Wärmemengenmesser
Die Erfindung betrifft einen Wärmemengenmesser, bestehend aus einem Warmwasserzähler mit aufgesetztem Integnerwerk mit Reibradsystem und Verstellung des Reibrades mittels- eines einarmigen Hebels unter dem Einfluss von zwei mechanischen Temperaturgebern für die Vor- und Rücklauftemperatur.
Es ist ein Wärmemengenmesser dieser Art bekannt, bei dem zwei übereinstimmende Temperaturgeber, jeweils bestehend aus einem flüssigkeitsgefüllten Fühler, einer Übertragungsleitung und einem als Membrangehäuse ausgebildeten Empfänger auf einen einarmigen Hebel wirken, um die jeweilige Temperaturdifferenz zur Einstellung des Reibrades in das Integrierwerk einzugeben. Dabei ist nur dann eine präzise Angabe der Temperaturdifferenz zu erwarten, wenn eine der beiden Temperaturen als praktisch konstant angesehen werden kann. Diese Voraussetzung lässt sich aber in der Praxis nicht machen.
Um trotzdem zu einer exakten Einstellung des Reibrades proportional der Temperaturdifferenz zu kommen, hat man deshalb bisher stets zu komplizierteren, kinematischen Obertragungsmechanismen Zuflucht genommen und auf die mechanische, besonders einfache Lösung des einarmigen Hebels verzichtet.
Die Erfindung weist einen Weg, trotz der Verwendung eines einarmigen Hebels in einem Wärmemengenmesser der eingangs genannten Art zu einer exakten Übertragung der Temperaturdifferenz zu kommen. Dieser Weg besteht darin, dass die Geberkonstanten der beiden Temperaturgeber, d. h. deren Längendilatation je gemessener Temperatureinheit, derart unterschiedlich bemessen werden, dass sie sich wie die zugehörigen Abschnitte an dem einarmigen Hebel verhalten, gerechnet vom Reibrad bis zu den Angriffspunkten der Empfänger.
Die Geberkonstante ist bei solchen Temperaturgebern, die aus einem flüssigkeits- oder gasgefüllten Fühler, einer Verbindungsleitung und einem volumenveränderlichen Empfänger bestehen, direkt abhängig von dem Fühlervolumen und dem auf den jeweiligen Fühler bezogenen Volumenausdehnungs-Koeffizienten des Fühlermediums, sowie umgekehrt abhängig von dem Empfängervolumen. Wenn (wie beispielsweise bei einem Wellrohr, Balg oder Membrangehäuse) die Querschnittsfläche des Empfängers praktisch konstant ist, ist die Geberkonstante nicht vom Empfängervolumen sondern nur vom Empfängerquerschnitt umgekehrt abhängig.
Bei übereinstimmenden Füllmedien und Fühlermaterialien sowie übereinstimmender Querschnittsfläche bei den Empfängern sind die Geberkonstanten der beiden Temperaturgeber nur noch von den Fühlervolumina abhängig. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich daher bei Verwendung derartiger Temperaturgeber dadurch aus, dass sich die Fühlervolumina zueinander wie die zugehörigen Hebelabschnitte an dem einarmigen Übertragungshebel verhalten.
Zweckmässig verhalten sich auch die Empfängervolumina wie die zugehörigen Hebelabschnitte, und zwar aus folgendem Grund:
Die Empfänger werden im praktischen Betrieb verschiedene Temperaturen annehmen. Auch wenn ihre Temperatur übereinstimmt, können bei Abweichung dieser Temperatur von der Temperatur bei der Eichung auf Grund der daraus resultierenden Empfängerdilatationen Anzeigefehler entstehen, sofern nicht die Bedingung dieses Erfindungsmerkmals erfüllt ist. Dabei sollten allerdings besondere Einrichtungen vorgesehen sein, die eine Gleichstellung der Empfängertemperatur sicher stellen.
