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Die Erfindung betrifft eine Wärmemengenmesseinrichtung für eine von einem Fluid an einen Wärmetauscher abgegebene Wärmemenge mit einem Durchsatzmesser, je einem von einer Konstantstromquelle gespeisten, als linearer Messwiderstand ausgebildeten Wärmefühler vor-und rücklaufseitig des Wärmetauschers, einem Sägezahnspannungsgenerator und zwei Komparatoren, die nach Massgabe der Spannungsdifferenz der von den Wärmefühlern abgegebenen Spannungen und der Sägezahnspannung ein logisches Schaltglied steuern, und mit einem Zähltaktgenerator, dessen Spannungsimpulse in dem einen Schaltungszustand des logischen Schaltgliedes einem Impulszähler zugeführt werden.
Bei einer solchen aus der DE-OS 2429891 vorbekannten Einrichtung ist es als nachteilig anzusehen, dass die Frequenzfehler des Taktgenerators und die Ausgangsspannung des Sägezahngenerators erheblich in die Genauigkeit der Messung eingehen und infolgedessen eine Langzeitgenauigkeit nicht erzielbar ist. Eine Überprüfung der Konstanthaltung dieser Grössen ist aber sehr aufwendig und nur von Fachleuten durchführbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Frequenzkonstanz des Taktgenerators bzw. des Sägezahnspannungsgenerators zu steigern, um eine genauere Messung mit geringerem Aufwand zu ermöglichen. Weiters sollen auch die Konstantströme durch die Temperaturfühler gewährleistet werden und es soll in wahlweise einstellbaren Zeitabständen eine Selbstkalibrierung der Messeinrichtung erfolgen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einer Einrichtung der eingangs bezeichneten Gattung dadurch gelöst, dass die Eingänge der Komparatoren zur Durchführung von Kalibriervorgängen gemeinsam auf Vergleichswiderstände umschaltbar sind.
Die Erfindung beruht demnach auf der Erkenntnis, dass ein Konstanthalten in den angegebenen Grössen nur für die Dauer einer Messperiode notwendig ist. Das ist gegenüber der geforderten Langzeitgenauigkeit eine verhältnismässig kurze Zeitspanne, die Genauigkeit über diese kurze Zeitspanne ist aber vergleichsweise einfach zu verwirklichen.
Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemässe Lösung eine Selbstkalibrierung der Messeinrichtung in wahlweise einstellbaren Zeitabständen und erübrigt auf diese Weise eine laufende Wartung und Überprüfung durch Externe. Vorteilhafterweise wird nicht etwa der einzelne Fühler, sondern die Auswertung der Messergebnisse überprüft und diese Überprüfung erfolgt besonders günstig, nämlich nicht etwa während des Messvorganges, sondern in den Messpausen.
Weitere Erfindungsmerkmale sind nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 die bauliche Anordnung der Messeinrichtung an einer Zentralheizung, Fig. 2 ein Schaltdiagramm der Messeinrichtung, Fig. 3 Spannungsverläufe an ausgewählten Punkten der Schaltung.
In allen Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
Ein Gas-Wasserheizer-l-mit einem Gasbrenner --2-- und einem Wärmetauscher-3-- speist eine Vorlaufleitung --4--, in der ein Messwiderstand --5-- angeordnet ist, dessen Widerstand mit der Temperatur linear fällt oder steigt. Die Vorlaufleitung --4-- speist einen oder mehrere Verbraucher --6--, wie Heizkörper und/oder Brauchwasserbereiter, die ihrerseits an eine Rücklaufleitung --7-- angeschlossen sind, in deren Zug eine Druckumlaufpumpe --8-- vorgesehen ist. Im Zuge der Rücklaufleitung ist ein Rücklauftemperaturfühler --9-- gleichfalls in Form eines temperaturempfindlichen Widerstands gleicher Charakteristik wie der Widerstand --5-- und ein Durchsatzmesser --10-- angeordnet.
Der Widerstand --5-- ist an Anschlusspunkten-11 und 12--, der Wider-
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Anschlusspunkten-13schlusspunkt-16-elektrisch angeschlossen.
Eine Konstantstromquelle --17-- speist über eine Leitung --18-- einen Messwiderstand --19-- und einen Umschaltkontakt --20--. Der eine Kontakt --11-- des Umschalters --20-- verbindet den Messwiderstand --5-- mit der Konstantstromquelle --17--. Der andere Kontakt --21-- des Umschal- ters-20-schliesst einen Kalibrierwiderstand --22-- an die Konstantstromquelle --17-- an. Eine weitere Konstantstromquelle --23--, die von der Konstantstromquelle --17-- nach Massgabe der am Vergleichswiderstand --19-- abfallenden Spannung über eine Leitung --24-- gesteuert ist, ist über eine Leitung -25-- mit einem weiteren Umschalter --26-- verbunden, dessen einer Kon-
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takt --14-- den Rücklauftemperatur-Messwiderstand --9-- mit der Konstantstromquelle --23-- verbindet.
