Verfahren und Vorrichtung zum hiessen der von durch Wärmeaustaasch in Strömung versetzten Flüssigkeiten abgegebenen Wärmemengen. Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, mit denen die in Flüssigkeitsströmen enthal tenen oder die ihnen entzogenen Wärme mengen gemessen werden.
Bei den meisten dieser Vorrichtungen, welche beispielsweise zum Messen der in Warmwasserheizungen ausgetauschten Wärmemengen dienen, wer den dem wissenschaftlichen Begriff der Wärmeeinheit gemäss die Produkte aus den jeweils die Rohrleitung durchfliessenden Flüssigkeitsmengen und ihrer Temperatur (bezw. der Differenz ihrer Zu- und Rück lauftemperaturen) gebildet und registriert, das heisst, es wird die Flüssigkeitsmenge und die Temperatur an zwei Stellen der Anlage gemessen, nämlich an der Eintrittsstelle in den zu beheizenden Raum und an der Aus trittsstelle aus dem beheizten Raum.
Das Produkt aus Temperaturdifferenz und Flüs sigkeitsmenge ergibt dann die Wärmemenge, welche zwischen Ein- und Austritt des Wärmeträgers der Flüssigkeit in den Raum übergegangen ist. Wegen der Notwendigkeit mehrere Einzelmessungen, deren Ergebnisse selbsttätig multipliziert werden müssen, wei sen diese Vorrichtungen eine verwickelte und ,S,%drungen aulsigesetzte Bauform auf.
Untersuchungen haben nun ergeben, dass die zweite Potenz der jeweiligen Geschwin digkeit v des unter dem Einfluss des Wärmeaustausches strömenden Wärmeträ gers mit einer für praktische Zwecke .aus reichenden Genauigkeit dem Wärmever brauch proportional ist: Erfindungsgemäss dienen daher zum Messen des Wärmeverbrauches Messvorrich- tungen, die derart unter der Einwirkung des strömenden Wärmeträgers stehen, dass sich ihre Angaben nahezu im quadratischen Ver hältnis zu einer Strömungsgeschwindigkeit ändern.
Statt die Geschwindigkeit des Wärme trägers selbst zu messen, kann man aber auch andere, rlem Werte 0 proportionale Grössen zur Messung benutzen; beispiels weise kann man den entsprechenden Ge- schwindigkeitsdruck oder die Geschwindig keitshöhe messen, bezw. registrieren.
Auch die zweite Potenz der Durchströmungs- menge kann als Messgrösse benutzt werden, da in vielen Fällen diese Menge ian ein- und derselben Messstelle praktisch der Durch- strömungsgeschwindigkeit proportional ist.
Aus der durch Untersuchung festgestell ten Tatsache, dass die zweite Potenz der je weiligen Durchströmungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers praktisch proportional dem Wärmeverbrauch ist, ergibt sich, da die sekundlich durch einen Rohrquerschnitt strömende Menge eines Wärmeträgers pro portional der ersten Potenz der Geschwindig keit ist, dass das Temperaturgefälle (ti-tz) des Wärmeträgers bei Hindurchtritt durch einen Wärme abgebenden Heizkörper eben falls proportional der ersten Potenz der Ge schwindigkeit ist.
Statt der Messung des Quadrates der Durchströmungsgeschwindig- keit oder der ihr äquivalenten Druck- bezw. Geschwindigkeitshöhe kann daher auch die Messung der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Wärmeträgers an der Eintrittsstelle gegen die Temperatur an der Austrittsstelle des Verbrauchers zur Fest stellung des Wärmeverbrauches durch geführt werden, da, ja aus dem eben, genann ten Grunde der Wärmeverbrauch dem Qua drat der Temperaturdifferenz proportional ist.
Da ferner die Wärmeabgabe einer Heiz- einrichtung direkt proportional ist der Grösse ihrer Heizfläche, der Wärmedurchgangs zahl (Ir.) und der Differenz (1.-4) zwi schen der mittleren Heizwassertemperatur (1m) und der Raumtemperatur (1r), da fer ner bekannt ist, dass die Wärmedurchgangs zahl sich proportional der Durohströmungs- geschwindigkeit des Trägers ändert, so ist auch die Temperaturdifferenz (tm tr)
pro portional der Durchströmungsgeschwindig- heit v des Wärmeträgers durch den Heiz körper. Man kann infolgedessen den Wärme verbrauch auch dadurch messen, dass man die Temperaturdifferenz (im -I,.,) misst, da der Wärmeverbrauch dem Quadrat dieser Differenz proportional ist.
Aus den Differenzen (tl-tJ und (tm -tr), beide proportional der Durchströ- mungsgeschwindigkeit v, lassen sich dann noch eine Reihe weiterer Grössen ableiten, welche proportional zu v sind und damit zur Bestimmung des Wärmeverbrauches geeignet sind.
Zum Messen der genannten Grössen kann jedes beliebige Verfahren benutzt werden; zum Beispel wenn es sich um die Strömungs geschwindigkeit oder den dem Quadrat der selben proportionalen Geschwindigkeitsdruck (Geschwindigkeitshöhe) handelt, kann das manometrische Verfahren unter Verwendung von Piezometern, Stauscheiben, Drossel düsen, Messrohren, Venturirohren und so fort, oder aber auch das volumetrische Verfahren mit Hilfe voa Wassermessern zur Anwendung kommen.
Beim manometrischen Verfahren können; mittelst Differentialmanometern zu sammenarbeitende Anzeige-, Schreib- oder Zählvorrichtungen benutzt werden, ähnlich denen, die zur Messung bezw. Registrierung von Durchflussmengen im Gebrauch sind. Dabei ergibt sich bei der vorliegenden An wendungsweise insofern eine Vereinfachung, als ja lediglich die Druck- bezw. die Höhen differenz selbst, nichts aber, wie es bei Er mittlung von Durchflussmengen nötig ist, deren Wurzelwerte zu registrieren sind.
Bei der Messung ,auf Grund der Tempe- raturdifferenzen .des Wärmeträgers bezw. der Differenzen seiner mittleren Temperatur und der Raumtemperatur oder hiervon abge leiteter Werte können Temperaturmesser in der Vorlaufleitung, in ider Rücklaufleitung und in dem zu erwärmenden ,Raum zur An wendung gelangen, die auch registrierend ausgebildet sein können, bezw. auf Anzeige- oder Registrierinstrumente einwirken können.
