CH666751A5 - Waermeleistungs- und/oder massendurchflussmesser. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Messen ausgetauschter Wärmeleistung und/oder eines Massendurchflusses eines Medium, dessen spezifische Wärme bekannt ist, zwischen einer Zulauf- und Rücklaufleitung oder zwischen einer von beiden und der Umgebung.

Herkömmliche Wärmeleistungsmesser und Wärmemengenzähler mit beweglichen Elementen zum Messen des Massendurchflusses eines Mediums sind verschleissbar und gegen Unreinigkeiten empfindlich; Messgeräte ohne bewegliche Teile werden dagegen ungenau, wenn es zum Ansammeln der Niederschläge kommt, wenn die Durchflussbedingungen geändert werden (z.B. Turbulenz) und wenn das Medium mehrphasig ist; sie sind für geringe Durchflüsse nicht geeignet und gelten nur für das jeweils deklarierte Medium. Daher ist das Ziel dieser Erfindung, einen Wärme-leistungs- und/oder Massendurchflussmesser zu schaffen, der keine beweglichen oder abnutzbaren Teile aufweist und auch für geringe Durchflussmengen geeignet ist sowie vom Ansammeln der Niederschläge und Unreinigkeiten als auch von Turbulenz und Mehrphasigkeit des Mediums unabhängig ist und der für verschiedene Medien verwendet werden kann.

Genaues kontinuierliches Messen der Wärmeleistung, die in einer Wärmeanlage mit flüssigem oder gasförmigem Medium ausgetauscht wird, ist ein anspruchsvolles Problem; man muss den Massendurchfluss und die Temperaturdifferenz (TEiniriu - TAustrm) kontinuierlich messen und die mittlere spezifische Wärme Cp des Mediums in diesem Temperaturbereich, d.h.

TAuslritt, T Eintrm kennen, damit die nachstehende Grundgleichung verwendet werden kann, mittels welcher man die ausgetauschte Wärmeleistung elektronisch oder sonstwie ausrechnen kann:

Q =m • Cp

Ta Te'

(TEintritt — TAuslritt)

Zum Unterschied von genauer Messung der Temperaturdifferenzen AT, was bei heutigem Stand der Technik, besonders in einer Differenzialverbindung von Sensoren, kein besonderes Problem ist, stellt kontinuierliches Messen des s Massendurchflusses m eine sehr anspruchsvolle Massnahme dar, weshalb man in der Praxis lieber Volumendurchflüsse misst und dabei die Dichte des Mediums berücksichtigt. Wenn aber das Medium verschmutzt, zusammendrückbar, zweiphasig (tropfbare Flüssigkeit - Gasblasen oder Gas + io Tropfen) oder pulsierend ist, dann lassen sich auch Volumendurchflüsse nicht leicht präzise messen. Ein besonderes Problem stellt das Messen geringer Durchflüsse in Röhren grösserer Abmessungen dar, wo die Geschwindigkeiten gering und in bezug auf den Querschnitt veränderbar sind.

ls Die Geräte zum unmittelbaren Messen von Volumendurchflüssen, z.B. Gasometer, sind für kontinuierliche Durchflüsse, insbesondere wenn die Durchflüsse nicht stationär sind, nicht geeignet. Die auf dem Prinzip verschiedener Räder (Voltmann-Rad), Zahnräder, elliptischer Zahn-20 räder, Ringe, Schaufelräder, Klappen u.ä. basierenden indirekten Volumen-Messgeräte sind jedoch gegen Unreinigkeiten empfindlich (Wellen und Lager): die Spalte zwischen den beweglichen und unbeweglichen Teilen werden infolge von Verschmutzung, Niederschlägen, Rost und Verschleiss 25 kleiner oder grösser, weshalb die deklarierte Genauigkeit durch die Benutzung absinkt. Auch sind sie für zusammendrückbare, zweiphasige Medien und schnellere Durchflussänderungen nicht geeignet.

