CS225238B1 - Snímač tepelného toku - Google Patents

Description

Vynález se týká uspořádání snímače tepelného toku urče ného pro měření odebraného tepla v jednotlivých bytových jednotkách vytápěných ústředním vytápěním.

Použití teplotních čidel pro snímače tepelného toku z platiny zaručuje sice dobrou shodu charakteristik jednotlivých teplotních čidel, což je jednou ze závažných podmínek pro realizaci způsobu měření odebraného tepla pomocí snímačů tepelného toku propojených jedním měřicím vedením,

225 238 ale klade větší nároky na realizaci měřicího vedení a měřicího zařízení ^vzhledem k nízké úrovni získaného napětí úměrného tepelného toku. Použití platiny pro širší použití snímačů je nevhodné. Při aplikaci monokrystal!ckých diod s přechody polovanými v propustném směru jako teplotních čidel, které mají výrazně větší citlivost a dobrou časovou stálost parametrů, naráží na obtíže při zajištění dostatečné shodnosti teplotních charakteristik jednotlivých .diod pro vytvoření snímačů stejné citlivosti v požadované třídě přesnosti.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje snímač tepelného toku s vnitřním a vnějším teplotním čidlem podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že vnitřní teplotní čidlo je tvořeno sériovým spojením vnitřní diody a vnitřního rezistoru s kladným teplotním součinitelem. Vnější teplotní čidlo je tvořeno sériovým spojením vnější diody, konstantního rezistoru teplotně nezávislého a vnějšího rezistoru s kladným teplotním součinitelem, Vnější teplotní čidlo je překlenuto bimetalovým spínačem.

Přes vnitřní a vnější teplotní čidlo protéká proud stejné hodnoty I a pro teplotu T20 ¹¹¹⁰ vnitřní rezistor odpor ^Rt20 n20 t20

A/ t kde U^.20 ύθ úbytek napětí na vnitřní diodě při teplotě 2G^eC a

U_n20 <3^θ hodnota napětí podle náhradního průběhu pro teplotu 20^eC a vnější rezistor má odpor ^Un20 “ ^Us20 _{fí =}- _ _R s20 j sk /2/

22S 238 kde U_s2q je úbytek napětí na vnější diodě při teplotě 20*C a ^Ssk *^^e k°únota odporu konstantního rezistoru | kde parametr υ_η2θ hodnotu Kn - IQ ^Un20 = -— * ^Ut20 .

(5/ | kde K_n je směrnice náhradního průběhu,

Kj. je směrnice průběhu úbytku napětí na vnitřní diodě a je teplotní součinitel vnitřního a vnějšího rezistoru R_s a kde hodnota odporu konstantního rezistoru je dána vztahem

- iq. + ď/u s20 ^Ut2(/ ^20 /4/ f kde K_g je směrnice průběhu úbytku napětí na vnější diodě, přičemž parametry K_t a U_t2o j^sou určeny vztahem pro úbytek napětí na vnitřní diodě pro proud I v propustném směru a teplotu T ^uDt ⁼ 7^2(/ ^{+ U}t20 /5/ a parametry K_s a U_s20 jsou určeny vztahem pro úbytek napětí na vnější diodě pro proud I v propustném směru a teplotu T ^UDs '^{= K}s /^T“^T20/ ^{+ u}s20 /6/ a parametry K_n a U_n2Q určují náhradní průběh úbytku napětí shodného pro vnitřní i vnější teplotní Čidlo podle vztahu

U_n = K_n /T-T₂₀/ f Vn20 /7/

225 238

K zjištění shodného náhradního průběhu úbytků napětí na vnitřním i vnějším teplotním čidle je zapojen snímač tepelného toku podle obr. 1, Pro napětí mezi vstupním a výstupní vnitřní svorkou 8 a 7 viz obr. 1 platí rovnice K_t/T-T₂₀/ + U_{t20 +} fí_t20 /1 + Ο//Τ-Τ_2Ο// . I=K_n/T-T₂₀/ ⁺ U_n20 /8/ a pro napětí mezi vstupní a výstupní vnější svorkou 15 a 14 platí rovnice

K_S/T-T2O/ * U_s20+ K_s20/l+ ď/T-T₂₀//.I=K_n/T-T₂₀/₊ U_n20 /9/

Pro T=T₂q vychází z rovnic /8/ a /9/ vztahy /1/ a /2/ určující hodnoty fí^₂₀ a R_s2q, ^k<ie P^arametr U_n2Q 0^e určen vztahem /5/, který se získá ze vztahu /8/ pro T=0 a zvolenou hodnotu parametru K^.

Porovnáním vztahů pro odvozených ze vztahů /8/ a /9/ při T=0

W o( /u_n2o - W ^Λ0/

Kn = K_s + 0</U_n2o - U_s20/ «ek·¹

120 /11/ získá» výraz /4/ určující hodnotu konstantního rezistoru R_sjj..

Uspořádání snímače tepelného toku podle vynálezu umožňuje realizovat snímač tepelného toku známé citlivosti určené voleným parametrem a shodných průběhů charakteristik napětí na obou Čidlech z hromadně vyráběných diod, jejichž rozptyl parametrů Kj., Ut₂Q resp. K_s, U_s2q výrazně překračuje tolerance pro požadovanou přesnost měření tepelnéhd toku. Dále lze reali225 238 £

zovat snímače tepelného toku různých citlivostí volbou K_n a řazením teplotních čidel do serie, což umožňuje respektovat, různé, velké radiátory při jednoduchém zapojení měřicího okruhu, kdy všechny snímače tepelného toku lze řadit do serie a propojit jedním měřicím vedením.