Der andere Kontakt --27-- verbindet einen weiteren Kalibrierwiderstand --28-- mit der Konstantstromquelle --23--. Die beiden Umschaltkontakte --20 und 26-- werden von einer Relaisspu- le -29-- betätigt. Von den Leitungen --18 und 25-- zweigen Eingangsleitungen --30 und 31-- für
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führt sind, dessen Ausgang --37-- auf ein weiteres Und-Glied-38-- geschaltet ist. Der Komparator --33-- besitzt einen negierenden Ausgang.
Die jeweils zweiten Eingangsleitungen --39-- der Komparatoren --32 und 33-- werden von der Ausgangsleitung eines Sägezahnspannungsgenerators --40-- beaufschlagt, der über eine Lei- tung-41-genau wie das Relais -29-- über eine Leitung --42-- von einem Kalibriertaktgenera- tor -43-- angestossen wird. Der Kalibriertaktgenerator seinerseits wird über eine Leitung --44-von den Impulsen des Kontakts --15-- des Durchsatzmessers --10-- beaufschlagt.
Eine weitere Ausgangsleitung --45-- des Kalibriertaktgenerators --43-- ist auf ein Und-Glied - geschaltet, das über eine Zuleitung --48-- direkt ein Zählwerk --47-- ansteuert.
Ein zweiter Eingang-49-des Und-Gliedes-38-ist von einem Ausgang eines mit konstanter aber einstellbarer Frequenz laufenden Zähltaktgenerators --50-- gespeist, dessen Frequenz um ein Vielfaches höher gegenüber der Frequenz des Kalibriertaktgenerators --43-- ist. Eine Ausgangsleitung --51-- des Und-Gliedes --38-- ist über einen Impulsuntersetzer --52-- und eine Verbindungsleitung --53-- mit dem Und-Glied --46-- verbunden. Der Untersetzer --52-- ist über eine Mehrzahl paralleler Leitungen --54-- mit einem Vergleicher --55-- verbunden, dessen Ausgang über eine Leitung --56-- mit der Leitung --45-- verbunden ist.
Der Vergleicher --55--
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--57-- ein Regelspannungstiefpassglied -58--,passglied -58-- ist über eine weitere Leitung --60-- mit einem Grenzwerterfassungsglied --61-- verbunden, das eine Fehleranzeige --62-- beaufschlagt. Der Ausgang des Grenzwerterfassungsgliedes ist über eine Leitung -63-- mit dem Und-Glied --46-- verbunden.
Die eben beschriebene Schaltung hat folgende Funktion : Wird von dem dargestellten Ruhezustand ausgegangen und mit der Wärmemengenmessung begonnen, so wird nach Anlaufen der Pumpe --8-- ein Wasserumlauf in der Heizungsanlage stattfinden. Nach Massgabe der Volumina pro Zeiteinheit öffnet und schliesst der Kontakt --15-- des Durchsatzmessers --10-- in mehr oder weniger regelmässigen Abständen. Als Folge des Schliessens des Kontaktes -15-- wird der Kalibriertaktgenerator --43-- angesteuert, der die Relaisspule-29-unter Spannung setzt, so dass die Kon- takte --20 und 26-- umschalten. Damit werden die Konstantstromquellen-17 und 23-- über die Leitungen --18 und 25-- mit den Kalibrierwiderständen --22 und 28-- verbunden.
Die Spannungsabfälle an den Kalibrierwiderständen werden über die Leitungen-30 und 31-- den einen Eingängen der Komparatoren-32 und 33-- aufgeschaltet und täuschen ihnen eine bestimmte Temperatur im Vor- und Rücklauf vor. Zur gleichen Zeit schaltet der Kalibriertaktgenerator --43-- über die Lei- tung-41-Speisespannung auf den Sägezahnspannungsgenerator --40--, so dass eine Sägezahnspannung an den zweiten Eingängen --39-- der Komparatoren --32 und 33-- anliegt. Diese Sägezahnspannung ist in der Fig. 3 dargestellt. Die Sägezahnspannung läuft linear von U max. bis 0 herunter. In dem Moment, in dem die Sägezahnspannung den Spannungspegel auf der Leitung-30 bzw. 31-- erreicht, schaltet der entsprechende Komparator durch.
Da die Vorlauftemperatur in aller Regel höher ist als die Rücklauftemperatur, wird der Komparator -32-- zuerst schalten.
Dieser Zeitpunkt ist mit zu der Schaltpunkt des Komparators --33-- ist mit t2 bezeichnet.