Es gibt mehrere indirekte Geräte zum Messen des Volu-30 mendurchflusses, die zweimal mittelbar messen, d.h. sie messen eine Grösse, die von der Geschwindigkeit abhängig ist, die letztere hängt jedoch vom Volumendurchfluss und vom Querschnitt ab. Die Geschwindigkeit ist natürlich gemäss dem Querschnitt nicht konstant, was schon grund-35 sätzlich die Genauigkeit dieser Methode beeinträchtigt. Dieser Art sind z.B. Geschwindigkeitsmessungen mit Hilfe von Druckdifferenzen an Messblenden, am Venturi-Rohr, in Rohrbögen usw. Anstatt mittels Druckdifferenzen kann die Geschwindigkeit auch durch Vergleichen der Wärmeübertra-40 gung, z.B. mit heissem Draht («hot wire») oder mit einem erwärmten Zapfen gemessen werden. Ein Nachteil dieser Messungen besteht darin, dass das Ansprechen des Messgerätes von Niederschlägen am Sensor, von Verschmutzung, Temperaturen, Turbulenz, Blasen usw. abhängig ist, was alles 45 die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit verringert.

In letzterer Zeit hat die Elektronik mehrere mittelbare Geschwindigkeitsmessungen ermöglicht, z.B. durch die Verwendung des Dopplereffektes mit Hilfe von Ultraschall oder 50 Laser, das Messen der Dauer der Wanderung von Karmanschen Wirbeln oder Blasen im Rohr, die Kompensationsvergleichmethode der Wärmedurchgangszahl in Kombination mit dem Venturi-Rohr, magnetostriktive und induktive Methoden sowie Methoden der axialen oder radialen Ionisie-ss rung. Die meisten von diesen Methoden erfordern eine aufwendige Elektronik und sind nur unter den begrenzten deklarierten Bedingungen genau.

Um die Wärmeleistung Q auszumessen, müssen die Messgeräte noch die spezifische Wärme CP berücksichtigen. Diese 60 hängt vom Material, von der Temperatur und auch vom Druck ab. Bei der Berechnung (automatisch oder nicht) der Wärmeleistung oder der in einem gewissen Zeitraum ausgetauschten Wärmeenergie muss man bei den vorstehend beschriebenen Messungen meistens die Dichte des Mediums 65 berücksichtigen. Deshalb summieren sich die Fehler schnell. Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung erläutert, wobei die Fig. 14-16 Ausführungsbeispiele darstellen. Darin zeigen:

666751

Fig. 1 zur einfacheren Erläuterung der Erfindung gemäss den Fig. 14-16 ein schematisch veranschaulichtes, zwischen ein Objekt, dessen Wärmeleistung gemessen wird, und den übrigen Teil des Strömungskreises, der im vorliegenden Schema eine Quelle oder einen Wärmeverbraucher bedeutet, eingebautes Messgerät im vertikalen Schnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt wie in Fig. 2, doch in einer Lösungsvariante,

Fig. 4 eine weitere Darstellungsform eines Wärmeleistungsmessers im Längsschnitt,

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4, Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 4, Fig. 7 einen weiteren Querschnitt entlang der Linie VII-VII der Fig. 4,

Fig. 8 eine achsen-symmetrische Ausführung des Wärmeleistungsmessers im Schnitt,

Fig. 9 einen Querschnitt entlang der Linie IX-IX der Fig.

8,

Fig. 10 ähnlich wie in Fig. 1 eine Situation mit einem eingebauten weiteren Wärmeleistungsmesser,

Fig. 11 eine Ausführungskonstruktion im Schnitt des Messgerätes der Fig. 10,

Fig. 12 einen Querschnitt entlang der Linie XII-XII der Fig. 11,

Fig. 13 eine Kombination der Situationen aus Fig. 1 und Fig. 10,

Fig. 14 eine scheibenartige Ausführung des erfindungs-mässigen Wärmeleistungsmessers im Schnitt,

Fig. 15 einen Schnitt entlang der Linie XV-XV der Fig. 14, und

Fig. 16 eine Lösungsvariante aufgrund der Ausführung aus Fig. 14-15.

Fig. 1 zeigt ganz schematisch und zur Erläuterung des Gerätes gemäss Fig. 14 eine einfache Messgerätausführung, worin die Messwärmeleistung, d.h. die Wärmeleistung, mit deren Hilfe gemessen wird, zwischen wärmerer und kühlerer Leitung nur auf einer Seite ausgetauscht wird und der Körper aus einem Stück ausgeführt ist.