Nach einer anderen, sehr zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung werden Temperaturgeber auf Basis der verschiedenen thermischen Längendilatation zweier Werkstoffe benutzt. Dabei sollen zweckmässigerweise die Materialien der Geber in dem von der Aussentemperatur noch wesentlich beeinflussten Bereich hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten übereinstimmen, und es sollten auch Mittel zum Temperatur ausgleich zwischen den Übertragungsgliedern der Geber von den Fühlern zu dem Hebelsystem vorgesehen sein.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen
Fig. 1 schematisch die Anordnung eines mit flüssigkeits- oder gasgefüllten Temperaturgebern arbeitenden Wärmemengenmessers, und
Fig. 2 die Anordnung von Temperaturgebern auf Basis der verschiedenen thermischen Längendilatationen zweier Werkstoffe in einem derartigen Wärmemengenmesser.
In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 allgemein ein Reibradgetriebe bezeichnet, dessen Treibrad 2 auf der Welle eines Wasserzählers sitzt, und dessen Reibrad 3 auf der Welle 4 des Wasserzählers 5 axial verschiebbar ist. Der von dem Treibrad 2 direkt angetriebene Zähler 6 zeigt lediglich die durchgesetzte Heizwassermenge an, während die jeweilige Temperaturdifferenz auf einer Skala 7 abgelesen werden kann, deren Zeiger 8 an dem einarmigen Hebel 9 sitzt, welcher mit seinem Ende 10 die Stellung des Reibrades bestimmt. Das entgegengesetzte Ende 11 des Hebels und ein mittlerer Punkt 12 sind mit Empfängerbälgen 13 und 14 gelenkig verbunden. Dabei kann die Verbindung bei dem Punkt 12 in Längsrichtung zur genauen Einstellung der Hebelabschnitte verstellbar sein.
Der Hebel 9 kann gegebenenfalls ausschliesslich von den Empfängern 13 und 14 gehalten sein, jedoch ist es auch möglich, noch zusätzliche Lagereinrichtungen dafür vorzusehen, beispielsweise Führungen, die ihn quer zu seiner Bewegungsebene, die mit der Zeichenebene übereinstimmt, halten.
Die Empfänger 13 und 14 stehen über Leitungen 15, 16 mit den Fühlern 16 und 17 in der Vorlaufleitung 18 und der Rücklaufleitung 19 in Verbindung. Die Leitungsvolumina sollen klein gegenüber den Volumina von Fühler und Empfänger sein, um Fehler auf Grund unterschiedlicher Leitungstemperatur zu verringern.
Wenn der Hebelabschnitt zwischen dem Reibrad und dem Angriffspunkt 12 des Empfängers des Vorlauffühlers a ist, und der Abschnitt zwischen den beiden Empfänger-Angriffspunkten mit b bezeichnet wird, und wenn weiterhin die Volumina der Fehler 17 und 16 im Vorlauf und Rücklauf Vn. und VFr sind, ist VFV ¯ a
VFr a + b
Ebenso soll mit den Empfängervolumina VEV und VEr sein: VEY ¯ a
VEr aMb wodurch Fehler auf Grund von Abweichungen der Empfängertemperatur von den Eichverhältnissen ausgeschaltet werden. Das Empfängervolumen kann dabei auch die Volumina der Verbindungsleitung berücksichtigen.
Der Bereich der Empfänger und Verbindungsleitungen soll dabei auf übereinstimmender Temperatur gehalten werden, was in bekannter Weise dadurch geschehen kann, dass dieser Bereich gegenüber der Umgebung isoliert ist und gegebenenfalls gut wärmeleitende Bauteile innerhalb des isolierten Raumes vorgesehen sind.
Der Werkstoff des Empfängers soll gealtert sein.
Ausführungsformen sind z. B. metallische Faltenbälge, längsdehnbares Federstahfrohr, belastet im Proportionalbereich und Bälge aus Elastomeren.
Das wirksame Balgvolumen kann durch gröbere Kapillarleitungen getrimmt werden, die im Prinzip als abklemmbares Volumen dem übrigen Balgvolumen zugefügt sind.
