О необходимости учета влияния температуры на результаты измерений водосчетчиков

О НЕОБХОДИМОСТИ УЧЕТА ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
НА РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ ВОДОСЧЕТЧИКОВ

В.И. Лачков, НПФ "Теплоком", Санкт-Петербург

В теплосчетчиках измерительные каналы объема воды в трубопроводах системы отопления состоят из преобразователей расхода или объема (водосчетчиков с выходным сигналом), тепловычислителя и линии связи между ними. Автор считает, принимая во внимание достигнутые за последние годы масштабы внедрения приборов учета, что настала пора переходить от экстенсивного к интенсивному пути их развития. Т.е., при разработке и внедрении приборов учета обращать самое пристальное внимание на незамечаемые ранее "мелочи", одной из которых, в частности, посвящена настоящая статья.

 Известно [1-5], что на результаты измерений объема воды теплосчетчиком оказывает влияние температура окружающей среды.

 В качестве выходного сигнала водосчетчиков (ВС), как правило, применяется импульсный сигнал, информативный параметр которого (частота, соответствующая расходу, или число импульсов, соответствующее объему) не подвержен влиянию температуры окружающего воздуха на линию связи, входные цепи и цифровые алгоритмы обработки в тепловычислителе. Следовательно, влиянию температуры воды подвержены ВС. При чем это влияние в сторону занижения показаний при увеличении температуры в той или иной степени наблюдается при реализации практически всех методов измерений и всех типов преобразователей, реализующих конкретный метод.

 К сожалению, разработчики и изготовители ВС не приводят в документации данных о влиянии температуры воды на результаты измерений [автору известен только один тип преобразователей - ВЭПС, где в документации указан коэффициент влияния температуры], мотивируя это отсутствием горячеводного стенда либо отсутствием этого влияния. Но и при отсутствии необходимого стенда выявить влияние даже в условиях эксплуатации можно, воспользовавшись методикой, изложенной в [7]. Утверждение, что такого влияния вообще нет, не состоятельно. Здесь, не забираясь в высокие материи, можно привести факт изменения проходного сечения преобразователя с изменением температуры.

 Действительно, применяемые в теплосчетчиках преобразователи реализуют метод "площадь-скорость", то есть, по сути, являются измерителями скорости потока воды. Скорость, при нормированной площади проходного сечения, соответствует объемному расходу. Пусть, для примера, материал проходного сечения преобразователя - нержавеющая сталь со средним коэффициентом линейного расширения 1,65·10^-5. Тогда увеличение сечения составит 0,0033% на 1°С или 0,33% на 100°С повышения температуры. Следовательно, при одном и том же расчетном расходе из-за этого фактора скорость на столько же уменьшится, и значит результаты измерений объемного расхода (скорость, умноженная на неизменное расчетное сечение) уменьшатся на это же значение.

 Или еще очевидные примеры.

 Увеличение сопротивления, приводящее к уменьшению тока, в цепи катушки, создающей магнитное поле, а значит и э.д.с на электродах с увеличением ее температуры. Следовательно, в электромагнитных преобразователях (с низким коэффициентом стабилизации тока в цепи катушки) уменьшаются результаты измерений при одном и том же расчетном расходе.

 Изменение скорости распространения ультразвука в воде с изменением ее температуры. К тому меняется расстояние между излучателем и приемником ультразвукового сигнала. Следовательно, в ультразвуковых преобразователях, базирующихся на время-импульсном способе, изменяются результаты измерений при одном и том же расчетном расходе.

[Кстати, ультразвуковые теплосчетчики находят, и справедливо, все большее распространение в цивилизованных странах. Поскольку в комплексе имеют несомненные преимущества перед другими способами измерений расхода воды, в частности: полная энергонезависимость, помехозащищенность и отсутствие потерь давления. Такие компании, как "Данфос", "Кампструп", "Сименс" и в России внедряют свои новейшие технологии. Но тут отечественным покупателям надо быть осторожнее. И не потому, что автор призывает к "квасному" патриотизму, а потому, что в цивилизованных странах там, где есть централизованное теплоснабжение, только закрытые и действительно плотные системы (долив воды в систему несколько литров в год). Поэтому вполне оправдано применение в теплосчетчике только одного преобразователя расхода, поскольку не имеет смысла "ловить" несуществующие протечки и несанкционированный водоразбор, о которых там понятия не имеют. И, главное для рассматриваемой в статье проблемы, подача тепла регулируется расходом, а не как в России - температурой. Следовательно, преобразователь расхода, установленный в обратный трубопровод, находится практически при неизменной температуре, примерно 40°C. На которую, как правило, настраиваются известные ультразвуковые преобразователи при выпуске их из производства. Поэтому западные фирмы так неохотно идут на формальное разрешение по установке преобразователя в подающий трубопровод. И уж категорически против согласия разрешить применение пары ультразвуковых преобразователей в подающем и обратном трубопроводе одной системы теплопотребления.]

 Изменение геометрических размеров тела обтекания с изменением его температуры. Следовательно, в вихревых преобразователях изменяются результаты измерений при одном и том же расчетном расходе.

 На приведенные выше аргументы разработчики расходомеров отвечают: влияние ничтожно, например, как это утверждается в [6]. На первый взгляд с этим трудно не согласиться по части результатов измерений расхода и только в автономном трубопроводе. В самом деле, даже у хорошего расходомера с пределами погрешности ±1% влияние температуры может иметь существенно меньшее значение этих пределов (к тому же, если оперировать значениями в % на 1°С изменения температуры).

 Но, когда эти преобразователи применяются в составе теплосчетчика, то результаты измерений расхода служат только для контроля процесса тепло- и водопотребления. Более важны результаты измерений объема и, в конечном счете, массы воды. При накоплении (интегрировании) результатов этих величин случайные составляющие погрешности измерений усредняются и практически исчезают. Остаются только неисключенные систематические погрешности измерений одного конкретного теплосчетчика, конкретного типа.

 Впрочем, и здесь владельцу теплосчетчика неисключенные систематические погрешности измерений и, в частности, влияние температуры на преобразователи расхода "погоды" не делают. Разве только что порождают недоразумения с "небалансом" результатов измерений масс между трубопроводами системы теплопотребления. Например, даже в абсолютно плотной закрытой системе по разности показаний масс [а действующий нормативный документ [7] предписывает и в этом случае устанавливать водосчетчики и в подающий и в обратный трубопровод системы теплопотребления; очевидно, эта норма была заложена с благими намерениями: для выявления несанкционированного водоразбора] в трубопроводах "кажется", что вода то откуда-то появляется лишняя, то куда-то исчезает. Ну, "кажется" и "кажется". Перекрестился потребитель, да внял умным разговорам, что измерения принципиально не могут быть идеальными, и успокоился. До момента представления отчета в теплоснабжающую организацию.

 А для теплоснабжающей организации с большим числом абонентов, у которых установлены приборы учета, дело обстоит хуже. При суммировании (для сведения баланса отпущенного и потребленного тепла и теплоносителя) результатов измерений по многим абонентам, систематические инструментальные погрешности конкретного теплосчетчика усредняются и взаимно компенсируются, поскольку случайным образом (на большом массиве приборов) сочетаются с себе подобными. Все, кроме неисключенных методических погрешностей, присущих всем теплосчетчикам, к которым, в том числе, и относятся погрешности, порождаемые влиянием температуры на водосчетчики.