Aus der Zeichnung sind folgende Elemente ersichtlich: ein Körper 1 des Wärmeleistungsmessers, welcher nach aussen mit einer Isolation 2 umgeben, im übrigen jedoch mit zwei Längskanälen 1 1 " versehen ist, die im Bereich der Isolation 2 in Anschlüsse 3,5, welche mit aus dem Referenzobjekt MO und zu ihm führenden Leitungen verbunden sind, und in Anschlüsse 4,6, die mit der Zulauf- und Rücklaufleitung des zu messenden Stromlaufkreises IP verbunden sind, münden. Die Anschlüsse 3 bis 6 sind an den Körper 1 des Messgerätes mittelbar über Isolationsdichtungen 7 angeschlossen. Alle vorstehend erwähnten Elemente sind nach aussen mit einem Gehäuse 8 verschlossen.

A und B sind Sensoren der im Strom des Mediums vorkommenden Temperaturdifferenz zwischen den Anschlüssen 3 und 4 des Kanals 1 ' ; C und D sind Sensoren der Temperaturdifferenz (des Gradienten) im Material des Körpers 1 des Messgerätes zwischen den Kanälen 1 ', 1 " ; E und F sind Sensoren der Temperaturdifferenz zwischen der Zulauf- und der Rücklaufleitung des Referenzobjektes MO.

Die Ausführung des Körpers 1 des Messgerätes aus Fig. 1 ist in Fig. 2 weiter verdeutlicht, wobei jedoch die Möglichkeit einer Ausführung des Körpers 1 als gewöhnlicher Quader mit parallelen Ausbohrungen auf gegenüberliegenden Seiten nicht ausgeschlossen ist. Die Temperatursensoren sind folgenderweise angeordnet: Im Anschluss 3 befinden sich die Sensoren A und E, im Anschluss 4 der Sensor B, im Anschluss 5 der Sensor F, der Anschluss 6 ist jedoch ohne Sensor. Die Sensoren A, B und E, F stellen Paare dar, und mit ihnen werden nur Temperaturdifferenzen (es ist nicht nötig, absolute Temperaturen zu messen) gemessen, weswegen sie differential verbunden sind und die Anzeige (Ta - Tb) und (Te -Tf) ermitteln. Die Sensoren sind derart eingesetzt, dass s sie gute Durchschnittswerte messen. Man kann auch eine grössere Anzahl von Sensoren verwenden.

Da das Referenzobjekt MO entweder eine Quelle oder ein Verbraucher der Wärmeleistung ist und da der Durchfluss des Mediums eine endliche Grösse darstellt, besteht zwi-lo sehen den Leitungen eine bestimmte Temperaturdifferenz (ausser wenn die Wärmeleistung des Referenzobjekts gleich Null ist). Infolge dieser Temperaturdifferenz wird über das wärmeleitende Material des Messgerätkörpers 1 einige Messwärmeleistung ausgetauscht. Die Menge hängt von Kon-is struktionsabmessungen des Messgerätes, von der Wärmeleitfähigkeit des Materials, von der Temperaturdifferenz und dem Durchfluss des Mediums ab. Da jedoch die Messwärmeleistung kein Teil der gemessenen Wärmeleistung ist, ist ihre Menge für die Messung nicht wesentlich, wenn nur das Mess-20 gerät nach dem Schema der Fig. 1 angeschlossen ist. Infolge der Wärmeieitung durch das Material des Körpers I entsteht darin ein Temperaturgradient (= Temperaturdifferenz auf einem bestimmten Abstand), der mittels des Sensorenpaares C und D wahrgenommen wird. Auch die Anzahl dieser Sen-25 soren kann grösser sein, wobei sie in einem bestimmten gegenseitigen Abstand Le, d derart angeordnet sind, dass sie den Durchschnittswert des Temperaturgradienten bestens ausmessen. Gerade wegen dieser Forderung ist der Körper 1 des Messgerätes aus Fig. 2 zwischen den Sensoren verjüngt. 30 Man kommt zu demselben Ergebnis, wenn der Körper 1 mit mehreren Bohrlöchern o.ä. versehen ist oder wenn eine weniger leitfähige Schicht mit Stärke 8 darin eingelegt ist, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Hier ist der Körper 1 aus zwei Metallteilen la und lb zusammengesetzt, während die dritte 35 Schicht z.B. das Klebemittel zwischen la und lb sein kann. Der Abstand Le. d kann grösser, gleich oder kleiner als die Stärke 8 der Schicht lc sein, was davon abhängt, was für Sensoren C, D gewählt und wo sie eingebaut werden. In Abhängigkeit von Temperaturdifferenzen (Ta - Tb),(Te - Td) und(TE 40 - Tf) ergeben die entsprechend gespeisten Sensoren A, B, C, D, E und F drei elektrische Grössen, d.h. Anzeigen (Spannungen, Ströme, Widerstände, Frequenzen u.ä., abhängig von der Art der gewählten Sensoren), die man unmittelbar misst oder in eine elektronische Einheit einführt und daraus 45 die gemessene Wärmeleistung nach der folgenden Formel berechnet:

50

Q-k.

