Г.М. Сологуб

Комплекты термопреобразователей сопротивления для измерения разности температур КТСП-Н

      Статья из сборника к 19-ой международной начно-практической конференции "Коммерческий учет энергоносителей", проходившей в апреле 2004 года в Санкт-Петербурге.

   В последние годы наблюдается значительный рост производства приборов учета тепловой энергии. Все большее количество потребителей осознают экономическую выгоду расчетов за поставленную тепловую энергию по приборам учета. Безусловно, что поставщики и потребители тепловой энергии вправе рассчитывать на то, что точность измерения приборами учета обеспечивает допустимый уровень погрешности - т.е. тот уровень, при котором обе стороны признают эффективность использования топливно-энергетических ресурсов и справедливость расчетов за них. Одним из основных узлов, влияющих на точность приборов учета тепловой энергии, являются комплекты термопреобразователей сопротивления для измерения разности температур. Помимо того, что комплекты должны быть изготовлены и оценены с требуемой точностью, не последнюю роль в обеспечении точности измерения разности температур играет соблюдение существующих нормативных требований по монтажу комплектов непосредственно на трубопроводах. Наше предприятие, начиная с 1997 г., выпускает комплекты термопреобразователей, и по результатам эксплуатации комплектов у различных потребителей мы сделали следующие наблюдения:
1) комплекты термопреобразователей, как правило, заказываются потребителями без защитных (монтажных) гильз;
2) комплекты заказываются, независимо от погрешности измерения разности температур, с необоснованно (по нашему мнению) завышенными требованиями по классу точности термопреобразователей - класс А или 1/3 класса В;
3) гильзы, изготавливаемые не производителями термопреобразователей, как правило, делаются из стали с толщиной стенки от 3 мм и более, при этом зазор между корпусом термопреобразователя и гильзой составляет до 2 мм (спрашивается - зачем класс А или 1/3 класса В?);
4) используются несоответствующие уплотнительные материалы, что не исключает "высыхания" гильзы, при этом образуется воздушный зазор между термопреобразователем и стенкой гильзы.
   Изучение зарубежных образцов комплектов термопреобразователей для измерения разности температур и дискуссии в печати по вопросам норм точности для комплектов, а также систематический анализ результатов эксплуатации комплектов привели нас к выводу о необходимости разработки качественно нового комплекта термопреобразователей. Основные цели, которые мы ставили перед собой при разработке новой конструкции:
1. Минимизировать влияние гильзы на точность измерения,
2. Значительно уменьшить показатель тепловой инерции,
3. Достичь более эстетичного вида, при сохранении надежности изделия в целом.
При разработке мы руководствовались требованиями европейского стандарта ЕN 1434 /1/, предложениями предприятий топливно-энергетического комплекса и различных потребителей. Влияние защитной гильзы на точность измерения удалось свести к минимуму за счет применения двухступенчатого подхода:
1. применение в конструкции термопреобразователя полиамидной вставки между корпусом термопреобразователя и монтажной трубкой (рис.1),
2. применение гильзы, в которой термопреобразователь крепится боковым винтом на этой вставке (рис. 3)
   Таким образом, вставка играет роль развязывающего устройства в системе прямого теплообмена между термопреобразователем и гильзой. В случае фиксации термопреобразователя в гильзе посредством штуцера препятствий такому теплообмену нет. При выборе конструкции новой разработки комплектов мы исходили из того, что новая конструкция должна обеспечивать наименьший показатель тепловой инерции, как необходимое условие максимально возможного равенства температур между объектом измерения и термопреобразователем при наступлении теплового равновесия. Данное обстоятельство особенно важно для термопреобразователя, устанавливаемого на "подающий" трубопровод с более высокой температурой теплоносителя. При измерении более высокой температуры теплоносителя за счет потерь "теплового" потока через арматуру термопреобразователя измеряемая температура занижена на бoльшую величину (В.А. Медведев, /2/). В целях решения данной проблемы уменьшена толщина стенок арматуры термопреобразователя и диаметр монтажной части (рис. 1) соответственно до 0,5 мм и 4,0 мм, что существенно снизило теплоемкость защитной арматуры.

Рис.1 Применен новый тип запатентованной конструкции платинового чувствительного элемента с меандром на печатной плате (рис. 2) с целью уменьшения теплообмена между элементом чувствительным и выводящими проводами.

Рис.2 Показатель тепловой инерции примененного элемента чувствительного с присоединенными проводниками при погружении в воду составляет 0,1 с, что позволило уменьшить показатель тепловой инерции термопреобразователя сопротивления до величины менее 10 с при погружении в масло. Можно ожидать, что за счет разности вязкости масла и воды, показатель тепловой инерции в воде составит не более 3 с. Оценка дополнительной погрешности и влияющие факторы подробно описаны в статье /3/, размещенной на сайте предприятия "Термико" (г. Москва). Реальным качественным достижением новой конструкции комплекта является достигнутое значение минимальной глубины погружения. Минимальная глубина погружения термопреобразователя составляет 30 мм. В пользу выбора данной конструкции говорит и тот факт, что за прошлый год только одной фирмой изготовлено более пяти миллионов чувствительных элементов с меандром на печатной плате для использования в составе теплосчетчиков. Анализ продукции различных изготовителей показал, что на сегодняшний день такую же или подобную конструкцию разделения элемента чувствительного от выводящих проводников используют практически все известные зарубежные фирмы.