Proti nežádoucímu ovlivnění objektivity měření přikrytím snímače tepelného toku tepelně izolačním krytem je v tělese u vnějšího čidla umístěna bimetalová ochrana, která při překročení dovolené teploty zkratuje napr. vnější teplotní čidlo, čímž podstatně vzroste citlivost snímače a měřidlo odebraného tepla napočítá uživateli větší spotřebu tepla.

K zajištění lepšího rozložení teplot na tělese se na vnější stranu tělesa umístí kryt s podstatně vetší tepelnou vodivostí než má vlastní těleso. Vnější teplotní čidlo se pak tepelně vodivě spojí s krytem.

Konkrétní uspořádání snímače tepelného toku je na obr. 1, kde je zapojení jednotlivých prvků teplotních čidel, a na obr. 2, kde je prostorové uspořádání snímače tepelného toku.

Mezi vnitřní vstupní a výstupní svorky 8, 7 je podle obr. 1 zapojena vnitřní dioda 5 a vnitřní rezistor 6 tvořící spolu vnitřní teplotní čidlo 4. Mezi vnější vstupní a výstupní svorku 13, 14 je zapojena vnější dioda 11, konstantní rezistor 17 a vnější rezistor 12., tvořící vnější teplotní čidlo 10, které je překlenuto bimetalovým spínačem 16.

Těleso 1 snímače podle obr. 2 je upevněno vnitřní stranou £ na radiátor 2. Na vnitřní straně 3 je umístěno vnitřní teplotní čidlo 4 tvořené vnitřní diodou 5 a vnitřním rezistorem 6 spojenými do serie. Na vnější straně 9 tělesa 1 je umístěno vnější teplotní

22S 238 čidlo 10 tvořené vnější diodou 11, konstantním rezistorem 17 a vnějším rezistorem 12. Na vnější straně 9 je umístěn tepelně vodivý kryt 15. V tělese 1 je umístěn ochranný bimetalový spínač 16. Vnitřní a vnější teplotní čidlo 4 a 10 a bimetalový spínač 16 jsou zality do tělesa 1 tepelně vodivou hmotou, aby se zajistilo dobré tepelně vodivé spojení s tělesem 1.

Jednotlivé snímače tepelného toku podle vynálezu založené na principu měření rozdílu teplot mezi vnitřní a vnější stranou 3 a 9,resp. plochou ocejchovaného měrného tělesa 1 snímače mají upravené konstanty podle velikosti radiátorů 2 tak, aby rozdíl napětí byl úměrný tepelnému toku dané velikosti radiátoru 2, Součet všech rozdílů napětí na jednotlivých snímačích tepelného toku jsou pak v měřícím a registračním zařízení umístěném mimo bytovou jednotku v jednotkách odebraného tepla trvale zaznamenávány ve formě viditelného číselného údaje. Tento způsob umožňuje dále odečet hodnot odebraného tepla bez přítomnosti nájemníka, trvalý kontrolovatelný záznam a hromadný dálkový odečet.

Pro konkrétní stanovení hodnot &t20> ^s20j -^sk ^a parametru U_n20 P^ro zvolenou citlivost určenou parametrem = -2,400.10”^V/ /°C se vychází ze známých parametrů pro vnější a vnitřní diodu U a 5. Parametry diod byly stanoveny například měřením úbytků napětí pro dvě známé teploty a proud I = 70.10“^A : = = -2,4153.10-3v/oc, U_t20 = 0,55691 V, K_s = -2,4125.10“5_V/o_c> ^us20 “ 0,55951 V, T₂o = 20°C, Materiálem vnitřního a vnějšího rezistoru je např. měď s teplotním součinitelem ¢( = 4.10^/°c. Podle vztahu /4/ má konstantní rezistor hodnotu = ~²»4125.10^2,4153.lQ^-^4.10“³ /0,55915-0,55691/.

'20=3,7714286-0.

sk

70.10

225 238

Parametr K_n je nutnovolit co do absolutní hodnoty menší než Kfc případně Κθ tak, aby hodnoty ostatních prvků vyšly reálné. Podle vztahu /3/ _rT _ -2,400.10-3 + 2,4153.1O“^{5 u}n20--- + 0,55691 = 0,560735 V

4.10-3

Hodnota vnějšího rezistoru pro teplotu T20 ⁼ 20°C je podle /2/

P_s20 = θ.1,^9.735,-,Ρχ35951 _ 5,773.4286 = 13,728571 Λ 7Ο.1Ο-⁶

Hodnota vnitřního rezistoru pro teplotu T20 - 2C °C je podle vztahu A/ fi_t20 0,5607¾ -_055691 _{= 54>6428}„

70.10°

Vnější a vnitřní teplotní čidla mají shodný průběh úbytku napětí pro teplotu T podle vztahu U_n = -2,400.10-3 /1-20/ + 0,560735 /V/.

Zapojení teplotních čidel má širší uplatnění při elektrickém měření rozdílu teplot, kdy se požaduje nařízení určité citlivosti měření.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   Snímač tepelného toku s vnitřním a vnějším teplotním čid lem,' vyznačený tím, že vnitřní teplotní čidlo /4/ je tvořeno sériovým spojením vnitřní diody /5/ a vnitřního rezistoru /6/ s kladným teplotním součinitelem a vnější teplotní čidlo /10/ je tvořeno sériovým .spojením vnější diody /11/, konstantního rezistoru /17/ teplotně nezávislého a vnějšího rezistoru /12/ s kladným teplotním součinitelem.