(Tc-Td) • (Te-Tf) (TA-Tb)

(kW)

Um günstigere Abmessungen des Messgerätes zu erhalten, 55 werden die Innenflächen, an welchen das Medium entlangströmt, mit Rippen versehen (was aus den folgenden Beispielen konkret ersichtlich ist), was jedoch nicht unbedingt nötig ist, vor allem nicht bei langen Ausführungen mit kleinem Durchmesser. Auch die Form der Räume im Körper 60 1 des Messgerätes, im gegebenen Fall der Kanäle 1 ', 1 ",

durch welche das Medium strömt, kann im Prinzip beliebig sein und ist so entworfen, dass der Wärmestrom je Querschnittseinheit zwischen den Sensoren C und D gleichmässig ist. Das Messgerät weist eine grössere Genauigkeit auf, wenn 65 sich zwischen den Anschlüssen 3,4,5 und 6 eine Wärmeisolationsdichtung 7 befindet. Das Messgerät ist mit der Isolation 2 umgeben, um die Wärmeverluste in die Umgebung zu verringern, wodurch die Genauigkeit verbessert wird.

666 751

4

Der Körper 1 des Messgerätes kann auch derart ausgeführt werden, dass die Wärme nicht nur in einer Richtung, sondern auch auf zwei (Fig. 4) oder mehrere Seiten abfliessen kann. Das Extrembeispiel ist eine achsensymmetrische konzentrische Ausführung, bei welcher die Messwärmeleistung in alle radialen Richtungen fliesst (Fig. 9). Verfahrenstechnisch schwer realisierbar, jedoch theoretisch möglich, ist auch eine kugelförmige Ausführung.

Der Messkörper 1 aus Fig. 4 ist einschliesslich der Anschlussansätze 3 bis 6 einstückig ausgeführt. Er ist als ein Gussstück dargestellt. Die Messwärmeleistung wird auf zwei Seiten abgeleitet. Die Oberflächen, entlang welchen das Medium in die eine und die andere Richtung fliesst, sind gerippt, was z.B. aus Fig. 5 klar ersichtlich ist. Das Messgerät ist auf die gleiche Weise wie in Fig. 1 angeschlossen : Das Referenzobjekt MO wird mit dem Anschluss 3, wo sich die Sensoren A und E befinden, und mit dem Anschluss 5, wo sich der Sensor F befindet, verbunden, der übrige Strömungskreis IP wird indessen mit dem Anschluss 4, wo sich der Sensor B befindet, und mit dem Anschluss 6 ohne Sensor verbunden. An die Sensoren A und B wird prinzipiell die wärmere Leitung angeschlossen, so dass die Wärmeverluste an die Umgebung möglichst klein sind und so wenig wie möglich die Messung beeinflussen. In diesem Falle tritt das kühlere Medium an der äusseren unteren Seite am Anschluss 6 ein (wegen einer leichteren Entlüftung) und strömt entlang den Rippen bis zum anderen Ende des Messgerätkörpers, dann gelangt es durch zwei Bohrlöcher auf die obere Seite und fliesst an den Rippen vorbei beim Sensor F (Anschluss 5) aus dem Messgerät. Die Anschlüsse können aber auch derart ausgeführt werden, dass der äussere Strom an beiden Seiten parallel ist, was für das Funktionieren des Messgeräts nicht wesentlich ist. Die Messwärmeleistung, die durch die gerippte Oberfläche der Durchflusskanäle 1', 1" auf den Messgerätkörper 1 übertritt, wird auf zwei Seiten nach aussen, in Fig. 4 nach oben und nach unten, geleitet. Die Wärmeströmung wird von den Sensoren C, D registriert, die an beiden Seiten des mittleren Kanals 1 ' in die Bohrungen, die parallel mit der Oberfläche der Rippenwurzel und senkrecht zur Achse verlaufen, im gegenseitigen Abstand Le. d eingelegt sind. Sie können auch parallel zur Achse eingelegt sein. Die Anzahl der Sensoren C, D hängt von der gewünschten Genauigkeit ab, mit welcher man den durchschnittlichen Temperaturgradienten ausmessen möchte; es können auch nur zwei Paare von Sensoren, auf jeder Seite eines, vorhanden sein. Die Sensoren eines Paares sind diffe-rential verbunden, die Anzeigen mehrerer Paare werden jedoch addiert oder man ermittelt anderswie die Durchschnittswerte.

