Счетчики электрической энергии

Изучение приборов учета

           

Цель работы: изучение приборов для измерения произведенной и потребленной тепловой и электрической энергии.

СЧЕТЧИКИ ВОДЫ

Применяют: крыльчатые (для небольших расходов воды) и турбинные (для больших расходов воды) скоростные водосчетчики, а также ультразвуковые и электромагнитные водосчетчики. 

Принцип действия крыльчатых и турбинных водосчетчиков основан на суммировании числа оборотов помещенной в поток воды вращающейся крыльчатки или турбинки. Скорость вра­щения крыльчатки или турбинки пропорциональна средней скорости движения воды в месте установки прибора. Передаточный механизм передает число оборотов крыльчатки (турбинки) счетному механизму, связанному с циферблатами, который суммирует количество воды, прошедшей через водосчетчик.

Крыльчатые водосчетчики. Ось вращения крыльчатки у водосчетчиков расположена перпендикулярно направлению движения воды. Их размещают и на горизонтальных и на вертикальных участках на резьбовых соединениях.

В турбинных водосчетчиках ось вращения турбинки расположена параллельно направлению потока воды, они могут устанавливаться и на горизонтальных и на вертикальных участках. Такие счетчики присоединяют к трубопроводам при помощи фланцев. Турбинные водосчетчики выпускают калибром 50—250 мм.

Ультразвуковые водосчетчики используют принцип измерения скорости распространения звуковых колебаний в движущемся потоке в зависимости от скорости потока жидкости.Устанавливаются в любом положении.

В электромагнитных водомерах принцип измерения расхода жидкости заключается в следующем: трубопровод с движущейся в нем водой помещается в магнитное поле, создаваемое постоянными или переменными магнитами. Перемещаемая по трубопроводу вода играет роль проводника,премещающегося в магнитном поле,создаваемом магнитом. В воде как в проводнике возбуждается электрический ток, величина которого пропорциональна средней скорости потока, а следовательно, и расходу измеряемой жидкости.

Перед водосчетчиками рекомендуется предусматривать прямой участок длиной, равной пяти диаметрам. Водосчетчики бывают холодноводные и горячеводные.

При значительных колебаниях расходов воды для учета малых и больших количеств применяют комбинированные водосчетчики, со­стоящие из крыльчатого и турбинного, с переключающим клапаном. Малые расходы воды фик­сируются крыльчатым водосчетчиком, а при увеличении расхода клапан направляет поток воды в турбинный счетчик. Показания счетчиков сум­мируют.

Существуют конструкции с дистанционной пере­дачей показаний счетчиков по линии связи к регистрирующим при­борам.

Большие расходы воды (более 500 м³/ч) можно измерять при помощи сужающих устройств - диафрагм, сопел, труб Вентури (также они применяются при больших давлениях в сети, когда использование водосчетчиков невозможно). Они позволяют определять расход воды по перепаду давления до и после сужения. Для измерения расхода по перепаду давления применяют манометры, разградуированные на расход.

Подбор водосчетчиков

При подборе водосчетчика следует учитывать его характеристики: средний часовой расход при длительной эксплуата­ции, порог чувствительности, область учета, а также допустимые зна­чения потерь напора. Порогом чувствительности водосчетчика счи­тается тот наименьший расход, при котором начинается вращение крыльчатки или вертушки. Область учета - отношение наименьшего к наибольшему (номинальному) расходу, зависит от калибра водосчет­чика и составляет 1:12 и более, а у комбинированных счетчиков достигает 1:120 и более.

СЧЕТЧИКИ ТЕПЛОТЫ

   прибор учета теплоты (теплосчетчик) состоит из двух датчиков температуры и счетчика воды, которые связаны с вычислительным блоком.

Термопары сопротивления используют в комплекте приборов теплосчетчика для измерения температур поступающейи воз­вратной воды сети теплоснабжения. Принцип измерения тем­пературы среды, в которую помещен чувствительный элемент тер­мометра сопротивления, основан на способности различных материалов изменять свое электрическое сопротивление с изме­нением температуры.

В качестве чувствительного элемента служит намотанная на керамический стержень тонкая платиновая или медная проволока. Особо точные термометры делают с использованием платиновой проволоки, но эти приборы дороги. Наибольшее распространение получили термометры сопротивления с использованием медной проволоки, хотя она обладает сравнительно небольшим удельным омическим сопротивлением. Величина омичес­кого сопротивления влияет на габариты термометров сопротивле­ния. Чем меньше удельное омическое сопротивление проволоки в чувствительном элементе, тем большая требуется длина проволоки его и соответственно большие габариты прибора.

СЧЕТЧИКИ ГАЗА

Мембранные (диафрагменные, камерные) счетчики газа

Мембранный счетчик (диафрагменный, камерный) — счетчик газа, принцип действия которого основан на том, что при помощи различных подвижных преобразовательных элементов газ разделяют на доли объема, а затем производят их циклическое суммирование.

