Информационно-измерительная система эквивалентного теплового сопротивления

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматического контроля и регулирования физических величин, например температуры при создании микроклимата в помещении. Изобретение позволяет производить оценку усредненного теплового сопротивления между помещением и внешней средой, а также оценку тепловой мощности, расходуемой для поддержания заданной температуры. Изобретение обеспечивает возможность прогнозирования изменения теплозатрат при различных режимах теплообмена и выбора эффективных мер по их снижению, что обеспечивается за счет того, что изобретение предусматривает наличие датчика температуры на входе теплообменника, подключенного к первому входу первого элемента сравнения, выход которого подключен к второму входу первого блока умножения, выход которого подключен к первому входу блока деления. Изобретение включает также задатчик температуры, регулятор температуры, первый выход которого подключен к входу исполнительного органа. В изобретение введены датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника, датчик скорости теплоносителя, задатчик константы теплоемкости теплоносителя, второй блок умножения, индикатор тепловой мощности, первый и второй компараторы, таймер, индикатор положения диафрагмы, датчик температуры внутри помещения, датчик температуры вне помещения, второй элемент сравнения, третий блок умножения, индикатор эквивалентного температурного сопротивления. Причем датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника подключен к второму входу первого элемента сравнения, выход датчика скорости теплоносителя подключен к первому входу второго блока умножения, выход задатчика константы теплоносителя подключен к второму входу второго блока умножения, выход которого подключен к входу первого блока умножения, выход которого подключен к входу индикатора тепловой мощности и первому входу блока деления, первый выход задатчика температуры подключен к второму входу первого компаратора, второй выход задатчика температуры подключен к первому входу второго компаратора, выход первого компаратора подключен к первому входу регулятора температуры, ко второму входу которого подключен выход таймера, а к третьему входу подключен выход второго компаратора, первый выход регулятора температуры соединен с входом исполнительного органа, второй выход регулятора температуры подключен к выходу индикатора положения диафрагмы, выход датчика температуры внутри помещения подключен к первому входу второго элемента сравнения, к второму входу которого подключен датчик температуры вне помещения, выход второго элемента сравнения подключен к первому входу первого компаратора, к второму входу второго компаратора, первому и второму входу третьего блока умножения, выход которого подключен к второму входу блока деления, выход которого подключен к входу индикатора эквивалентного температурного сопротивления. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области регулирования параметров микроклимата и может быть использовано для автоматического контроля и регулирования физических величин, например температуры.

Оно может использоваться для оценки усредненного теплового сопротивления между помещением и внешней средой, а также для оценки тепловой мощности, расходуемой для поддержания заданной температуры.

Известен ряд устройств отпуска тепла. Температурный график качественного регулирования разнородной нагрузки отопления при низких наружных температурах, как правило, не выполняется. Это обусловлено некоторыми техническими и технологическими причинами (см. Быков А.Б. Регулирование отпуска тепла в системах централизованного теплоснабжения в периоды резкого похолодания // Теплоэнергетика, №7, 2003 - с.52-53).

Известно устройство для контроля физических величин, например температуры, содержащее измерительный мост, в одно из плеч которого включен датчик, источник питания моста, усилитель разбаланса в диагонали моста и исполнительное реле с выходным контактом (АС СССР №397752, опубликованный 18.11.74 г., МПК² G01d 3/06).

Недостатком данного устройства является то, что решается задача регулировки теплообмена на основе дифференциальной составляющей затрат энергии.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для регулирования температуры и относительной влажности воздуха в помещении, содержащее датчик и задатчик температуры, подключенные к элементу сравнения, блок умножения, блок деления, регулятор температуры, исполнительный орган (АС СССР №691812, МПК² G05D 23/10, БИ №38, 1979 г.).

Задачей предложенного изобретения является возможность прогнозирования изменения теплозатрат при различных режимах теплообмена, и выбирать эффективные меры по их снижению.