Mehrere Beispiele von Einrichtungen zur Ausführung,des Verfahrens nach .der vorlie genden Erfindung sind in Iden beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht, und zwar zeigt:
Fig.1 eine aus einem Teilstromwasser- messer bestehende Einrichtung zur Messung .des Quadrates der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers im Schnitt, Fig. 2 eine vodumetrische Messvorrichtung im Schnitt, Fig.3 eine manometrisehe Messvorrich- tung im Schnitt, Fig. 4 eine thermometrische Messvorrich- tung,
welche mit Wärmemessern in den Heizleitungen und im Raum arbeitet, Fig. 5 eine thermometrische Messvorrich- tung, bei der die Vorlauftemperatur, die Rücklauftemperatur und die Temperatur in dem zu beheizenden Raume gemessen wird, Fig. 6 eine thermometrische Einrichtung, bei welcher die Vorlauftemperatur, die Rück lauftemperatur und die Temperatur in dem zu beheizenden Raume gemessen wird, Fig. 7 eine Einrichtung,
bei der die Differenz der Vor- und Rücklauftemperatur mit Wärmeelementen genau gemessen wird, Fig. 8 eine Einrichtung, bei der ebenfalls die Differenz von Vorlauf- und R.ücklauf- temperatur, jedoch unter Verwendung einer Stromquelle von konstanter Spannung ermit telt wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird der Wert v2 mit Hilfe eines in eine Ab zweigung der Heizleistung eingebauten Teil stromwassermessers 1 ermittelt. In der Hauptstromleitung 7 befindet sieh eineVentil- kam.mer '?. .Der Zufluss .des Wassers ,zu dieser Ventilkamuner und, damit zu dem Teilstrom wassermesser wird geregelt durch einen Ven tilkörper B.
Die Öffnung des Ventils wird durch .die jeweilige Wassergeschwindigkeit in solcher Weise gesteuert, dass in Verbin- 4ung mit der besonderen Gestaltung der Ventilkammer die den Wassermesser 1 durch strömende Wassermenge im Quadrat der je weiligen Wassergeschwindigkeit in der Hauptleitung 7 proportional ist.
Aus der Ventilkammer 2 tritt der Teil- wasserstrom .durch den Kanal 3 in die Mess- kammer, setzt das Messra@d 4 in Umdrehung und tritt durch den Kanal 5 wieder in die Hauptleitung 7.
Das Messrad 4, dessen Ge- schwindigkeit sich proportional der Teil- @durchflussmenge- ändert, treibt in bekannter Weise das Wassermesserzählwerk. Da .die TFildurchflussmenge mit der zweiten Potenz -der Wassergeschwindigkeit in der Haupt leitung wächst, so können also aus den An gaben des Wassermessers die verbrauchten Wärmemengen ermittelt werden. Nach der Ventilkammer kann in. der Hauptleitung 7 ein Staukörper 6 angeordnet sein.
Seine bei- spielsweise Form ergibt sich aus der unter halb der Fig. 1 dargestellten Teilansicht des Rohrschenkels.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Vorrichtung, bei der v2 usw. aus der Wasser bewegung nach der voJumetrischen 3Lethode ermittelt wird. Vor dem in die Heizmittel- leitun.g <B>1.7</B> eingebauten Teilstromwasser- messer 1 ist eine Stauscheibe 2 in die Lei tung eingebaut.
Die vor und hinter,derselben herrschenden Drucke werden durch Rohre 3 und 4 auf die an der Unterseite des Wasser messers angebrachte Kammer 5 eines Diffe rentialmanometers übertragen, und zwar ider- art,
dass der durch .die Stauwirkung auf tretende Gesamtdruck rechts von der in die Kammer 5 eingesetzten und auf der Achse 6 befestigten Klappe 7 wirkt. Auf deren linker Seite ruht der hinter der Stauscheibe 2 abgenommene statische Druck der der Heizvorrichtung zuströmenden Heizflüssig- keit. Die in die Kammer 5 gut dichtend ein gesetzte Klappe 7 wind idäh-er durch eine Kraft,
die der Differenz zwischen den Drucken vor und hinter der iStäuscheibe 2, also,dem dynamischen Druck, entspricht und die ausserdem von der Grösse,der Iden beiden Drucken ausgesetzten Klappenflächen ab hängig ist, entgegen der Wirkung einer Fe Jer nach links gedreht. Als Feder dient die Schraubenfeder 8, die @am Ende des ausser halb der Kammer 5 auf der (aus ihr her vorragenden) Achse 6 befestigten Hebels 9 angreift.
Die Achse 6 verstellt sich in diejenige Stellung, in welcher das von der Klappe 7 unter der Wirkung der Druckdifferenz auf die Achse 6 ausgeübte und das unter der Feder $ im en.tge,;en,ge set zten :Sinne auf tretende Drehmoment einander gleich sind. Auf zier Achse ist der Drehschieber 10 be festigt, der die Drehung der Achse 6 mit macht.
Die 'Stellung des Drehschiebers 10 ist so gewählt, dass die,Sohieberwand 11 die in die Messka.mmer 12 des Wassermessers 1 führende Z uflussleitung 13 im Ruhezusta.ude, das heisst wenn die Flüssigkeitsströmung aufgehört hat, gerade abschliesst. Dreht sich also der :Schieber 10 unter der Wirkung einer auf die Klappe 7 ausgeübten Druckdifferenz rechts herum, so wird der Zufluss zum Wassermesser freigegeben.
Die Abschluss kante 14 der 'Schieberwand 11 ist so geformt, da-ss der von ihr bei der Rechtsdrehung frei gegebene Durchflussquerschnitt zu dem Ka nal 13 in demselben Masse grösser wird, wie die Geschwindigkeit (des Wassers in der Hauptleitung 17 wächst, also praktisch mit .der Quadratwurzel aus der Druckdifferenz. Infolgedessen ändert sich die durch .den Wassermesser fliessende Flüssigkeitsmenge im quadratischen Verhältnis zur Geschwin digkeit oder Durchflussmenge in der Haupt leitung 17.