Рис.3 Основываясь на рекомендациях EN 1434, для комплектов КТСП-Н с диаметром монтажной части 4 мм разработана гильза (рис. 3) с учетом вышеизложенных условий уменьшения потерь "теплового" потока через арматуру, в данном случае через гильзу термопреобразователя. В первую очередь нами ужесточены требования к обеспечению минимального зазора между гильзой и корпусом термопреобразователя до величины 0,05 мм. Гильза изготавливается из нержавеющей стали. Погружаемая часть гильзы выполнена из трубки диаметром 8 мм и толщиной стенки 1 мм. Внутри трубки на длину 35 мм запрессован вкладыш с отверстием диаметром 4+0,1 мм под установку термопреобразователя. Для термопреобразователей длиной более 100 мм разработаны усиленные гильзы, но с сохранением основного подхода - использования запрессованного вкладыша с калиброванным отверстием. При проведении испытаний на влияние защитной гильзы при установке термопреобразователя в масляном термостате при 140 С на погрешность измерения температуры нами получены следующие результаты: - разность показаний температуры между термопреобразователем сопротивления без гильзы и термопреобразователем установленным в "сухую" гильзу (т.е. без дополнительного заполнения зазора между корпусом термопреобразователя и гильзой маслом) составляет менее 0,1 С. При выдержке в термостате более 30 мин разность уменьшается и можно предположить, что при наличии теплоизоляции места установки термопреобразователя с гильзой от внешней среды разность показаний будет уменьшена до несущественной величины. Эти данные ни в коей мере не противопоставляются данным, приведенным в статье В.А. Медведева, С.Н. Ненашева, В.С. Соболева, Я.Г. Фудима, /2/, т.к. конструкция гильзы была доработана и мы намерены продолжать исследования в этой области. Немаловажным элементом новой конструкции мы считаем корпус клеммной колодки термопреобразователя. Корпус изготовлен по аналогии с европейским корпусом типа J. Корпус выполнен литьем из алюминия, имеет высококачественное защитное покрытие из полиэфирно-эпоксидной полимерной краски. Крепежные изделия крышки корпуса, корпус и установочный винт гильзы имеют отверстия для пломбирования и полностью исключают несанкционированный доступ к схеме термопреобразователя без нарушения пломбировки. Кроме того, алюминиевый корпус надежно предохраняет клеммную колодку от механического повреждения. В новой разработке комплектов КТСП-Н принята методика поверки комплектов термопреобразователей по трем точкам диапазона измеряемых температур:
0 +/- 0,01º С (нулевой термостат);
80 +/- 5º С (масляный термостат);
140 +/- 5º С (масляный термостат).
Методы оценки и нормы точности для комплектов термопреобразователей подробно и обоснованно предложены в статьях В.А. Медведева, О.Е. Олевской (Ростест-Москва) /4/, в статье Е.В. Васильева (ВНИИМС, г. Москва), А.В. Белевцева, А.В. Каржавина /5/. В настоящее время комплекты обеспечивают измерение разности температур Δt=3-150º C c допустимой погрешностью (0.5+3o Δtmin / Δt). Начиная с августа 2004 г. предприятие планирует начать выпуск комплектов с диапазоном измерения разности температур Δt=2-150º C . Значение погрешностей рассчитывается по всей внутренней области диапазонов рабочих температур и разностей температур с применением программы Testpara, разработанной и любезно предоставленной В.А. Медведевым (Ростест-Москва). Все вышеизложенное, по нашему мнению, позволяет сделать заключение, что на сегодняшний день комплекты термопреобразователей сопротивления КТСП-Н имеют конструкцию:
- в наибольшей степени учитывающей и исключающей дополнительные статические погрешности, связанные с условиями теплообмена термопреобразователя с объектом измерения;
- достаточную для большинства применений точность измерения разности температур;
- обеспечивающую возможность надежной защиты от несанкционированного доступа.

По вопросам приобретения КТСП-Н можно обращаться к нашему партнеру и представителю в России ООО "ЭЛТА":
Телефон/факс: (812) 327-73-96, 327-73-97
Почтовый адрес: 199034, г.Санкт-Петербург, Васильевский остров,16-я линия, д.7
E-mail: elta@elta-tsp.com, Web: http://elta-tsp.com

Литература.
/1/ Европейский стандарт EN 1434-97. Теплосчетчики.
/2/ В.А. Медведев, С.Н. Ненашев, В.С. Соболев, Я.Г. Фудим "О влиянии защитной гильзы при установке термопреобразователей в трубопроводах системы теплоснабжения на погрешность измерения количества теплоты".
/3/ "Моделирование тепловых процессов при измерениях температуры".
www.termiko.ru/metrologi_proc.htm /4/ Олевская О. Е, Медведев В.А. О единой методике поверки комплектов термопреобразователей сопротивления, применяемых в теплосчетчиках.
/5/ Васильев Е.В., Белевцев А.В., Каржавин А.В., Петров Д.В., Улановский А.А., Фетисова О.В. Методика поверки комплектов термопреобразователей для теплосчетчиков. www.iks.obninsk.com

Геннадий Михайлович Сологуб, директор ООО "ИНТЭП". г. Новополоцк, Беларусь. E-mail: intep@tut.by

Используются технологии uCoz