Главная  |   Учёба  |   Работа  |   Досуг

ШКОЛА «ТЕПЛОПУНКТА»

Цикл лекций «Теплосчётчик в разрезе»
Лекция 2: о датчиках давления

Д. Анисимов
Фото автора

Вторая лекция нашего цикла посвящена датчикам давления. На предыдущем уроке мы хоть и вскользь, но отметили, что для учёта тепловой энергии нужно измерять (только) расход теплоносителя и разность его температур на входе и выходе системы теплопотребления. Тогда для чего нужны датчики давления? Частично на этот вопрос мы ответим сразу, рассмотрев «физику процесса». А окончательно закроем тему позже, когда будем рассказывать о «теплосчётчиках в сборе».

Роль измерений давления в учёте тепла

Давайте рассмотрим формулу измерений тепловой энергии более детально.

В наиболее распространённом случае случае тепловая энергия определяется как произведение массы теплоносителя, прошедшего через систему теплопотребления, на разность удельных энтальпий теплоносителя на входе (в подающем трубопроводе) и выходе (в обратном трубопроводе) системы:

Q = M (h1 – h2).

Но «напрямую» теплосчётчик измеряет не массы и энтальпии, а объёмы и температуры. Зная объём, массу можно вычислить по известной со школы формуле «плотность на объём» —

M = Vρ.

Всё вроде бы просто, но есть одно но: плотность воды — величина не постоянная, она зависит от температуры и давления. Причём зависимость эту нельзя выразить точной формулой — она определяется либо по специальным таблицам, либо при помощи апроксимирующего полинома. То же и с энтальпией — это тоже функция давления и температуры, и тоже «табличная».

Выходит, чтоб реализовать простейшую формулу M (h1 – h2), необходимо измерить объём теплоносителя, его температуру на входе и выходе системы, а также давление в тех же точках. А затем, зная температуры и давления, найти соответствующие им значения плотностей и энтальпий, вычислить массу, вычислить разность энтальпий и только затем уже найти Q.

Итак, без датчиков давления учёт тепла невозможен? И да, и нет: всё определяется той точностью, с которой мы хотим производить измерения.

Посмотрим табличку с цифрами, приведённую ниже.

Видим, что при неизменном давлении с изменением температуры даже на один градус (сравниваем, скажем, столбцы для температур 100 и 101°С) и плотность, и удельная энтальпия изменяются, скажем так, ЗАМЕТНО. А вот при одной и той же температуре, но разном давлении — НЕ ОЧЕНЬ. Кроме того, в нормально работающих системах теплоснабжения давление БОЛЕЕ-МЕНЕЕ постоянно и ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО известно заранее. Нельзя ли использовать для учёта некие проектные значения давления? — об этом мы поговорим на лекции о теплосчётчиках. Однако, отметим, что знать давление полезно и «само по себе»: для контроля режимов работы систем теплоснабжения / теплопотребления и диагностики целостности трубопроводов. По-простому это можно описать так: увидел, что давление изменилось по сравнению с обычным (проектным, нормативным) — вызывай ремонтную бригаду.

Датчики давления

Датчики давления

Устройство датчиков давления

Принцип работы датчика прост: давление среды воздействует на чувствительный элемент, от чего его свойства изменяются, и эти изменения электронной схемой «транслируются» в выходной сигнал, пропорциональный давлению. В качестве чувствительного элемента может выступать, например, мембрана с расположенными на ней тензорезисторами. Под давлением тензорезисторы деформируются (тем сильнее, чем выше давление), в результате изменяется их электрическое сопротивление. По величине этого изменения и определяется давление.

Отметим: бывают датчики избыточного, а бывают — абсолютного давления. Избыточное — это давление сверх атмосферного, абсолютное — сумма атмосферного и избыточного. Если датчики давления изначально не входили в комплект теплосчётчика, то при их выборе необходимо точно знать, информацию о каком именно давлении — избыточном или абсолютном — должен получать вычислитель.

Монтаж и подключение датчиков давления

Внешне датчик давления представляет собой, как правило, небольшой цилиндр, в нижней части которого имеется резьба (чаще М20х1,5) для монтажа, в верхней — разъём или клеммник для подключения кабеля связи с вычислителем. Кабель нужен, как правило, двужильный. В отличие от термопреобразователя, чувствительный элемент которого всегда отделен от контролируемой среды как минимум корпусом, а чаще — защитной гильзой, чувствительный элемент датчика давления должен со средою соприкасаться. А среда в нашем случае — это горячая или очень горячая вода, в которой могут содержаться механические примеси. А мембрана датчика — деталь довольно нежная. Поэтому датчик давления монтируется не прямо «в стенку» трубопровода, а через так называемое отборное устройство — импульсную или демпферную трубку. Это, действительно, трубка, большая часть которой «свернута в кольцо». Одним концом присоединяется (обычно при помощи сварки) к трубопроводу, на другом монтируется датчик. Трубка защищает его от воздействия высокой температуры (вода в «кольце» остывает) и пульсаций давления. А чтобы датчик можно было легко демонтировать (для диагностики, ремонта, поверки), к трубке он присоединяется не напрямую, а через запорную арматуру (кран, вентиль).

Отборные устройства

Отборные устройства датчиков давления

Выходной сигнал датчика давления — чаще всего токовый. Сила тока изменяется в диапазоне 0-5, 0-20 или 4-20 мА пропорционально измеряемому давлению. Применяются также датчики, информативный параметр сигнала которых — напряжение. Поэтому при выборе датчиков давления необходимо знать, с каким именно сигналом работает ваш вычислитель.

Заключение

Вот, пожалуй, и все, что мы хотели рассказать здесь о датчиках давления. Они нужны (с некоторыми оговорками) для измерений тепловой энергии и однозначно полезны с точки зрения контроля за состоянием трубопроводов и режимами работы систем теплоснабжения / теплопотребления. К трубопроводу датчики давления присоединяются через отборные устройства с кранами, к тепловычислителю подключаются кабелем. Чаще всего для работы датчика давления нужен отдельный блок питания (источник напряжения); лишь немногие модели тепловычислителей имеют встроенные блоки для питания датчиков давления.


Дополнения для любознательных:
пока нет

 

К расписанию занятий

 

Перепечатка, копирование, тиражирование материалов «Школы Теплопункта» возможны только по согласованию с автором. Ссылки на страницы «Школы Теплопункта» могут размещаться на страницах других сайтов без предварительного согласования.

 

Сайт работает с 18 марта 2000 года
© Дмитрий Анисимов   anisimov@teplopunkt.ru