Der in die Messka@m.mer 12 ge langende Teilwasserstrom setzt das -den An trieb für das Zählwerk bildende Messrad 15 in Umdrehung und tritt durch den Kanal 16 wieder in die Hauptleitung zurück.
Es sei noch bemerkt"lass man bei gewissen Wärme leitungsmitteln, zum Beispiel Wasser, beson ders, wenn es sich um Thermosyphonanlagen handelt, wo den höheren Durchflussgeschwin- digkeiten die kleineren Werte der Flüssig keitsdichte entsprechen, auch den Ände rungen dieser Dichte und gegebenenfalls auch denen der spezifischen Wärme durch Gestaltung der Abschlusskante 14 bis zu einem gewissen Grade Rechnung tragen kann, wodurch die Messgenauigkeit noch er höht wird.
Bei edier in Fig.3 .dargestellten, mano- metrischen Messvorrichung wird v2 bezw. der hydro:dyna.mische Druck oder die zweite Po tenz der Durchflussmenge, zum Beispiel aus der Differenz der vor und hinter einer D,ro,s- selscheibe a auftretenden Drucke bestimmt.
Diese Drucke werden durch die in die Heiz- mittelleitung b eingelassenen Rohre c und d auf einen in ,dien Zylinider e eingesetzten und unter der Wirkung der einander gleichen Schraubenfedern f und g stehenden Kolben 1a übertragen. Das Ende der Kolbenstange i. ist als Zeiger .ausgebildet,
der sich bei einem auf den Kolben lt wirkenden D'ruekunter- schied nach rechts bewegt und den jeweils vorliegenden Wärmeverbrauch auf einer Tei lung lo bezeichnet. Zwischen der Teilung<I>k</I> und dem Zylinder e ist in die Kolbenstange i ein Zählwerk 1 eingebaut, .das durch ein Reibrad nz ,angetrieben wird. Dieses wird von der Scheibe 7a in Bewegung versetzt, die von einer Kraftquelle beliebiger Art mit gleichbleibender Geschwindigkeit gedreht wird und das Reibrad m mit schwachem Druck berührt.
Wirkt kein Druekuntersehied auf den Kolben h, so steht das Reibrad m im Mittel punkt der Scheibe n und wird daher von ihr nicht gedreht. Sobald aber der Druck auf der linken Zylinderseite grösser ist :als auf der rechten, drückt der Kolben das Zählwerk nach rechts, und .(las Reibrad m dreht sich in demselben Grade schneller, als es -aus seiner Mittellage abweicht.
Da diese Abweichung ,aber proportional dem Druckunterschied, das heisst v2 ist, schreiten auch die Angaben des Zählwerkes in demselben Masse vor, und da dessen Angaben gleichzeitig um so stärker zunehmen, je länger das Reibrad in der je weiligen iStellung verharrt, das heisst .der dieser entsprechende Druckunterschied an hält, so bilden die Anzeigen des Zählwerkes 1 ein Hass für den zwischen zwei Ablesungen stattgehaken Wärünever'brau.ch, oder zum Beispiel für die Ausnutzung der während ,dieser Zeit verbrauchten Brennstoffmenge. Die in .der Fig. 3 ,
dargestellte Messvorrichtung kann auch in Verbindung mit einem Ven- turirohr benutzt werden. Die Druckleitung c ist dann vor dem Venturirohr abzuzweigen, die Leitung d dagegen .an dessen engster Stelle.
' Die Fig. 4 zeigt das Beispiel einer Vor richtung, idie es ermöglicht, mit Hilfe von in: ,der Heizleitung und im Raume angebrach ten Temperaturmessern den \Verteil von v' und daher idem Wärmeverbrauch proportio nale Grössen zu messen. In,der zum Wärme verbraucher führenden Vorlaufleitung wird ein elektrisches Widerstandsthermometer a angebracht.
Es ist in Reihe geschaltet mit einem Widerstand b. Dieser Widerstand b wird von einem Thermometer, welches die in .dem zu beheizenden Raum herrschende Tem peratur misst, in der Weise verändert,,dass er sich proportional (der Raumtemperatur ver kleinert oder vergrössert. Die Widerstä nCe a und b sind nun .so bemessen.,,
dass ihre Summe bei einer vorausbestimmten Temperatur 1r. das heisst ider für Iden Raum vorgesehenen Temperatur entsprechen soll, .gleich dem Widerstand g einer Wheatstone'schen Brücke ist.
Der Widerstand a ist so ausgebildet, :dass sich beim Zufluss des Wärmemittels sein Ohmscher Widerstand vergrössert, während der Widerstand b #bei Abkühlung des zu be heizenden Raumes durch das die Raumtem peratur messende Thermometer verkleinert wird..
Die Ändenzng des Widerstandes a. er folgt nun so, und das Material ,des Wider stanJes b. ist so gewählt, @dass sich tdie ,Summe der Widerstände<I>a</I> und<I>b</I>in lineareim Ver hältnis zu der Differenz (ti-t.) ändert.
Ein in der vom Wärmeverbraucher webführenden Rückleitung angebrachtes Widerstandsther- mometer c ist in derselben Weise mit einem Widerstand d in Reihe geschaltet, der gleich falls<B>von</B> einem zweiten im Raume ange brachten Thermometer proportional der Raumtemperatur verkleinert wird.
In (der oben beschriebenen, Weise wird .auch hier er reicht, dass .sich idie,Summe der Widerstände c und d im Verhältnis zu ider Differenz (t2-t") linear :ändert.
Die Widerstände a und b bilden zusam men den veränderlichen Widerstand in einer Schaltung nach Art J'er Wheatstone'schen Brücke, in ider <I>e, f</I> und g: konstante Wider stände (darstellen.