Analog wie bei der Variante nach Fig. 1 messen auch hier die Sensoren A, B die Temperaturdifferenz aus, welche im Strom des Mediums infolge der ausgetauschten Messwärmeleistung entsteht, die Sensoren E, F messen dagegen die Temperaturdifferenz zwischen dem Eintritt in das Referenzobjekt und dem Austritt daraus. Auf dieselbe Weise wie vorstehend angegeben errechnet man aus diesen Anzeigen die Wärmeleistung und daraus mit einer Integration durch Zeit die Wärmemenge, welche im Referenzobjekt während einer bestimmten Zeit verbraucht oder erzeugt wurde.

Die Sensoren A, B und E, F sind in der letzterwähnten Variante als in die Anschlussansätze 3,4 und 5 eingeschraubte Nippel dargestellt, wobei in die Nippel temperaturempfindliche Elemente (Thermoelemente, Widerstände, Dioden, integrierte Schaltkreise, Kondensatoren usw.) eingelegt und zwecks grösserer Dauerhaftigkeit vergossen werden. Die Sensoren können auch auf andere in der Wärmetechnik übliche Weisen ausgeführt sein.

Die Verbindung zwischen der einen und der anderen Seite,

in Fig. 4 zwischen dem oberen und unteren Kanal 1 ", ist im Falle von Fig. 4 mittels zwei symmetrisch liegender lotrechter Bohrlöcher einfach durch Giessen ausgeführt. Zwischen den Wänden der Anschlüsse, wo sich das kältere Medium befindet, und den Wänden, wo das wärmere ist, soll es kein gut leitendes Material geben, sondern (wie dargestellt) eine Isolation; wenn es trotzdem vorliegt, müssen auch dort Sensoren C, D eingebaut werden, damit auch der dort ausgetauschte Teil der MessWärmeleistung berücksichtigt werden kann. Die Messwärmeleistung darf nur dort durchgeleitet werden, wo sie auch gemessen wird.

Wie im Beispiel nach Fig. 1 können auch bei der Variante nach Fig. 4 die Anschlussansätze und Rohrverbindungen zwischen den äusseren Seiten anstatt in einem einzelnen gegossenen Stück mit getrennten Teilen ausgefertigt werden, wobei schlecht leitende Dichtungen dazwischengelegt werden können, wodurch die Genauigkeit des Messgeräts erhöht wird. Auch der eigentliche Körper 1 des Messgeräts kann aus mehreren Teilen mit einer Zwischenschicht im Bereich der Sensoren C, D und mit Bohrlöchern oder Querschnittsverjüngungen ausgeführt sein, mit welchen der Gradient (Tc - Td) vergrössert oder die Durchschnittsbestimmung verbessert wird, wie schon bei der Beschreibung von Fig. 1 und 3 angegeben wurde. In diesem Fall ist die Isolation nicht so notwendig wie bei der Variante der Fig. 1, da die Möglichkeit jener Wärmeverluste, welche die Messgenauigkeit beeinflussen, nur auf den Seiten, d.h. auf einem kleineren Teil der Oberfläche, besteht.

