CS254314B2

CS254314B2 - Heat flow measuring instrument

Info

Publication number: CS254314B2
Application number: CS83679A
Authority: CS
Inventors: Miran Zgonik
Original assignee: Ljubljana Avtomontaza
Priority date: 1982-03-18
Filing date: 1983-02-02
Publication date: 1988-01-15
Also published as: US4538925A; IT1158009B; HU190064B; IT8268540A0; AT388246B; CH665286A5; JPS58206940A; YU42759B; DE3303769A1; DE3303769C2; CS67983A2; ATA72183A; YU59182A; CH666751A5; JPH0115006B2; DD209518A5

Description

Vynález se týká přístroje к měření tepelného toku, to znamená přístroje к měření množství tepla, které projde mezi přívodním a zpětným potrubím tepelného zařízení, kde se tepelná energie přenáší prouděním kapalného, plynného nebo práškového média. Měřič je vhodný zejména ke spojitému měření tepelného toiku ohříváků, výměníku tepla, radiátorů, chladičů, teplovodních instalací, klimatizačních zařízení apod. Měřič obsahuje v elektronické části počítač a integrátor a je použitelný jako počítač spotřebované nebo dodané tepelné energie a/ /nebo jako spojitý hmotnostní průtokoměr pro kapaliny, plyny a práškové hmoty, pokud existuje rozdíl teploty mezi přívodním a zpětným potrubím nebo jedním z těchto potrubí a okolím nebo jinou tepelnou jímkou. ;

Běžné měřiče tepelného toku a počítače množství tepla s pohyblivými prvky к měření hmotnostního průtoku média podléhají opotřebení a jsou citlivé na nečistoty. Měřicí prístr-oje bez pohyblivých povlaků, když se mění průtočné podmínky, například turbulencí, a když je médium vícefázové. Nehodí se pro· malé průtoky a pracují pouze pro určité stanovené médium.

Účelem vynálezu je vytvořit měřič tepelného toku nebo množství tepla taik, aby neobsahoval pohyblivé ani opotřebitelné díly, byl vhodný i pro malá průtočná množství, byl nezávislý na vzniku povlaků v přítomnosti. nečistot, na turbulencích a na množství fází média, a aby byl současně použitelný pro různá měřená média.

Spojité přesné měření tepelného toku, který prochází tepelným zařízením s kapalným nebo plynným médiem, představuje náročný problém; musí se spojitě měřit hmotnostní průtok a teplotní rozdíl T_vytu_P ™ T_výstu_Pa znát průměrné teplo C_p média v tomto teplotním rozsahu, to znamená hodnota P I T výstup bp | T , ¹ I ¹ vstup aby bylo možno elektronicky nebo jinak vypočítat vyměněný tepelný tok Q podle následující základní rovnice:

Q = m . Cp j ψ _vs_tulJ · (T vstup — T výstup ] kde m znamená hmotnostní průtok.

Na rozdíl od přesného měření teplotních rozdílů A T, které při současném stavu techniky není zejména v diferenciálním zapojení sensorů nijak obtížné, představuje spojité měření hmotnostního průtoku náročnou operaci, takže v praxi se raději měří objemový průtok a bere se v úvahu hustota média. Když však je médium znečištěné, stlačitelné, dvoufázové, například kapalina a plynové bubliny, nebo· bubliny a ikapiky, nebo pulsuje, nelze ani objemový průtok přesně změřit. Zvláštní problém představuje měření malých průtočných množství v trubkách malých rozměrů, kde jsou rychlosti malé a v průřezu se mění.

Přístroje к přímému měření objemového průtoku, například gazometry, nejsou vhodné к měření spojitého průtoku, zejména když průtoky nejsou ustálené. Nepřímé měřicí přístroje objemu, založené na principu různých koleček, ozubených koleček, eliptických ozubených koleček, kroužků, Lopatkových koleček, klapek a podobně, jsou citlivé na nečistoty, zejména jejich hřídele a ložiska: štěrbiny mezi pohyblivými a pevnými díly těchto přístrojů se v důsledku nečistot, povlaků, rzi a opotřebení zvětšují nebo> zmenšují, takže původní přesnost během použití klesá. Tyto přístroje nejsou vhodné pro stlačitelná dvoufázová média a pro rychlé změny průtoku.

Existuje řada přístrojů к nepřímému měření objemového průtoku, které měří dvakrát nepřímo, to znamená měří veličinu závislou ňa rychlosti, přičemž rychlost závisí na objemovém průtoku a na průřezu. Rychlost není přirozeně v průřezu konstantní, což již ze základu nepříznivě ovlivňuje přesnost měření. Tohoto druhu jsou například měřidla rychlosti pracující na základě rozdílů tlaku na měřicích clonách, Venturiho trubicích, na obloukových tvarovkách apod. Mít to na základě rozdílů tlaku lze měřit rychlost také srovnáváním přenosu tepla, to znamená horkým drátem nebo horkým čípkem. Nevýhoda těchto měření spočívá v tom, že reakce měřicího přístroje závisí na povlaku usazeném na sensoru, na nečistotách, teplotách, turbulenci proudění, bublinkách v médiu atd., což snižuje spolehlivost a přesnost měření.