Bei einer solchen Schal tung ändert sich ider den Brückendraht h durchfliessende Strom bei konstanter .Span nung der iStrom@quelle B bekanntlich propor-
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tional <SEP> idem <SEP> veränderlichen <SEP> Widerstand <SEP> (a+ <SEP> <B><I>b),</I></B>
<tb> däs <SEP> heisst <SEP> (ti-t.). <SEP> In <SEP> derselben <SEP> Weise <SEP> wer ,den <SEP> die <SEP> Widerstände <SEP> c <SEP> :und- <SEP> d <SEP> in <SEP> einer <SEP> zweiten
<tb> :gleichartigen <SEP> und <SEP> aus,der <SEP> iStrüm-quelle <SEP> B <SEP> mit
<tb> bleicher <SEP> iSpannung <SEP> gespeisten <SEP> 14Z,ess'brücke, <SEP> in
<tb> der <SEP> <I>i, <SEP> k</I> <SEP> und, <SEP> <I>l</I> <SEP> konstante <SEP> Wvderstärnde <SEP> sind,
<tb> als <SEP> veränderlicher <SEP> .Widerstand <SEP> ;
benutzt, <SEP> so <SEP> @dass
<tb> hier <SEP> oder <SEP> (Strom <SEP> .im <SEP> Brückendraht <SEP> <I>m</I> <SEP> propor tional <SEP> Iden <SEP> Werten <SEP> <I>(tp-</I>i,) <SEP> ist. <SEP> Die <SEP> beidlen
<tb> Mess#brücken <SEP> stellen <SEP> also <SEP> Different:ialthermo meter. <SEP> ,dar. <SEP> ;Seh@altet <SEP> man <SEP> in,den <SEP> Brückendraht
<tb> 7n <SEP> @dfi:
e <SEP> eine, <SEP> zum <SEP> Beispiel <SEP> idie <SEP> Spannungsspule
<tb> eines <SEP> Wattmessers, <SEP> dessen <SEP> Wandere <SEP> ,Spule <SEP> in
<tb> den <SEP> Brückendraht <SEP> h <SEP> geschaltet <SEP> wird, <SEP> so <SEP> zeigt
<tb> dieses <SEP> Instrument <SEP> die <SEP> Werte <SEP> des <SEP> Produktes
<tb> <I>(ti-tr). <SEP> (tQ-tr)</I> <SEP> an, <SEP> die <SEP> den <SEP> Werten <SEP> von <SEP> <I>v\</I>
<tb> und <SEP> daher <SEP> dem <SEP> Wärmeverbrauch. <SEP> proportional
<tb> sind.
<tb>
Bei <SEP> der <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 5 <SEP> schematisch <SEP> @dargestell ten <SEP> Messvorrichtung <SEP> wird <SEP> ein <SEP> Thermoelement
<tb> (Tliermobatterie) <SEP> benutzt, <SEP> dessen <SEP> eine <SEP> Löt stelle <SEP> V <SEP> in <SEP> der <SEP> einen <SEP> Heizleitung, <SEP> zum <SEP> Bei spiel <SEP> im <SEP> Vorlauf, <SEP> angebracht <SEP> ist, <SEP> während <SEP> die
<tb> andere <SEP> Lötstelle <SEP> B <SEP> sich <SEP> im <SEP> zu <SEP> beheizenden
<tb> Raume <SEP> befindet. <SEP> Die <SEP> Einrichtung <SEP> ist <SEP> so <SEP> ge troffen, <SEP> dass <SEP> die <SEP> Spannung <SEP> dieser <SEP> Strom quelle <SEP> sich <SEP> proportional <SEP> der <SEP> Te=mperaturdiffe renz <SEP> <I>(ti-tr)</I> <SEP> ändert. <SEP> ;
Sie <SEP> liefert <SEP> den <SEP> Strom
<tb> für <SEP> eine <SEP> 2Iessbrücke, <SEP> -bei <SEP> der <SEP> ein <SEP> in <SEP> der <SEP> an dern <SEP> Heizleitung <SEP> ia@n;gabrachtes <SEP> Widerstands thermometer <SEP> a <SEP> und <SEP> ein <SEP> von <SEP> einem <SEP> Thermo meter <SEP> in <SEP> Abhängigkeit <SEP> ,der <SEP> Temperatur <SEP> t, <SEP> ides
<tb> zu <SEP> beheizenden <SEP> Raumes <SEP> regulierter <SEP> Wider stand <SEP> b, <SEP> beide <SEP> in, <SEP> Reihe <SEP> geschaltet, <SEP> Iden <SEP> ver änderlichen <SEP> Widerstand <SEP> bilden. <SEP> Die <SEP> Wider stände <SEP> e, <SEP> f, <SEP> g, <SEP> sind <SEP> auch <SEP> hier <SEP> konstant.
<tb>
Da <SEP> sich <SEP> die <SEP> @Spannung <SEP> ides <SEP> Alessstromes
<tb> proportional <SEP> den <SEP> Werten <SEP> von <SEP> <I>(ti-</I>I<I>r</I>) <SEP> ändert,
<tb> ,die <SEP> ;Spannungsdifferenz <SEP> an <SEP> den <SEP> Enden <SEP> des
<tb> Brückeni#Irahtes <SEP> p <SEP> aber <SEP> einesteils <SEP> dieser <SEP> Span nung, <SEP> .anderteils <SEP> jedoch <SEP> .der <SEP> Differenz <SEP> der
<tb> Widerstandswerte <SEP> des <SEP> Widierstandes <SEP> (a <SEP> + <SEP> b)
<tb> und <SEP> ides <SEP> Widerstandes <SEP> <I>g,</I> <SEP> also <SEP> (t2-f,) <SEP> pro portional <SEP> ist, <SEP> so <SEP> bildet <SEP> .der <SEP> Strom <SEP> im <SEP> Briicken !draht <SEP> p <SEP> ein <SEP> Mass <SEP> für,die <SEP> Werte <SEP> des <SEP> Produktes
<tb> <I>(ti-</I>t,), <SEP> <I>(t2-tr).</I> <SEP> Ein <SEP> in <SEP> @di,
#sen <SEP> Draht <SEP> ge schalteter <SEP> Strommesser <SEP> J <SEP> zeigt. <SEP> in <SEP> einem <SEP> be- stimmten Massstab die Augenblickswerte von 2:2 an, während ein in die Leitung p .geschal teter Amperestundenzähler (zum Beispiel ein Elektrolytzähler) Iden wä!hren(d@ einer ge- wfis,sen Zeit eingetretenen Wä.rmeverbrauich anzeigen kann.