Поставленная задача достигается тем, что в информационно-измерительную систему эквивалентного теплового сопротивления, содержащую датчик температуры на входе теплообменника, подключенный к первому входу первого элемента сравнения, выход которого подключен к второму входу первого блока умножения, выход которого подключен к первому входу блока деления, задатчик температуры, регулятор температуры, первый выход которого подключен к входу исполнительного органа, дополнительно введены датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника, датчик скорости теплоносителя, задатчик константы теплоемкости теплоносителя, второй блок умножения, индикатор тепловой мощности, первый и второй компараторы, таймер, индикатор положения диафрагмы, датчик температуры внутри помещения, датчик температуры вне помещения, второй элемент сравнения, третий блок умножения, индикатор эквивалентного температурного сопротивления, причем датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника подключен к второму входу первого элемента сравнения, выход датчика скорости теплоносителя подключен к первому входу второго блока умножения, выход задатчика константы теплоносителя подключен к второму входу второго блока умножения, выход которого подключен к входу первого блока умножения, выход которого подключен к входу индикатора тепловой мощности и первому входу блока деления, первый выход задатчика температуры подключен к второму входу первого компаратора, второй выход задатчика температуры подключен к первому входу второго компаратора, выход первого компаратора подключен к первому входу регулятора температуры, ко второму входу которого подключен выход таймера, а к третьему входу подключен выход второго компаратора, первый выход регулятора температуры соединен с входом исполнительного органа, второй выход регулятора температуры подключен к выходу индикатора положения диафрагмы, выход датчика температуры внутри помещения подключен к первому входу второго элемента сравнения, к второму входу которого подключен датчик температуры вне помещения, выход второго элемента сравнения подключен к первому входу первого компаратора, к второму входу второго компаратора, первому и второму входу третьего блока умножения, выход которого подключен к второму входу блока деления, выход которого подключен к входу индикатора эквивалентного температурного сопротивления.

В информационно-измерительной системе эквивалентного теплового сопротивления датчик температуры, задатчик температуры, элементы сравнения, блок умножения, блок деления, регулятор температуры, компараторы используются по своему прямому назначению и широко известны в электротехнике. Однако совокупность соединений, указанная выше, в патентной и научно-технической литературе не обнаружены.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема информационно-измерительной системы эквивалентного теплового сопротивления.

Информационно-измерительная система эквивалентного теплового сопротивления содержит датчик температуры теплоносителя на входе теплообменника 1, подключенный к первому входу первого элемента сравнения 3, датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника 2, подключенный к второму входу первого элемента сравнения 3, выход датчика скорости теплоносителя 5 подключен к первому входу второго блока умножения 7, выход задатчика константы теплоносителя 6 подключен к второму входу второго блока умножения 7, выход которого подключен к входу первого блока умножения 4, выход которого подключен к входу индикатора тепловой мощности 8 и первому входу блока деления 20, первый выход задатчика температуры 9 подключен к второму входу первого компаратора 10, второй выход задатчика температуры 9 подключен к первому входу второго компаратора 11, выход первого компаратора 10 подключен к первому входу регулятора температуры 13, ко второму входу которого подключен выход таймера 12, а к третьему входу подключен выход второго компаратора 11, первый выход регулятора температуры 13 соединен с входом исполнительного органа 14, второй выход регулятора температуры подключен к выходу индикатора положения диафрагмы 15, выход датчика температуры внутри помещения 16 подключен к первому входу второго элемента сравнения 18, к второму входу которого подключен датчик температуры вне помещения 17, выход второго элемента сравнения 18 подключен к первому входу первого компаратора 10, к второму второго компаратора 11, первому и второму входам третьего блока умножения 19, выход которого подключен к второму входу блока деления 20, выход которого подключен к входу индикатора эквивалентного температурного сопротивления 21.

Информационно-измерительная система эквивалентного теплового сопротивления работает следующим образом.

Для поддержания температуры в помещении используются теплообменники (радиаторы), через которые пропускают жидкий или газообразный теплоноситель, датчик температуры на входе в теплообменник 1 измеряет температуру на входе, а датчик температуры теплоносителя на выходе из теплообменника 2 измеряет температуру на выходе из теплообменника. Зная температуры теплоносителя на входе и на выходе теплообменника можно найти, на сколько градусов изменилась температура теплоносителя (Δt), сравнение температур на входе и выходе теплообменника происходит в первом элементе сравнения 3 и результат передается в первый блок умножения 4.

Скорость движения теплоносителя измеряется в датчике скорости теплоносителя 5, а в задатчике константы теплоемкости теплоносителя 6 задается коэффициент, учитывающий сечение трубы теплоноситля и значение его теплоемкости. Зная скорость движения теплоносителя и сечение трубы, по которой он движется, можно найти его массу. Перемножая заданную константу на скорость теплоносителя во втором блоке умножения 7 и умножая на разность температур в (Δt) в первом блоке умножения 4, находим количество теплоты Q, отданное в теплообменнике.

Q=c·m·Δt,

где с - теплоемкость;

m - масса;

Δt - разность температур теплоносителя.