Insbesondere, wenn eine Nebeneinanderführung von Vor- und Rücklauf eines zu messenden Heizsystems möglich ist, kann eine sehr präzise Weitergabe der Temperaturdifferenz an den Hebel dadurch erfolgen, dass jeweils ein Thermometersystem verwandt wird, das die verschiedene Ausdehnung von zwei festen Stoffen, insbesondere Metallen, benutzt. Bei der in Fig. 2 dargestellten, zweckmässigen Lösung hat das eine Metall Rohrform 20 und das zweite Metall wird als Seele 21 in dem Rohr geführt. Die wirksame Fühlerlänge ist auch in diesem Fall für beide Thermometersysteme verschieden und richtet sich nach der beabsichtigten Hebelübersetzung, also nach der massgeblichen Bedingung, dass der Warmwasserzähler für die Temperaturdifferenz Null zwischen beiden Fühlern die Wärmemenge Null zählen muss.
Zur Vermeidung von Fehlern durch von aussen in den Fühler eindringende Falschtemperaturen wird ein genügend grosser Anteil neutralen Materials-also bei der letztgenannten Anordnung Rohr und Seele - aus Material mit gleichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten noch in den Fühlerabgang mit eingebaut. Verschieden grosse Empfänger sind nur notwendig bei Flüssigkeitsfüllung. Die Ausführungsform des Fühlers nach Bild 3 sieht einen oder mehrere jeweils gerade Rohre mit Seele vor, wobei im letzten Fall die Ausdehnungsunterschiede sich summieren. Auch die Zuführungsleitung bis zum Hebel ist starr, oder wenig beweglich, um den Primärzustand der Alterung des Materials zu bewahren.
Die Übertragungsglieder 23, 24 der Temperaturgeber können beispielsweise weitgehend in einem gemeinsamen Block 24 liegen, der für Temperaturausgleich sorgt, wobei wiederum eine Aussenisolation vorgesehen sein kann.
Heat meter
The invention relates to a heat meter, consisting of a hot water meter with a built-in integrated mechanism with a friction wheel system and adjustment of the friction wheel by means of a one-armed lever under the influence of two mechanical temperature sensors for the flow and return temperature.
A heat meter of this type is known in which two matching temperature sensors, each consisting of a liquid-filled sensor, a transmission line and a receiver designed as a membrane housing, act on a one-armed lever to input the respective temperature difference for setting the friction wheel into the integrating unit. A precise indication of the temperature difference can only be expected if one of the two temperatures can be regarded as practically constant. However, this requirement cannot be met in practice.
In order to achieve an exact setting of the friction wheel proportional to the temperature difference, one has always resorted to more complicated, kinematic transmission mechanisms and dispensed with the mechanical, particularly simple solution of the one-armed lever.
The invention provides a way of achieving an exact transmission of the temperature difference despite the use of a one-armed lever in a heat meter of the type mentioned. This way consists in the fact that the transmitter constants of the two temperature transmitters, i. H. whose length dilatation per measured temperature unit can be measured differently in such a way that they behave like the associated sections on the one-armed lever, calculated from the friction wheel to the points of application of the receiver.
With temperature sensors that consist of a liquid or gas-filled sensor, a connecting line and a variable-volume receiver, the transmitter constant is directly dependent on the sensor volume and the volume expansion coefficient of the sensor medium related to the respective sensor, and vice versa, it depends on the receiver volume. If the cross-sectional area of the receiver is practically constant (as in the case of a corrugated tube, bellows or membrane housing, for example), the transmitter constant is not dependent on the receiver volume but only on the receiver cross-section.
With matching filling media and sensor materials as well as matching cross-sectional areas of the receivers, the transmitter constants of the two temperature transmitters only depend on the sensor volumes. An advantageous embodiment of the invention is therefore characterized when using such temperature sensors in that the sensor volumes behave in relation to one another like the associated lever sections on the one-armed transmission lever.
