфигурирования на монтажной плате 4 и подключаемого по USB-порту к ПЭВМ. Адаптер конфигурирования - это отдельный прибор, который используется при производстве беспроводного счетчика-распределителя тепла или в сервисных случаях.
Конфигурируемые данные:
- серийный номер прибора;
- текущие показания прибора;
- текущие время и дата;
- дата конца расчетного периода;
- поправочные коэффициенты.
Прибор имеет 4 режима функционирования:
- режим пониженного потребления, от момента производства до установки на тепловой адаптер 11, для увеличения срока службы;
- рабочий режим, с момента установки на тепловой адаптер 11, до демонтажа;
- аварийный режим, после демонтажа прибора;
- поверочный режим, при производстве, для калибровки прибора.
Беспроводный счетчик-распределитель тепла выполняет следующие функции:
- накопление показаний потребления, начиная с последнего дня настройки,
- индикация показания потребления за предыдущую расчетную дату,
- постоянное самотестирование с выдачей сообщений об ошибках,
- индикация показаний потребления для проверки правильности показаний (как текущих, так и на заданный день), снятых жильцами.
Устройство измеряет температуру отопительного прибора, вычисляет температурный напор в условных единицах и передает результаты на жидкокристаллический индикатор 7 и в локальную радиосеть.
Специально отливаемая из алюминиевого сплава теплопроводящая втулка 3 обеспечивает большую площадь контакта и надежный контакт втулки с нагреваемой поверхностью. Пластиковый держатель 12 обеспечивает жесткое закрепление термистора 13, а применяемый теплопроводящий компаунд 14 повышенную теплопроводность. Как следствие, разработанный узел преобразования температуры обеспечивает измерение температуры поверхности радиатора с относительной погрешностью 0,7% в допустимом температурном диапазоне.
Таким образом, обеспечивается достижение заявленной технической цели предлагаемого беспроводного счетчика-распределителя тепла: повышение надежности, точности измерения температуры и стабильности работы прибора при установке на радиаторах отопления.
Это обеспечивается тем, что:
- устройство снабжено дополнительной пластиной тепло- и влаго- защиты, которая защищает плату и элемент питания от нагрева и попадания влаги;
- антенна передатчика конструктивно выполнена в виде проводника на печатной плате, что обеспечивает хорошую радиопередачу и стабильное качество изготавливаемого изделия;
- конструкция термодатчика состоит из теплопроводящей алюминиевой втулки, пластикового держателя, термистора и термопроводящего компаунда;
- прибор отправляет только один тип телеграмм, что упрощает процесс пуско-наладки и снижает вероятность брака;
- на дисплей выводится температура поверхности отопительного прибора, что позволяет визуально контролировать работоспособность датчика температуры поверхности отопительного прибора.