Die Mess.einriehtungkann nach Fig. 6 auch so beschaffen sein, da.ss die eine .Spule eines Wattmeters W unmittelbar in -den Stroun- kreis :
eines Thermoelementes geschaltet wird, dessen warme Lötstelle V im Vorlauf, dessen kalte Lötstelle R im zu beheizenden R.a.ume liegt. Die andere Spule ,dieses Messinstru- mentes wird dann in den ,Stromkreis eines zweiten Thermoelementesgeschaltet, dessen warme Lötstelle A im Rücklauf und, dessen kalte Lötstelle B sich ebenfalls im Raume be findet.
Dias Messinstruffnent TP zeigt :dann das dem Werte des Produktes (1,-Q, (t2-t") pro portionale Produkt der .Spannungen beider Therxnoelemente an, .das den Werten von v2 und daher dem Wärmeverbrauch entspricht. Bei dieser Messeinrichtun.g. wirken also. .die Wärmemesser unmittelbar auf die Anzeige- v orrichtung.
Bei der Einrichtung nach Fig. 7 wird zur Messung ein Thermioelement benutzt, dessen warme Lötstelle a nach an sich bekannten Messverfahren im Vorlauf V, .dessen kalte Lötstelle b im Rücklauf R. angebracht it.
Das Thermoelement dient als Stromquelle für ein Differentialthermometer. Dieses be- steht aus -den beiden Widerstandsthermome tern c und d, von denen das eine in den Vor lauf, das- andere in den Rücklauf eingebaut wird. Sie bilden in ,bekannter Weise die veränderlichen Widerstände in der Mess- brücke <I>r_, d, e, f,</I> in ,der e und f konstante Widerstände darstellen.
Die bei einer sdl@chen Schaltung .an den Enden .des Brückendrahtes, also zwischen den Punkten G und H' auftretende !Spannungs differenz ist bekanntlich direkt proportional der Spannung des Messstromes und der Diffe renz der beiden veränderlichen Widerstände c und d.
Da sich sowohl die eSpa.nnung der Thermoelemente, als auch die Differenz der Widerstände c und d direkt proportional den Werten (tl-t2) ändert, so entspricht :
die an den Enden des Brückendrahtes auftretende Spannungsdifferenz denWerten von (tl-t2)2. Eine in den Brückendraht p eingeschaltete Anzeigevorrichtung J liefert daher den Wer ten von v2 proportionatle Angaben und lässt sich auf Wärmeeinheiten eichen.
Auf ,der Zeichnung ist in Fig. 8 eine An ordnung ,angegeben, mit der die Werte (tl-t2) bezw. (tl-t2)2 unter Verwendung einer 'Stromquelle von konstanter -Spannung ermittelt werden können.
Inder Messbrücke <I>c, d, e,</I> f sind wieder c und<I>d</I> die beiden im Vorlauf und im Rücklauf des Wärmever- bnauchers untergebrachten Wi:derstandsther- momleter, e und f die konstanten Wider stände. Die,Stromquelle ist mit i bezeichnet.
In den Brückendraht wird bei dieser An ordnung eine zweite Mess'brück e geschaltet, die aus den konstanten Widerständen<I>k</I> und<I>l</I> und aus den veränderlichen Widerständen in und n gebildet ist. Die letzterwähnten '.Schalt- teille sind gleichfalls Wi.dersta.ndsthermo- meter, die wie diejenigen :dir äussern :Schal tung (c und d) im Vorlauf und im Rück lauf angebracht werden.
Da sich die Span nungsdifferenz zwischen den Punkten g und h der Brücke c, d, e, f proportional (tl-t2) ändert, so ändert sich die 'Spannung zwischen den Punkten o und p der innern Brücke pro portional (1,1-t2) und zugleich proportional .der jeweiligen Differenz :der Widerstände in, und 7a. Da diese Widerstandsdifferenz aber bekanntlich :gleiehfa'lls (t:
,-t,) proportional ist, so ändert sich der Spannungsunterschied zwischen den Punkten o und p direkt pro portional (tl-t2)2. Ein in den Brückendraht s der Brücke k,<I>1, na,</I> n geschaltetes Mess- instrument kann daher zum Messen der den Werten von (t,-t2)
2 proportionalen Werte von v2 und id'aher zum. Feststellen des Wärme- verbrauchers benutzt werden.
Die beiden im Vorlauf und die beiden im Rücklauf anzubringenden Wärmemessvor- richtungen gemäss Fig. 7 und Fig. 8, welche sich aus Widerstandsthermometern zusam mensetzen, werden zweckmässigerweise als ein Gerät in einem besonderen Behälter .oder in einer gemeinsamen Hülle untergebracht, wie es bei Verwendung von .derartigen Mess geräten zu ,allgemeinem Gebrauch in der Praxis üblich ist.
Method and device for the name of the amount of heat given off by liquids set in flow by heat exchange. Devices are already known with which the amounts contained in liquid streams or the amounts of heat withdrawn from them are measured.
In most of these devices, which are used, for example, to measure the amount of heat exchanged in hot water heating systems, the products are formed from the amount of liquid flowing through the pipeline and its temperature (or the difference between its inflow and return temperatures) according to the scientific term of the heat unit and registered, that is, the amount of liquid and the temperature are measured at two points in the system, namely at the point of entry into the room to be heated and at the point of entry from the heated room.
The product of the temperature difference and the amount of liquid then gives the amount of heat that has passed into the room between the entry and exit of the heat transfer medium for the liquid. Because of the need for several individual measurements, the results of which have to be multiplied automatically, these devices have an intricate and, S,% penetrated design.
Investigations have now shown that the second power of the respective speed v of the heat transfer medium flowing under the influence of the heat exchange is proportional to the heat consumption with an accuracy sufficient for practical purposes: According to the invention, measuring devices are therefore used to measure the heat consumption are in such a way under the influence of the flowing heat transfer medium that their data change almost in the quadratic ratio to a flow velocity.
Instead of measuring the speed of the heat carrier itself, one can also use other quantities proportional to values for the measurement; for example, you can measure the corresponding speed pressure or speed height, respectively. to register.