Somit wird das Und-Glied --36-- zuerst mit einem Spannungsimpuls auf der Leitung --35-- gemäss dem Impuls zur Zeit t, beaufschlagt, dann erfolgt ein zweiter Impuls am negierenden Eingang des Und-Gliedes über die Leitung-34--. Der Abstand T zwischen den Schaltpunkten t, und t 2 ist ein Mass für die vorgetäuschte Temperaturdifferenz an den Kalibrierwiderständen. Ein zwischen t und nächstem tl auftretender Impuls auf der Leitung --37-- wird unterdrückt. Die Kalibrierwiderstände sind Widerstände, die mit der Temperatur nicht veränderlich sind. Ihre Widerstandswerte entsprechen solchen Widerständen, die bei den Führungswiderständen im Messbereich auftreten, um die Genauigkeit der Schaltung maximal zu halten.
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Das Und-Glied --36-- liefert auf seinem Ausgang --37-- einen Spannungsimpuls, so lange auf beiden Eingangsleitungen --34 und 35-- des Und-Gliedes von den durchgeschalteten Komparatoren Spannung vorhanden ist. Somit ist die Impulslänge auf der Leitung --37-- ein Mass für die zu kalibrierende Temperaturdifferenz. Das Und-Glied --38-- wird durchgeschaltet, wenn sowohl auf der Leitung --37-- als auch auf der Leitung --49-- Impulse vorhanden sind. Damit werden die Impulse des Zähltaktgenerators --50-- während der Durchschaltzeit des Und-Gliedes --36-- durchgelassen. Diese Impulse werden im Untersetzer -52-- untersetzt und über die Leitungen --54-- an den Vergleicher --55-- gegeben. Der Vergleicher vergleicht den gezählten Kalibrier-Ist-Wert mit einem dort gespeicherten Soll-Wert.
Stimmen Soll- und Kalibrier-Ist-Wert überein, wird nichts weiter veranlasst. Bei Differenz zwischen beiden Werten wird über das Regelspannungstiefpassglied --58-- die Frequenz des Zähltaktgenerators --50-- im korrigierenden Sinne nachgestimmt. Ist die Nachstimm-Spannung für die Frequenz des Zähltaktgenerators --50-- ausserhalb gewisser Grenzen, die von dem Grenzwerterfassungsglied --61-- gespeichert sind, so wird die Fehleranzeige --62-- betätigt, gleichzeitig wird die im Ruhezustand immer anliegende Spannung auf der Leitung --63-- weggenommen, so dass das Und-Glied-46-- nicht mehr durchschalten kann.
Damit wird verhindert, dass nicht mehr stimmende Wärmemesszahlen zur Anzeige --47-- gelangen. Nach Ablauf des Kalibriervorganges gibt der Kalibriertaktgenerator --43-- ein Ausgangssignal über die Leitung --42-- auf die Relaisspule --29--, so dass die Kontakte --20 und 26-umschalten, u. zw. in die dargestellte Lage. Nunmehr liegen die Messwiderstände --5 und 19-- im Stromkreis der Konstantstromquellen --17 und 23--. Je nach den Temperaturen in der Vor- und Rücklaufleitung der Heizung erhalten die Messwiderstände --5 bzw. 9-- einen bestimmten Widerstandswert, der nur von der Temperatur des durchfliessenden Mediums abhängt.
Durch diese Widerstandswerte resultieren an den Widerständen ganz bestimmte Spannungsabfälle, die nunmehr über die Leitungen-30 und 31-- an die einen Eingänge der Komparatoren --32 und 33-- geschaltet sind.
Gleichzeitig stösst der Kalibriertaktgenerator --43-- über die Leitung --41-- den Sägezahn- spannungsgenerator - 40 - an, so dass die Sägezahnspannung erneut von ihrem oberen Niveau startet. Wie vorhin beim Kalibriervorgang beschrieben, schalten die Komparatoren durch, sowie die Sägezahnspannung mit der Spannung auf den Eingangsleitungen --30 und 31-- korrespondiert. Somit schaltet das Und-Glied --36-- durch, wenn beide Eingangsleitungen --34 und 35-- durch die Komparatoren mit Spannung beaufschlagt sind. Die Impulslänge, resultierend aus dem Ausgang des Und-Gliedes --36-- auf der Leitung --37--, ist ein Mass für die Temperaturdifferenz in der Vor- und Rücklaufleitung der Heizungsanlage.
Während der Dauer des Anliegens eines Spannungsimpulses am Und-Glied --38-- auf der Leitung --37-- wird der Untersetzer --52-- über die Leitung --51-- von Impulsen des Zähltaktgenerators --50-- beaufschlagt.
