Анализ технического задания и выбор датчиков

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Техническое задание

 

 

Разработать теплосчетчик

Система  должна включать:

1. Датчики расхода
2. Датчики температуры
3. Систему индикации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Эффективное использование  энергетических ресурсов невозможно без  организации учета и контроля тепловой энергии и объема теплоносителя, отпускаемых потребителям теплоснабжающими организациями.

В качестве измерительных  приборов в узлах учета и контроля тепловой энергии и объема теплоносителя  используются теплосчетчики и водосчетчики. Теплосчетчики предназначены для измерения, регистрации тепловой энергии и параметров теплоносителя в различных системах теплоснабжения. Теплосчетчики осуществляют автоматическое измерение и индикацию:

1. Текущего значения объемного и массового расхода теплоносителя в прямом и обратном (или любом другом: например, подпиточном) трубопроводах сетевой воды;
2. объема и массы теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах;
3. температуры теплоносителя в прямом, обратном и подпиточном трубопроводах;
4. тепловой энергии;
5. тепловой мощности;
6. времени наработки теплосчетчика;
7. почасовой, посуточной и помесячной тепловой энергии (нарастающим итогом);
8. среднечасовых, среднесуточных и среднемесячных значений температуры теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах;
9. почасового, посуточного и помесячного объема и массы (нарастающим итогом) теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах;

В состав любого современного теплосчетчика может входить несколько (по два и более) преобразователей расхода, температуры и измерительно-вычислительный (электронный) блок

1. Анализ технического задания и выбор датчиков

 

Теплосчетик состоит  из двух датчиков расхода и двух датчиков температуры, одна пара датчиков устанавливается на прямом трубопроводе, другая пара – обратном.

Сигналы с датчиков поступают  на тепловычислитель.

Общий расход тепла вычисляется как разность между расходом тепла на прямом и обратном трубопроводах.

 

Рис. 1. Функциональная схема теплосчетчика.

 

 

 

 

 

В качестве преобразователей расхода предлагается использовать расходомеры ВЭПС-ПБ-1-03,

Технические характеристики ВЭПС-ПБ-1-03

Характеристики	Значения
Параметры контролируемой среды:
-        диапазон температур	от +5 до +150 °С
-        рабочее избыточное давление	не более 1,6 МПа
-        ионная проводимость	не менее 5×10-4 См/м
-        кинематическая вязкость	не более 1,5×10-6 м2/с
Влияние изменения температуры  измеряемой среды на пределы дополнительных погрешностей модификации ВЭПС-ПБ1-03,	0,05 / 10 °С от пределов  соответствующих основных погрешностей
-        от Qmin до Qt	± 1,5 %
-        от Qt до Qmax	± 1,0 %
Пределы дополнительных погрешностей модификации ВЭПС-ПБ1-01, ВЭПС-ПБ1-02, ВЭПС-ПБ1-03, ВЭПС-ПБ1-04, ВЭПС-ПБ2-01 от влияния изменения температуры измеряемой среды	0,05 / 10°С от пределов  соответствующих основных погрешностей
Степень защиты по ГОСТ 14254-96	IP65
Группа исполнения по устойчивости к механическим воздействиям по ГОСТ 12997-84	N1
Средняя наработка на отказ, ч, не менее	75000
Средний срок службы, год	15
Условия эксплуатации:
-        температура окружающей среды t для модификации ВЭПС-ПБ1-01, ВЭПС-ПБ1-02, ВЭПС-ПБ1-03, ВЭПС-ПБ1-04, °С	от - 30 до +50
-        относительная влажность при t = +35 °С и более низких температурах, без конденсации влаги, %	95
-        атмосферное давление, кПа	от 84 до 106,7
Межповерочный интервал	4 года
Выходной сигнал	0-10 В

 

 

 

Для измерения температуры  предлагается использовать термометр сопротивления для учета тепла с присоединительным проводом (тип DS/DL)

Технические характеристики термометра сопротивления для учета

тепла с присоединительным проводом (тип DS/DL)

 

 

Подключение	Конец присоединительного провода поставляется с наконечниками
Присоединительный провод	PVC, PUR, TPE, силикон; экранированный  и неэкранированный
Подключение к процессу	Тип DS: резьба М10х1, латунь по DIN EN 1434
Защитная трубка	Тип DS: нержавеющая сталь,  5,5 мм с сужением до  3,3 мм
Измерительная часть	Pt 100, Pt 500, Pt 1000 по DIN EN 60751 класса
Измеряемая температура	0…180°C
Разница температур	3…180
Минимальная глубина  погружения	Тип DS: 15 мм
Монтажная глубина	Тип DS: 25…60 мм
Допустимое давление	PN 25
Допустимая скорость потока	2 м/с в воде
Термонапряжение	менее 5 микроВ
Время отклика	Тип DS: t0,5= 2 сек
Окружающая среда	0…70°C, защита IP65, электромагнитная  защита Е1, механическая защита  М3

 

 

 

 

 

2. Структурная схема

Рис. 2 Структурная схема системы теплосчетчика.