The second power of the flow rate can also be used as a measured variable, since in many cases this amount is practically proportional to the flow rate at one and the same measuring point.
The fact that the second power of the respective flow rate of the heat transfer medium is practically proportional to the heat consumption results from the fact that the amount of heat transfer medium flowing through a pipe cross-section is proportional to the first power of the speed, i.e. the temperature gradient (ti-tz) of the heat transfer medium when passing through a heat emitting radiator is also proportional to the first power of the speed.
Instead of measuring the square of the flow velocity or the pressure or pressure equivalent to it. The speed level can therefore also be used to measure the temperature difference between the temperature of the heat transfer medium at the point of entry versus the temperature at the point of exit of the consumer to determine the heat consumption, because, for the reason just mentioned, the heat consumption is the square of the temperature difference is proportional.
Furthermore, since the heat output of a heating device is directly proportional to the size of its heating surface, the heat transfer coefficient (Ir.) And the difference (1.-4) between the mean heating water temperature (1m) and the room temperature (1r), since further it is known that the heat transfer coefficient changes proportionally to the flow velocity of the carrier, so the temperature difference (tm tr)
proportional to the flow rate v of the heat transfer medium through the radiator. As a result, the heat consumption can also be measured by measuring the temperature difference (im -I,.,), Since the heat consumption is proportional to the square of this difference.
From the differences (tl-tJ and (tm -tr), both proportional to the flow rate v, a number of other variables can be derived which are proportional to v and are therefore suitable for determining the heat consumption.
Any desired method can be used to measure the quantities mentioned; For example, if it is the flow velocity or the velocity pressure proportional to the square of the same (velocity height), the manometric method using piezometers, baffle plates, throttle nozzles, measuring tubes, venturi tubes and so on, or the volumetric method with Help voa water knives are used.
With the manometric method, by means of differential manometers to cooperate display, writing or counting devices are used, similar to those that BEZW for measurement. Registration of flow rates are in use. In the present application, there is a simplification insofar as only the pressure or. the height difference itself, but nothing, as is necessary when determining flow rates, the root values of which are to be registered.
During the measurement, due to the temperature differences .of the heat transfer medium or. the differences between its mean temperature and room temperature or values derived therefrom, temperature meters in the flow line, in ider return line and in the room to be heated can be used, which can also be designed to be registered, respectively. can affect display or registration instruments.
Several examples of means for carrying out the method according to the present invention are illustrated in the accompanying drawings, namely:
1 a device consisting of a partial flow water meter for measuring the square of the flow velocity of the heat transfer medium in section, FIG. 2 a vodumetric measuring device in section, FIG. 3 a manometric measuring device in section, FIG. 4 a thermometric measuring device tion,
which works with heat meters in the heating lines and in the room, Fig. 5 a thermometric measuring device in which the flow temperature, the return temperature and the temperature in the room to be heated are measured, Fig. 6 a thermometric device in which the flow temperature, the return temperature and the temperature in the room to be heated is measured, Fig. 7 shows a device,
in which the difference between the flow and return temperature is precisely measured with heating elements, Fig. 8 a device in which the difference between the flow and return temperature is also determined, but using a power source of constant voltage.
In the embodiment of FIG. 1, the value v2 is determined with the help of a built into a branch from the heating power part of the current water meter 1. A valve chamber is located in the main flow line 7. The inflow of the water to this valve chamber and thus to the partial flow water meter is regulated by a valve body B.
The opening of the valve is controlled by the respective water speed in such a way that, in conjunction with the special design of the valve chamber, the amount of water flowing through the water meter 1 is proportional to the square of the respective water speed in the main line 7.
The partial water flow emerges from valve chamber 2 through channel 3 into the measuring chamber, sets measuring wheel 4 in rotation and returns through channel 5 into main line 7.
The measuring wheel 4, the speed of which changes proportionally to the partial flow rate, drives the water meter counter in a known manner. Since the partial flow rate increases with the second power of the water speed in the main line, the amount of heat consumed can be determined from the information on the water meter. After the valve chamber, a baffle 6 can be arranged in the main line 7.
Its shape, for example, results from the partial view of the pipe leg shown under half of FIG.
Fig. 2 shows a further example of a device in which v2 etc. is determined from the water movement according to the voJumetric 3 method. In front of the partial flow water meter 1 built into the heating medium pipe <B> 1.7 </B>, a baffle plate 2 is built into the pipe.
The pressures prevailing in front of and behind the same are transmitted through tubes 3 and 4 to the chamber 5 of a differential manometer attached to the underside of the water meter, namely ider- art,
that the total pressure occurring due to the damming effect to the right of the flap 7 inserted into the chamber 5 and attached to the axis 6 acts. The static pressure of the heating fluid flowing into the heating device, taken behind the baffle plate 2, rests on its left-hand side. The flap 7 inserted into the chamber 5 with a good seal is winded by a force
which corresponds to the difference between the pressures in front of and behind the baffle 2, i.e. the dynamic pressure, and which is also dependent on the size of the flap surfaces exposed to the two pressures, turned to the left against the effect of a Fe Jer. The spring is used by the coil spring 8, which acts on the lever 9 attached to the end of the outside half of the chamber 5 on the axis 6 (protruding from it).
The axis 6 moves into the position in which the torque exerted by the flap 7 under the effect of the pressure difference on the axis 6 and that under the spring $ im. Tge,; en, ge set: sense of the occurring torque equal to each other are. On the ornamental axis of the rotary valve 10 is fastened, which makes the rotation of the axis 6 with.
The position of the rotary valve 10 is selected so that the valve wall 11 just closes the inflow line 13 leading into the measuring chamber 12 of the water meter 1 in the idle state, that is, when the flow of liquid has stopped. If the slide 10 rotates clockwise under the effect of a pressure difference exerted on the flap 7, the inflow to the water meter is released.
The closing edge 14 of the slide wall 11 is shaped in such a way that the flow cross-section to the channel 13 released by it when it is turned clockwise increases to the same extent as the speed of the water in the main line 17, i.e. practically increases with it .the square root of the pressure difference. As a result, the amount of liquid flowing through the water meter changes in the quadratic ratio to the speed or flow rate in the main line 17.