The receiver volumes also behave appropriately like the associated lever sections, for the following reason:
The receivers will assume different temperatures in practical operation. Even if their temperature is the same, if this temperature deviates from the temperature during calibration, display errors can occur due to the receiver dilation resulting therefrom, unless the condition of this feature of the invention is met. In this case, however, special devices should be provided that ensure that the receiver temperature is equal.
According to another, very useful embodiment of the invention, temperature sensors are used on the basis of the different thermal length dilation of two materials. The materials of the transmitters should suitably match in the area still significantly influenced by the outside temperature with regard to the coefficient of thermal expansion, and means for temperature compensation should also be provided between the transmission members of the transmitter from the sensors to the lever system.
The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing. Show in it
1 schematically shows the arrangement of a heat quantity meter operating with liquid or gas-filled temperature sensors, and
2 shows the arrangement of temperature sensors based on the different thermal length dilatations of two materials in such a heat quantity meter.
In Fig. 1, the reference number 1 generally designates a friction gear, the drive wheel 2 of which sits on the shaft of a water meter and the friction wheel 3 of which is axially displaceable on the shaft 4 of the water meter 5. The counter 6, which is driven directly by the drive wheel 2, only shows the amount of heating water used, while the respective temperature difference can be read on a scale 7, the pointer 8 of which sits on the one-armed lever 9, which with its end 10 determines the position of the friction wheel. The opposite end 11 of the lever and a central point 12 are hingedly connected to receiver bellows 13 and 14. The connection at point 12 can be adjustable in the longitudinal direction for precise adjustment of the lever sections.
The lever 9 can optionally be held exclusively by the receivers 13 and 14, but it is also possible to provide additional storage devices for it, for example guides that hold it transversely to its plane of movement, which corresponds to the plane of the drawing.
The receivers 13 and 14 are connected to the sensors 16 and 17 in the flow line 18 and the return line 19 via lines 15, 16. The line volumes should be small compared to the volumes of the sensor and receiver in order to reduce errors due to different line temperatures.
If the lever section between the friction wheel and the point of application 12 of the receiver of the flow sensor is a, and the section between the two receiver points of application is denoted by b, and if the volumes of errors 17 and 16 in the flow and return are Vn. And VFr , is VFV ¯ a
VFr a + b
Likewise, the recipient volumes VEV and VEr should be: VEY ¯ a
VEr aMb, which eliminates errors due to deviations in the receiver temperature from the calibration conditions. The receiver volume can also take into account the volumes of the connecting line.
The area of the receiver and connection lines should be kept at the same temperature, which can be done in a known manner in that this area is isolated from the environment and, if necessary, good heat-conducting components are provided within the isolated space.
The material of the recipient should be aged.
Embodiments are e.g. B. metallic bellows, elongated spring steel tube, loaded in the proportional range and bellows made of elastomers.
The effective bellows volume can be trimmed by coarser capillary lines, which in principle are added to the remaining bellows volume as a clampable volume.
In particular, if it is possible to run the flow and return of a heating system to be measured side by side, the temperature difference can be passed on very precisely to the lever by using a thermometer system that uses the different expansion of two solid materials, especially metals . In the practical solution shown in FIG. 2, one metal has a tubular shape 20 and the second metal is guided as a core 21 in the tube. In this case, too, the effective sensor length is different for both thermometer systems and depends on the intended leverage, i.e. the decisive condition that the hot water meter must count the heat quantity zero for the temperature difference between the two sensors.
To avoid errors due to incorrect temperatures penetrating the sensor from outside, a sufficiently large proportion of neutral material - i.e. in the latter arrangement tube and core - made of material with the same thermal expansion coefficient is also built into the sensor outlet. Receivers of different sizes are only necessary when filling with liquid. The embodiment of the sensor according to Figure 3 provides one or more straight tubes with a core, whereby in the latter case the expansion differences add up. The feed line up to the lever is also rigid or not very flexible in order to preserve the basic state of aging of the material.
The transmission elements 23, 24 of the temperature sensors can, for example, largely lie in a common block 24, which ensures temperature compensation, whereby external insulation can again be provided.