Es soll aber betont werden, dass die Frequenz des Zähltaktgenerators frei wählbar ist, das Untersetzerverhältnis muss entsprechend angepasst werden. Nach Beendigung eines Messvorganges kann bei jeweils einem Schliessen des Kontaktes --15-- ein weiterer Messvorgang eingeleitet werden. Es ist nun möglich, in einstellbaren Abständen verschiedene Messvorgänge hintereinander folgen zu lassen, ohne einen Kalibriervorgang einzuschieben, es können auch in wahlweise mehrere Kalibriervorgänge zwischen zwei Messvorgängen geschaltet werden.
Für die Genauigkeit der Wärmemengenmessung ist im wesentlichen die Genauigkeit des Durchsatzmessgliedes massgebend. Der Zähltaktgenerator muss nur während der Dauer zwischen einer Kalibrierung und einer Messung konstant sein. Sinkt beispielsweise nach Beendigung der Messung die Frequenz der Impulse des Zähltaktgenerators ab, so wird im nachfolgenden Kalibriervorgang über die Nachstimmspannung des Regelspannungstiefpassgliedes die Frequenz wieder korrigiert. Je nach Genauigkeit der Frequenzhaltung des Zähltaktgenerators wird man also die Kalibrierabstände entsprechend wählen. Die absoluten Höhen der Ströme der Konstantspannungsquellen --17 und 23-sind gleichgültig, wichtig ist nur, dass die Ströme der beiden Konstantstromquellen gleich sind.
Auch die Frequenzkonstanz des Sägezahnspannungsgenerators ist unkritisch, wichtig ist nur die Linearität des abfallenden Kurvenstücks während eines Messvorganges. Sollte die Frequenz des Sägezahnspannungsgenerators kleiner werden, so erscheint bei einem Messvorgang eine entsprechend
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grössere Anzahl von Impulsen am Ausgang des Und-Gliedes --38--. Beim folgenden Kalibriervorgang würde aber die vom Vergleicher gemessene Impulsanzahl gleichfalls grösser werden, so dass als Folge die Frequenz des Zähltaktgenerators abgesenkt werden würde. Damit wäre dieser Fehler wieder korrigiert. Wird man die Schaltung zum ersten Mal in Betrieb nehmen, ist es vorteilhaft, zunächst mehrere Kalibriervorgänge hintereinander vorzunehmen, um die Schaltung optimal arbeiten zu lassen.
Man kann generell die Anzahl der Kalibriervorgänge so lange hintereinander vornehmen, bis der Vergleicher die Identität zwischen Soll- und Ist-Wert registriert.
Die Anwendung der erfindungsgemässen Schaltung ist keinesfalls auf Umlaufwasserheizer beschränkt. Genauso könnte als Wärmequelle-l-jede andere, beispielsweise ein Kessel oder ein elektrisch beheizbarer Durchlauferhitzer vorgesehen sein. Mit der erfindungsgemässen Schaltung ist gleichfalls eine Wärmeverbrauchsmessung einer Fernwärmeeinspeisung möglich. Genauso wie die abgegebene Wärmemenge kann auch die von einem Verbraucher aufgenommene Wärmemenge gemessen werden. Normalerweise wird in einer Heizungsanlage Wasser als Umlaufmedium verwendet, bei entsprechender Druckkonstanthaltung bzw. Abänderung des Durchsatzmessglie- des --10- könnt auch ein Gas oder Dampf zur Anwendung kommen.
Da die Genauigkeit der Wärmemengenmessung im wesentlichen von den Kalibrierwiderständen --22 und 28-- bestimmt ist, wird man die Schaltung praktisch so ausführen, dass die Zugänglichkeit dieser Widerstände gewährleistet ist. Sie werden also zweckmässigerweise als steckbare Widerstände aus der eigentlichen Schaltung herausgeführt, um im Zweifelsfall die Auswechslung auch durch ungeschultes Personal vornehmen zu lassen. Ausser einem Auswechseln der Kalibrierwiderstände ist keine Justierung der Schaltung durch Externe notwendig, da sich die wesentlichen Schaltungselemente der Schaltung selbst korrigieren. PATENTANSPRÜCHE :
1.
Wärmemengenmesseinrichtung für eine von einem Fluid an einen Wärmetauscher abgegebene Wärmemenge mit einem Durchsatzmesser, je einem von einer Konstantstromquelle gespeisten, als linearer Messwiderstand ausgebildeten Wärmefühler vor-und rücklaufseitig des Wärmetauschers, einem Sägezahnspannungsgenerator und zwei Komparatoren, die nach Massgabe der Spannungsdifferenz der von den Wärmefühlern abgegebenen Spannungen und der Sägezahnspannung ein logisches Schaltglied steuern, und mit einem Zähltaktgenerator, dessen Spannungsimpulse in dem einen Schaltungszustand des logischen Schaltgliedes einem Impulszähler zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingänge (30,31) der Komparatoren (32, 33) zur Durchführung von Kalibriervorgängen gemeinsam auf Vergleichswiderstände (22,28) umschaltbar sind.