The partial water flow reaching Messka@m.mer 12 sets the measuring wheel 15, which forms the drive for the counter, in rotation and returns through channel 16 back into the main line.
It should also be noted "with certain heat transfer media, for example water, especially when it comes to thermosyphon systems, where the higher flow rates correspond to the lower values of the liquid density, also the changes in this density and possibly also those the specific heat can be taken into account to a certain extent by designing the terminating edge 14, whereby the measurement accuracy is still increased.
In the case of the manometric measuring device shown in FIG. 3, v2 respectively. the hydro: dynamic pressure or the second power of the flow rate, for example determined from the difference between the pressures in front of and behind a D, ro, diaphragm a.
These pressures are transmitted through the pipes c and d embedded in the heating medium line b to a piston 1a inserted in the cylinder e and under the action of the mutually identical helical springs f and g. The end of the piston rod i. is designed as a pointer,
which moves to the right in the event of a pressure difference acting on the piston lt and denotes the respective existing heat consumption on a division lo. Between the graduation <I> k </I> and the cylinder e, a counter 1 is built into the piston rod i, which is driven by a friction wheel nz. This is set in motion by the disk 7a, which is rotated by a power source of any kind at a constant speed and touches the friction wheel m with slight pressure.
If there is no pressure difference on the piston h, the friction wheel m is in the center of the disk n and is therefore not rotated by it. But as soon as the pressure on the left side of the cylinder is greater than that on the right, the piston pushes the counter to the right, and (the friction wheel m rotates to the same degree as it deviates from its central position.
Since this deviation is proportional to the pressure difference, i.e. v2, the indications of the counter also advance to the same extent, and since its indications increase at the same time the more strongly the longer the friction wheel remains in the respective position, i.e. the If this corresponding pressure difference persists, the displays of the counter 1 form a hatred for the Wärünever'brau.ch, which took place between two readings, or, for example, for the utilization of the amount of fuel consumed during this time. The in .Fig. 3,
The measuring device shown can also be used in connection with a venturi tube. The pressure line c is then branched off in front of the venturi tube, the line d, however, at its narrowest point.
4 shows the example of a device which makes it possible to measure the distribution of v and therefore the heat consumption proportional to the heat consumption with the aid of temperature gauges installed in the heating line and in the room. An electrical resistance thermometer a is attached to the flow line leading to the heat consumer.
It is connected in series with a resistor b. This resistance b is changed by a thermometer, which measures the temperature prevailing in the room to be heated, in such a way that it increases or decreases proportionally (to the room temperature. The resistances a and b are now measured as such . ,,
that their sum at a predetermined temperature 1r. This means that it should correspond to the temperature intended for the room, equal to the resistance g of a Wheatstone bridge.
The resistance a is designed in such a way that: when the heating medium flows in, its ohmic resistance increases, while the resistance b # is reduced when the room to be heated is cooled by the thermometer measuring the room temperature ..
The change in resistance a. it now follows like this, and the material of the resistance b. is chosen so that tdie, the sum of the resistances <I> a </I> and <I> b </I> changes linearly in relation to the difference (ti-t.).
A resistance thermometer c installed in the return line leading from the heat consumer is connected in series with a resistor d in the same way, which is also reduced proportionally to the room temperature by a second thermometer installed in the room.
In the manner described above, it is achieved here too that the sum of the resistances c and d changes linearly in relation to the difference (t2-t ”).
The resistors a and b together form the variable resistance in a circuit like J'er Wheatstone's bridge, in which <I> e, f </I> and g: represent constant resistances (.
With such a circuit, the current flowing through the bridge wire h changes at a constant voltage of the current source B is known to be proportional.
EMI0005.0061
tional <SEP> idem <SEP> variable <SEP> resistance <SEP> (a + <SEP> <B><I>b),</I> </B>
<tb> däs <SEP> means <SEP> (ti-t.). <SEP> In <SEP> the same <SEP> way <SEP> who, <SEP> the <SEP> resistors <SEP> c <SEP>: and- <SEP> d <SEP> in <SEP> a <SEP > second
<tb>: similar <SEP> and <SEP> off, the <SEP> iStrüm-quelle <SEP> B <SEP> with
<tb> bleacher <SEP> iVoltage <SEP> fed <SEP> 14Z, ess'brücke, <SEP> in
<tb> the <SEP> <I> i, <SEP> k </I> <SEP> and, <SEP> <I> l </I> <SEP> are constant <SEP> weather strengths <SEP>,
<tb> as <SEP> variable <SEP>. resistance <SEP>;
used, <SEP> so <SEP> @that
<tb> here <SEP> or <SEP> (current <SEP> .im <SEP> bridge wire <SEP> <I> m </I> <SEP> proportional <SEP> IDs <SEP> values <SEP> < I> (tp- </I> i,) <SEP> is. <SEP> The <SEP> both
<tb> measuring bridges <SEP> set <SEP> also <SEP> Different: ialthermo meter. <SEP>, represent. <SEP>; See @ altet <SEP> man <SEP> in, the <SEP> bridge wire
<tb> 7n <SEP> @dfi:
e <SEP> one, <SEP> for the <SEP> example <SEP> i the <SEP> voltage coil
<tb> of a <SEP> wattmeter, <SEP> whose <SEP> wanders <SEP>, coil <SEP> in
<tb> the <SEP> bridge wire <SEP> h <SEP> is switched <SEP>, <SEP> shows <SEP>
<tb> this <SEP> instrument <SEP> the <SEP> values <SEP> of the <SEP> product
<tb> <I> (ti-tr). <SEP> (tQ-tr) </I> <SEP> on, <SEP> the <SEP> the <SEP> values <SEP> from <SEP> <I> v \ </I>
<tb> and <SEP> therefore <SEP> the <SEP> heat consumption. <SEP> proportional
<tb> are.