Die Fig. 8 zeigt eine konzentrische, achsensymmetrische Variante des Messgeräts, welches aussen und innen gerippt ist. Das Messgerät könnte auch ohne Rippen funktionieren, müsste aber wesentlich länger sein. Der Messgerätkörper 1 einschliesslich der Anschlussansätze 5 und 6 ist einstückig ausgearbeitet. Die Ansätze 5 und 6 sind gesondert ausgeführt und auf dem Messgerätkörper 1 über starke Isolationsdichtungen 7 befestigt. Der Strom des äusseren Mediums (Anschlüsse 5,6) teilt sich in zwei parallele Ströme und fliesst entlang den Ringrippen des Körpers 1. Anstatt der parallelen Teilung des Mediumstroms könnte man auch eine andere Form, z.B. eine Schraubenlinie wählen. Die angegebene Teilung ist am einfachsten. Der wärmere Zweig ist aus bereits erwähnten Gründen prinzipiell mittig angeschlossen. Die Messwärmeleistung wird in diesem Fall entlang einer zylindrischen Wand geleitet, was in der Konstante der Formel für Q berücksichtigt wird. Sie wird von den Sensoren C, D gemessen, die auf verschiedenen Durchmessern eingebaut sind (De #Dd). Als Sensorelement ist in Fig. 8 ein Widerstandsdraht eingezeichnet, der in Bohrlöcher entlang der Achse eingelegt ist. Es könnte auch irgendeiner der vorher erwähnten möglichen Sensoren eingelegt werden. Wenn der Messgerätkörper 1 aus zwei oder mehreren Teilen besteht, kann der Draht einfach am Umfang umgewickelt werden. Den Extremfall einer zusammengesetzten konzentrischen Messkörperausführung stellt ein Rohr in einem Rohr mit Zwischenschichten für die Messung des Gradienten dar. Die Arbeitsweise, die Ausführung und der Einbau der Sensoren sind in Fig. 8 analog wie bei der Variante nach Fig. 4. Fig. 10 zeigt schematisch und Fig. 11 konkret eine Ausführung der Variante des Messgerätes mit der Ableitung der Messwärmeleistung in die Umgebung. Zum Unterschied von den vorstehend angegebenen Varianten gibt das Messgerät nach Fig. 10 die Messwärmeleitung nicht in die kühlere Leitung, sondern in die Umgebung ab. Die Anschlüsse und die Wirkungsweise sind analog wie oben, ein wesentlicher Unterschied besteht nur darin, dass die Messwärmeleistung so lange ausgetauscht wird, wie es eine Temperaturdifferenz zwischen dem Medium, welches durch das Messgerät strömt, und der Umgebung gibt, ohne Rücksicht auf die Temperaturdiffe5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

666751

renz zwischen dem wärmeren und dem kälteren Strom des Mediums. Die Formel für Q bleibt unverändert. Der Anschluss, in welchem sich der Sensor F befindet, ersetzt die früheren Anschlüsse 5 und 6 und ist im allgemeinen getrennt vom Hauptmessgerät angebracht. Deshalb hat er in Fig. 10 und 11 eine besondere Bezugsnummer (9). Zwecks grösserer Genauigkeit ist er mit einer Isolation 2 umgeben. Der Messgerätkörper kann nur auf der äusseren Seite, auf beiden Seiten (wie aufgezeichnet) oder überhaupt keine Rippen aufweisen, was von der zulässigen Länge des Messgeräts, vom Durchflussbereich und von den absoluten Temperaturen abhängt. Die Sensoren C, D sind hier als Schichten ausgeführt (Widerstandsdrucktechnik, Aufdampftechnik u.ä).

Die Anwendung des Messgeräts von Fig. 10 : Wenn man ein Messgerät nach Fig. 10 bzw. Fig. 11, jedoch ohne Sensor F, nimmt, so dass der Sensor E die Temperaturdifferenz gegenüber einer Referenztemperatur (z.B. 20°C) misst,

welche von einem den Sensoren entsprechenden, ins Messgerät oder anderswo eingebauten temperaturunabhängigen Element simuliert werden kann, dann kann ein solches Messgerät auch dort verwendet werden, wo keine Rückleitung vorliegt. Solche Fälle sind z.B. Sanitärwarmwasser und Warmluftheizung. Die mit der Formel

ó = k (Tc-Td) • (TE-TRef)

V (Ta-Tb)

ermittelte Wärmeleistung stellt die Wärmeleistung des gemessenen Durchflusses in bezug auf die Referenztemperatur dar.