Измеряя количество теплоты за одну секунду, получим тепловую мощность Р, которую показываем на индикаторе тепловой мощности 8

,

где Т - время.

Температуру в помещении измеряем датчиком температуры внутри помещения 16, температуру вне помещения измеряем датчиком температуры вне помещения 17. Зная температуры внутри и вне помещения находим разность температур во втором элементе сравнения 18 и результат поступает на вход третьего блока умножения 19, на первый вход первого компаратора 10, второй вход второго компаратора 11.

Сигнал с задатчика температуры 9 (задает верхний и нижний пределы поддержания температуры) подается на второй вход первого компаратора 10 и первый вход второго компаратора 11.

Сигналы с выходов первого компаратора 10 и второго компаратора 11 поступают на первый и третий входы регулятора температуры 13, на второй вход которого поступают сигналы с таймера 12, с выхода регулятора температуры 13 сигнал поступает на индикатор положения диафрагмы 15 и исполнительный орган 14. Исполнительный орган представляет собой ступенчатый переключатель положения диафрагмы.

Если температура ниже нижнего заданного порога, то с первого компаратора 10 поступает единичный сигнал, если температура выше верхнего заданного порога, то единичный сигнал поступает с второго компаратора 11 и по синхронизирующему сигналу с таймера 12 исполнительный орган 14 меняет положение диафрагмы в трубе теплоносителя.

Для регулировки температуры в помещении используем ступенчато переключающуюся диафрагму, расположенную в трубе теплоносителя. При закрывании диафрагмы скорость теплоносителя падает. В установившемся режиме разность температур теплоносителя постоянна и температура, поддерживаемая в помещении, не меняется. Значит тепловая мощность от теплообменника равна тепловой мощности обмена с внешней средой. Качество теплоизоляции можно оценить в виде эквивалентного теплового сопротивления теплоизоляции R_э.с.:

где Δt₁ - разность температур внутри и снаружи помещения

Выходной сигнал с третьего блока умножения 19, пропорциональный квадрату разности температур, поступивших на вход, подается на второй вход блока деления 20, на первый вход которого подступает сигнал с первого блока умножения 4. Выходной сигнал с блока деления 20 подается на индикатор эквивалентного температурного сопротивления изоляции между помещением и внешней средой 21.

Использование данной информационно-измерительной системы позволит оценивать качество теплоизоляции помещения, даст возможность выбирать меры по эффективному сбережению (управлению) тепла или холода, а также оценить величину тепловой мощности, расходуемой при теплообмене с внешней средой.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемая информационно-измерительная система эквивалентного теплового сопротивления позволит прогнозировать изменение теплозатрат при различных режимах теплообмена и выбирать эффективные меры по их снижению.

Информационно-измерительная система эквивалентного теплового сопротивления, содержащая датчик температуры на входе теплообменника, подключенный к первому входу первого элемента сравнения, выход которого подключен к второму входу первого блока умножения, выход которого подключен к первому входу блока деления, задатчик температуры, регулятор температуры, первый выход которого подключен к входу исполнительного органа, отличающаяся тем, что в устройство дополнительно введены датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника, датчик скорости теплоносителя, задатчик константы теплоемкости теплоносителя, второй блок умножения, индикатор тепловой мощности, первый и второй компараторы, таймер, индикатор положения диафрагмы, датчик температуры внутри помещения, датчик температуры вне помещения, второй элемент сравнения, третий блок умножения, индикатор эквивалентного температурного сопротивления, причем датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника подключен к второму входу первого элемента сравнения, выход датчика скорости теплоносителя подключен к первому входу второго блока умножения, выход задатчика константы теплоносителя подключен к второму входу второго блока умножения, выход которого подключен к входу первого блока умножения, выход которого подключен к входу индикатора тепловой мощности и первому входу блока деления, первый выход задатчика температуры подключен к второму входу первого компаратора, второй выход задатчика температуры подключен к первому входу второго компаратора, выход первого компаратора подключен к первому входу регулятора температуры, ко второму входу которого подключен выход таймера, а к третьему входу подключен выход второго компаратора, первый выход регулятора температуры соединен с входом исполнительного органа, второй выход регулятора температуры подключен к выходу индикатора положения диафрагмы, выход датчика температуры внутри помещения подключен к первому входу второго элемента сравнения, к второму входу которого подключен датчик температуры вне помещения, выход второго элемента сравнения подключен к первому входу первого компаратора, к второму входу второго компаратора, первому и второму входу третьего блока умножения, выход которого подключен к второму входу блока деления, выход которого подключен к входу индикатора эквивалентного температурного сопротивления.