<tb>
With <SEP> the <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 5 <SEP> schematically <SEP> @shown <SEP> measuring device <SEP> <SEP> becomes a <SEP> thermocouple
<tb> (Tliermo battery) <SEP> used, <SEP> whose <SEP> has a <SEP> soldering point <SEP> V <SEP> in <SEP> of the <SEP> a <SEP> heating cable, <SEP> to the < SEP> Example <SEP> in the <SEP> lead, <SEP> is attached <SEP>, <SEP> during <SEP> the
<tb> other <SEP> soldering point <SEP> B <SEP> <SEP> in <SEP> to <SEP> heated
<tb> spaces <SEP> is located. <SEP> The <SEP> facility <SEP> is <SEP> so <SEP> that <SEP> the <SEP> voltage <SEP> of this <SEP> power source <SEP> is <SEP> proportional <SEP> of the <SEP> te = temperature difference <SEP> <I> (ti-tr) </I> <SEP> changes. <SEP>;
You <SEP> supplies <SEP> the <SEP> current
<tb> for <SEP> a <SEP> 2Iessbrücke, <SEP> -at <SEP> the <SEP> a <SEP> in <SEP> the <SEP> on the <SEP> heating cable <SEP> ia @ n; installed <SEP> resistance thermometer <SEP> a <SEP> and <SEP> a <SEP> from <SEP> a <SEP> thermometer <SEP> in <SEP> dependency <SEP>, the <SEP> temperature <SEP > t, <SEP> ides
<tb> to <SEP> heating <SEP> room <SEP> regulated <SEP> resistance <SEP> b, <SEP> both <SEP> in, <SEP> series <SEP> switched, <SEP> Iden <SEP > Form variable <SEP> resistance <SEP>. <SEP> The <SEP> resistances <SEP> e, <SEP> f, <SEP> g, <SEP> are <SEP> also <SEP> here <SEP> constant.
<tb>
Since <SEP> <SEP> the <SEP> @voltage <SEP> ides <SEP> Alessstromes
<tb> proportional <SEP> changes the <SEP> values <SEP> of <SEP> <I> (ti- </I> I <I> r </I>) <SEP>,
<tb>, the <SEP>; voltage difference <SEP> at <SEP> the <SEP> ends <SEP> of the
<tb> Bridges <SEP> p <SEP> but <SEP> one part <SEP> of this <SEP> voltage, <SEP> .other part <SEP> but <SEP>. the <SEP> difference <SEP> the
<tb> Resistance values <SEP> of the <SEP> resistor <SEP> (a <SEP> + <SEP> b)
<tb> and <SEP> ides <SEP> resistance <SEP> <I> g, </I> <SEP> so <SEP> (t2-f,) <SEP> is proportional <SEP>, <SEP> so <SEP> forms <SEP> .the <SEP> current <SEP> in the <SEP> bridge! wire <SEP> p <SEP> a <SEP> measure <SEP> for the <SEP> values <SEP> of the <SEP> product
<tb> <I> (ti- </I> t,), <SEP> <I> (t2-tr). </I> <SEP> A <SEP> in <SEP> @di,
#sen <SEP> wire <SEP> switched <SEP> ammeter <SEP> J <SEP> shows. <SEP> in <SEP> a <SEP> the instantaneous values of 2: 2, while an ampere-hour meter (for example an electrolyte meter) connected to the line p., Ids (d @ a wfis can display the heat consumption that has occurred.
According to FIG. 6, the measuring device can also be designed in such a way that the one coil of a wattmeter W is directly in the circle of the current:
of a thermocouple is switched, whose warm soldering point V is in the flow, whose cold soldering point R is in the R.a.ume to be heated. The other coil of this measuring instrument is then switched into the circuit of a second thermocouple, whose warm soldering point A is in the return and whose cold soldering point B is also in the room.
The measuring instrument TP shows: then that the value of the product (1, -Q, (t2-t ") per proportional product of the voltages of both thermal elements, that corresponds to the values of v2 and therefore the heat consumption. With this measuring device .that is, ... the heat gauges act directly on the display device.
In the device according to FIG. 7, a thermocouple is used for the measurement, the warm soldering point a of which is attached to the flow V according to known measurement methods, and whose cold soldering point b is attached to the return R.
The thermocouple serves as a power source for a differential thermometer. This consists of the two resistance thermometers c and d, one of which is installed in the flow and the other in the return. In a known way, they form the variable resistances in the measuring bridge <I> r_, d, e, f, </I> in, which e and f represent constant resistances.
The voltage difference that occurs with a sdl @ chen circuit at the ends of the bridge wire, i.e. between points G and H ', is known to be directly proportional to the voltage of the measuring current and the difference between the two variable resistances c and d.
Since both the voltage of the thermocouples and the difference between the resistances c and d change in direct proportion to the values (tl-t2), then:
the voltage difference occurring at the ends of the bridge wire corresponds to the values of (tl-t2) 2. A display device J connected to the bridge wire p therefore supplies the values of v2 with proportional information and can be calibrated to thermal units.
On, the drawing is in Fig. 8, an arrangement indicated with which the values (tl-t2) respectively. (tl-t2) 2 can be determined using a 'constant voltage current source.
In the measuring bridge <I> c, d, e, </I> f, c and <I> d </I> are again the two resistance thermometers, e and f, which are accommodated in the flow and return of the heat consumer constant resistance. The current source is denoted by i.
In this arrangement, a second measuring bridge is connected in the bridge wire, which is formed from the constant resistances <I> k </I> and <I> l </I> and from the variable resistances in and n. The last-mentioned switching parts are also resistance thermometers which, like the ones that express themselves: circuit (c and d), are fitted in the flow and return.
Since the voltage difference between points g and h of the bridge c, d, e, f changes proportionally (tl-t2), the voltage between points o and p of the inner bridge changes proportionally (1.1- t2) and at the same time proportional to the respective difference: the resistances in, and 7a. Since this resistance difference is known to be: gleiehfa'lls (t:
, -t,) is proportional, the voltage difference between points o and p changes directly proportionally (tl-t2) 2. A measuring instrument connected to the bridge wire s of the bridge k, <I> 1, na, </I> n can therefore be used to measure the values of (t, -t2)
2 proportional values of v2 and id'aher zum. Determining the heat consumer can be used.
The two heat measuring devices to be attached in the flow and the two in the return according to FIG. 7 and FIG. 8, which are composed of resistance thermometers, are expediently accommodated as one device in a special container .or in a common casing, as is the case when used of. Such measuring devices to, general use is common in practice.