Fig. 13 ist das Schema einer Variante des Wärmeleistungsmessgeräts aus Fig. 1 für den Fall, wenn die Messwärmeleistung in einen anderen Verbraucher abgeführt bzw. aus einer anderen Wärmequelle zugeführt wird (Beispiel: Wasserleitung für die erste und Verbrennungsgase für die zweite Möglichkeit). Eine solche «andere» Quelle oder «anderer» Verbraucher der Wärmeleistung ist in Fig. 13 mit MD bezeichnet. Als Messgerät kann ausser der aufgezeichneten jede andere Variante aus den Fig. 1 bis 9 verwendet werden, nur mit dem Unterschied, dass der Sensor F aus dem Messgerät ausgeschieden und in die Rückleitung eingebaut wird (wie das bei der Variante der Fig. 10 bzw. Fig. 11 der Fall war), die Anschlüsse 5 und 6 des Messgeräts werden jedoch mit der vorher erwähnten «anderen» Quelle oder Verbraucher der Wärmeleistung verbunden. Für das Funktionieren des Messgeräts ist eine Temperaturdifferenz zwischen dem Medium im Messgerät und dem durch diese andere Quelle oder den Verbraucher strömenden Medium erforderlich. Die Anwendung des Messgeräts nach irgendwelcher Variante zum Messen der Massendurchströmung:

Ein besonderes Anwendungsbeispiel stellt die Verwendung eines Messgeräts dar, das nach irgendwelcher Variante, jedoch ohne das Sensorpaar E, F, hergestellt ist, zum Messen des Massendurchflusses eines Mediums, dessen spezifische Wärme bekannt ist. Man verwendet die Formel m :

A (Tc-Tp)

Cp ' (Ta-Tb)'

wobei der Einbau analog dem obigen ist. Der Unterschied liegt nur in der elektronischen Einheit, die aus den Anzeigen den gemessenen Massendurchfluss errechnen muss, wenn das nicht manuell vorgenommen wird. Von den vorgehend beschriebenen, der Erläuterung dienenden Messgeräten ausgehend, führt die nachstehende Anwendung des gemäss i rgendwelcher Variante hergestellten und gemäss den

Schemas Fig. 10 und 13 angeschlossenen Messgeräts, das weder die Bezugsnummer 9 noch die Sensoren A, B, E und F aufweist zum erfindungsgemässen Gerät.

Es verbleiben nur die Sensoren C und D. Ein solches Mess-5 gerät ist in Fällen verwendbar, wo die Medien getrennt sind und die Wärmeleistung gemessen wird, die in ihrer Gesamtheit im Messgerät ausgetauscht wird. Für diese Anwendung ist die Ausführung aus Fig. 4 am besten geeignet, wenn sie, wie es schematisch aus Fig. 14 und 15 ersichtlich ist, zu einer io Platte mit Kaskaden erweitert ist. Man kann auch mehrere Platten verwenden, die entweder parallel oder in Reihe, wie aus Fig. 16 ersichtlich, angeordnet sind. Bei dieser Anwendung wird das Messgerät bis zu solchen Abmessungen ver-grössert, dass die Messwärmeleistung der gemessenen gleich is wird. Das Messgerät wird zum Wärmeaustauscher zwischen zwei getrennten Medien, die in Fig. 14 mit den Buchstaben P und S bezeichnet sind, es ist jedoch so ausgeführt, dass sich die Wärme nur über jenen Querschnitt austauschen kann, wo der Wärmeflux mit den Sensoren C und D auf bereits 20 erwähnte Art gemessen wird. Da das Medium die gesamte Wärmeleistung, die gemessen wird, im Messgerät (und nicht im Referenzobjekt wie bei den obigen Ausführungen) abgibt oder aufnimmt, ist die Temperatur dort, wo der Sensor B sein müsste, gleich der Temperatur, wo sonst der Sensor F wäre, 25 die Temperaturen der Sensoren A und E stellen ohnehin denselben gemessenen Punkt dar. Die Sensoren A, B, E und F sind nicht mehr nötig. Aus der vorher erwähnten Formel für Q erhält man nun

Q — k • (Tc-Td)-(Te-Tf) =k. (Tc-Td). (Ta-Tb)

35

Die im Messgerät zwischen zwei getrennten Medien ausgetauschte Wärmeleistung wird in ihrer Gesamtheit aus dem Temperaturgradienten mit einem oder mehreren Paaren von Sensoren C, D ausgemessen, deren Anzeigen pro einzelne 40 Kaskade und Platte addiert werden.