 

 

ДР1 – датчик расхода на прямом трубопроводе

ДР2 – датчик расхода  на обратном трубопроводе

ДТ1 – датчик температуры расхода на прямом трубопроводе

ДТ 2 – датчик температуры  на обратном трубопроводе

НП – нормирующие  преобразователи

МК – микроконтроллер

ЖКИ – индикатор

БП – блок питания

Микроконтроллер, нормирующие  преобразователи и  ЖК дисплей  составляют тепловычислитель, датчики  теплосчетчика подключаются через разъемы.

 

3. Выбор основных элементов тепловычислителя и описание их функционирования

1. Расчет нормирующих преобразователей

 

Выходное напряжение расходомера изменяется в пределах от 0 до 10 В, пропорционально расходу. Необходимо согласование напряжении для  присоединения к Микроконтроллеру. Так как диапазон входных напряжении встроенного в МК АЦП изменяется в пределах 0 до 5 В предлагается использовать делитель напряжения выполненный на резисторах

 

Рис. 3. Делитель напряжения

 

Так как необходимо входное  напряжение 10 В преобразовать в 5 В, то следует выбрать резисторы R1 и R2 одинокого номинала

R1=R2=1 кОм

 

 

 

 

 

2. Микроконтроллер AT mega8

 

Микроконтроллер необходим  для приема, обработки и выдачи информации на индикатор. Предлагается микроконтроллер AT mega8 фирмы ATMEL .

Микроконтроллер ATmega8 выполнен по технологии CMOS, 8-разрядный, микропотребляющий, основан на AVR-архитектуре RISC. Выполняя одну полноценную инструкцию за один такт, ATmega8 достигает производительности 1 MIPS на МГц, позволяя достигнуть оптимального соотношения производительности к потребляемой энергии. 
 
Технические параметры:

• Память для программ составляет 8 Кб с возможностью перезаписать 10 000 раз
• 512 байт флеш-памяти для хранения переменных (100 000 циклов перезаписи)
• 1 Кб ОЗУ и 32 регистра общего назначения
• Два 8-разрядных Таймера/Счетчика с раздельным прескалером, режим сравнения
• 16-разрядный Таймер/Счетчик с раздельным прескалером, режим сравнения, режим захвата
• Таймер реального времени с независимым генератором
• 3 канала ШИМ
• 6 каналов 10-разрядного АЦП
• Двухпроводный последовательный интерфейс
• Программируемый последовательный USART
• Интерфейс SPI с режимами Master/Slave
• Программируемый сторожевой таймер с отдельным независимым генератором
• Встроенный аналоговый компаратор
• Сброс при включении питания, программируемая защита от провалов питания
• Встроенный калиброванный RC-генератор
• Обработка внутренних и внешних прерываний
• 5 режимов с пониженным энергопотреблением: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, и Standby
• Напряжение питания 4.5 - 5.5В
• Тактовая частота 0-16 МГц

 
23 порта ввода/вывода, объединенных в 3 группы:

• Порт В (PB0 - РВ7): Два вывода (РВ6 и PB7) используются для подключения кварцевого резонатора. Выводы РВ2 - РВ5 зарезервированы для внутрисхемного программирования. Таким образом, для общего применения остаются порты PB0 и PB1.
• Порт С (PC0 - РС6 : 7 выводов): Порты PC0 - РС5 можно использовать в качестве аналоговых входов. РС6 обычно используется для сброса.
• Порт D (PD0 - PD7 : 8 выводов): Эти порты можно использовать для общего применения.

 

Рис. 4. Функциональная схема микроконтроллера

 

 

 

Описание выводов

VCC	Напряжение питания  цифровых элементов
GND	Общий
Порт В (PВ7..PВ0)                     Порт C (PC7..PC0)	Порт B – 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта В имеют  симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии по9рта B будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы. Выводы порта B находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии при выполнении условия сброса, даже если синхронизация не запущена   Порт C – 7-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта C имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми  втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии порта C будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы. Выводы порта C находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии при выполнении условия сброса, даже если синхронизация не запущена.
Порт D (PD6..PD0)	Порт D – 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта D имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии порта D будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы. Выводы порта D находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии при выполнении условия сброса, даже если синхронизация не запущена.
RESET	вход сброса. Если на этот вход приложить низкий уровень длительностью  более минимально необходимой будет  генерирован сброс независимо от работы синхронизации..
XTAL1	вход инвертирующего усилителя генератора и вход внешней синхронизации.
XTAL2	выход инвертирующего усилителя  генератора.