Турбинные счетчики газа

В турбинном счетчике газа под воздействием потока газа колесо турбины приводится во вращение, число оборотов которого прямо пропорционально протекающему объему газа. Число оборотов турбины через понижающий редуктор и газонепроницаемую магнитную муфту передается на находящийся вне газовой полости счетный механизм, показывающий (по нарастающей) суммарный объем газа при рабочих условиях, прошедший через прибор.

Ротационные счетчики газа

В связи с увеличением видов газового оборудования возникла необходимость в измерительных приборах, которые обладали бы сравнительно большой пропускной способностью и значительным диапазоном измерений при сравнительно небольших габаритных размерах. Этим условиям удовлетворяют ротационные газовые счетчики, которые обладают дополнительно следующими достоинствами: отсутствие потребности в электроэнергии, долговечность, возможность контроля исправности работы по перепаду давления на счетчике во время его работы, нечувствительность к кратковременным перегрузкам. Ротационные счетчики широко применяют в коммунальном хозяйстве, особенно в отопительных котельных, а также на небольших и средних предприятиях.

Ротационный (роторный) счетчик — камерный счетчик газа, в котором в качестве преобразовательного элемента применяются восьмиобразные роторы.

Вихревые расходомеры (газосчётчики)

Вихревыми называются расходомеры, основанные на зависимости от расхода частоты колебаний давления, возникающих в потоке в процессе вихреобразования или колебания струи либо после препятствия определенной формы, установленного в трубопроводе, либо специального закручивания потока.

Свое название вихревые расходомеры получили от явления срыва вихрей, возникающих при обтекании потоком жидкости или газа препятствия, обычно в виде усеченной трапецеидальной призмы (рис. 8.9). Позади тела обтекания располагается чувствительный элемент, воспринимающий вихревые колебания.

К достоинствам вихревых расходомеров следует отнести: отсутствие подвижных частей, независимость показаний от давления и температуры, большой диапазон измерений, частотный измерительный сигнал на выходе, возможность получения универсальной градуировки, сравнительно небольшая стоимость и т. д.

К недостаткам вихревых расходомеров относятся значительные потери давления (до 30-50 кПа), ограничения возможностей их применения: они не пригодны при малых скоростях потока среды, для измерения расхода загрязненных и агрессивных сред.

Так же существуют жидкостные газовые счетчики. Одни из самых точных газовых счетчиков. Но из – за сложности конструкции, и сложности их в обслуживание подобные счетчики в основном применяют в лабараторных условиях. Работают они на принципе скорости выталкивания определенных газовых субстанций, в определенных порциях, из определенной жидкостной субстанции (в основном из дестилированой воды). Порции выталкивания газовой субстанции из жидкостной задаются лапатаобразным валом специальной формы.

СЧЕТЧИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Для расчёта электрической энергии, потребляемой за определённый период времени, необходимо интегрировать во времени мгновенные значения активной мощности. Для синусоидального сигнала мощность равна произведению напряжения на ток в сети в данный момент времени. На этом принципе работает любой счётчик электрической энергии. На рис. 1 показана блок-схема электромеханического счётчика.

 

Рис. 1. Блок-схема электромеханического счетчика электрической энергии

 Реализация цифрового счётчика электрической энергии (рис. 2) требует специализированных ИС, способных производить перемножение сигналов и предоставлять полученную величину в удобной для микроконтроллера форме. Например, преобразователь активной мощности — в частоту следования импульсов. Общее количество пришедших импульсов, подсчитываемое микроконтроллером, прямо пропорционально потребляемой электроэнергии.

Рис. 2. Блок-схема цифрового счетчика электрической энергии

 

Не менее важную роль играют всевозможные сервисные функции, такие как дистанционный доступ к счётчику, к информации о накопленной энергии и многие другие. Наличие цифрового дисплея, управляемого от микроконтроллера, позволяет программно устанавливать различные режимы вывода информации, например, выводить на дисплей информацию о потреблённой энергии за каждый месяц, по различным тарифам и так далее.

    Порядок выполнения работы.

1. Сравнить два прибора учета: крыльчатый водосчетчик и теплосчетчик SensonicII.

Теплосчетчик SensonicII.

Область применения – предназначен для измерения количества тепловой энергии, объема и параметров теплоносителя в квартирах, офисах, котеджах и небольших производственных помещениях.

Принцип дейтсвия – сигналы с водосчетчика (импульсы) и сигналы с термометров сопротивления поступают в микропроцессор тепловычислителя, где с помощью высокочастотного аналогоцифрового преобразователя преобразуются цифровую форму. Далее происходит их интегрирование и вычисление тепловой энергии.

2. Снять показания и внести в таблицы

Крыльчатый водосчетчик

Таблица 2.1

Расход воды, м3/ч	t1, температура в подающем трубопроводе, оС	t2, температура в обратном трубопроводе, оС	Δt, разница температур, оС

 

Теплосчетчик SensonicII.

Таблица 2.2

Текущий расход воды, м3/ч	t1, температура в подающем трубопроводе, оС	t2, температура в обратном трубопроводе, оС	Δt, разница температур, оС	Текущее значение энергии, кВт