Das Messgerät nach dieser Variante vereinigt die Funktionen eines Wärmeaustauschers und eines Wärmeleistungsmessgeräts bzw. - mit einer elektronischen Einheit verbunden, die in einem bestimmten Zeitintervall integriert -45 die Funktion eines Wärmeaustausches und eines Messgeräts der ausgetauschten Menge an Wärmeenergie innerhalb einer bestimmten Zeit (= Wärmezählers). Das Messgerät kann mit oder ohne Rippen, in Kaskaden oder nicht, gerade oder konzentrisch, mit allen bereits erwähnten Bemerkungen ausge-50 führt sein. Unbeeinträchtigt bleibt auch das Ziel der Erfindung : es gibt nämlich keine beweglichen Teile, Schmutz und Niederschläge üben keinen Einfluss auf die Messungen aus, es ist nicht wichtig, welche zwei Medien miteinander die Wärme austauschen und das Messgerät ist auch für sehr ss kleine Durchflüsse geeignet.

Wenn man die Kaskadenausführung gemäss Fig. 14und 15 verwendet, ist es angebracht, dass sich an den äusseren Wänden jenes Medium befindet, dessen Wärmeverluste durch die Isolation in die Umgebung keine Messfehler verur-60 Sachen, d.h. das kühlere Medium, wenn man misst, wieviel Wärme das wärmere Medium abgegeben hat, bzw. das wärmere Medium, wenn gemessen wird, wieviel Wärme das kühlere Medium aufgenommen hat.

Das erfindungsmässige Messgerät kann mit Ausnahme 65 von Sensoren aus einem Stück, auch gegossen, hergestellt werden. Gemäss seinen Eigenschaften, besonders in der Ausführung nach Fig. 10, ist es für Dauermessungen der verbrauchten Wärme einzelner Radiatoren oder Einrohrsy-

666 751

6

steme geeignet. In einem solchen Fall kann es einfach als ein Radiatorglied ausgeführt werden. Da es keine beweglichen Teile hat, kann man bei sorgfältig eingebauten Sensoren, die in das Material eingegossen sind und keine Verbindung mit dem Medium oder der Atmosphäre haben, sagen, dass die Lebensdauer des Geräts unbegrenzt ist und es keine besondere Wartung braucht. Niederschläge, Korrosion, Schmutz, Blasen usw. üben keinen Einfluss auf das Messergebnis aus, da die Wärmeübertragung in der Ausgangsformel nicht auftritt. Das Messgerät verbraucht Energie nur zum Messen von

Temperaturdifferenzen, welcher Verbrauch in Kombination mit einem entsprechenden Schaltkreis äusserst gering ist, und für das Ablesen selbst verbraucht man überhaupt keine Energie, wenn als Sensoren Thermoelemente verwendet s werden. Das Messprinzip ist auch für sehr kleine Leistungen geeignet, da das Messgerät in Miniaturausführung hergestellt werden kann. Das beschriebene Messgerät kann auch in Laboratorien und Reguliersystemen und für verschiedenste Medien - Wasser, Luft, Öl, Kühlmittel usw. - verwendet 10 werden.

5 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

666 751 2 PATENTANSPRUCH E

1. Gerät zum Messen ausgetauschter Wärmeleistung und/ oder eines Massendurchflusses eines Medium, dessen spezifische Wärme bekannt ist, zwischen einer Zulauf- und Rücklaufleitung oder zwischen einer von beiden und der Umgebung, dadurch gekennzeichnet, dass ein ein- oder mehrteiliger, gut wärmeleitender Messgerätkörper (1) mit zwei Kanälen (1 1 ") zum Durchfluss zweier verschiedener Medien (P, S) versehen ist, dass die Kanäle (1 ', 1") mit je zwei Rohranschlüssen (3,4; 5,6) versehen sind, die gegenüber dem Körper (1) mittels Dichtungen (7) wärme-iso-liertsind, dass der Körper(l) und die Anschlüsse (3 bis 6) nach aussen mit einer Isolation (2) umgeben und mit einem Gehäuse (8) geschlossen sind und dass in den Messgerätkörper ( 1 ) zwischen den Kanälen (1 ', 1 ") ein Temperatursensorenpaar (C, D) eingebaut ist, derart, dass der Wärmestrom zwischen den getrennten Medien (P, S) austauschbar und die gesamte zu messende Wärmeleistung im Messgerät selbst austauschbar ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät aus einer Anzahl zu einer Kaskade zusammengeschalteten Messgerätkörper (1) besteht.