V poslední době umožnil rozvoj elektroniky četná nepřímá měření rychlosti, například na základě Dopplerova jevu pomocí ultrazvuku nebo laseru, měřením doby putování Kármánových vírů nebo bublinek v trubce, kompenzačním způsobem srovnávání součinitele prostupu tepla v kombinaci s Venturiho trubicí, magnetistrikčními a indukčními metodami a metodami axiální nebo radiální ionizace. Většina těchto způsobů vyžaduje složité elektronické zařízení a je přesná pouze za omezených předem stanovených podmínek. .

К měření tepelného toku Q musejí brát měřicí přístroje v úvahu ještě měrné teplo C_p, které závisí na materiálu, teplotě i na tlaku. Při výpočtu tepelného toku nebo tepla vyměněného v určitém časovém intervalu se musí při uvedených měřeních většinou brát v úvahu hustota média. V důsledku toho se chyby měření rychle sčítají.

Vynález odstraňuje tyto nevýhody a jeho předmětem je přístroj к měření tepelného toku vyměněného mezi přívodním a zpětným potrubím tepelného zařízení, zejména pro spojité měření tepelného výkonu ohříváků, výměníků tepla, radiátorů, chladicích zařízení, teplovodních instalací, iklimatizačních a jiných tepelných zařízení, obsahující v elektronické části počítač a integrátor. Pod-

stata vynálezu spočívá v tom, že v tepelně vodivém tělese měřicího přístroje jsou uspořádány nejméně dva průtokové kanály a každý z nich je opatřen dvěma přípojkami, izolovanými tepelně těsněními vůči tělesu měřicího přístroje, které je spolu s přípojkami zvnějšku obklopeno izolací a uloženo ve skříni a přípojky prvního průtokového kanálu obsahují dvojici prvních senzorů teploty, v tělese měřicího přístoje je mezi průtokovými kanály upravena dvojice druhých senzorů teploty a v přípojkách přivrácených měřenému objektu je umístěna dvojice třetích senzorů teploty.

V přístroji podle vynálezu se problém měření tepelného toku převádí na měření tří teplotních rozdílů, takže odpadá vliv nečistot, turbulence, absolutní teploty, bublinek, úsad apod. a nemusí se znát měrné teplo C_p média. Mádium dopravující teplo se v měřicím přístroji vede po neizolované stěně kanálu, přes kterou přichází nebo odchází malá část tepelného toku, jež bude v následujícím textu nazývána měřicí tepelný tok. V důsledku toho vzniká na základě změny entalpie v médiu teplotní rozdíl, který závisí na průtoku, na měrném teple a na výkonu přenášeném teplem. Tento teplotní rozdíl se měří.

Ke zjištění měřicího tepelného toku se měří teplotní rozdíl mezi přívodním a zpětným potrubím, nebo mezi jedním z těch'. o potrubí a okolím, nebo· mezi jedním z těchto obou potrubí a jinou tepelnou jímkou nebo tepelným zdrojem, například vodovodem. Médium proudí po materiálu známého průřezu a se známou tepelnou vodivostí, do kterého jsou v různých vzdálenostech od média vestavěny alespoň dva senzory teploty. Teplotní rozdíl mezi nimi závisí na měřicím tepelném toku, na geometrii a na tepelné vodivosti materiálu. I tento teplotní rozdíl se měří. Konečně se měří ještě hlavní teplotní rozdíl mezi vstupem a výstupem média.

Zákon o zachování energie vede ke zjištění, že v uvedené rovnici pro tepelný výkon média odpadá měrné teplo C_p a že je tedy pro měřicí přístroj lhostejné, čím je protékán. Tepelný tok lze tedyl vyjádřit pouze třemi teplotními rozdíly a konstantou, která závisí na konstrukci a materiálu měřicího přístroje.

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s několika příklady provedení znázorněnými na výkrese, kde značí obr. 1 к jednoduchému vysvětlení vynálezu schematicky znázorněný měřicí přístroj ve svislém řezu, zapojený mezi měřený objekt МО a neměřený proudový okruh IP, který ve schématu znamená zdroj nebo spotřebič tepla, obr. 2 příčný řez vedený rovinou II—II v obr. 1, obr. 3 analogický řez jako na obr. 2, avšak obměněného provedení, obr. 4 další provedení měřicího přístroje v podélném řezu, obr. 5 příčný řez vedený rovinou V—V na obr. 4, obr. 6 příčný řez vedený rovinou VI—VI na obr.

4, obr. 7 další příčný řez v rovině VII—VII na obr. 4, obr. 8 osově souměrné provedení přístroje v řezu, obr. 9 příčný řez vedený rovinou IX—IX na obr. 8, obr. 10 analogicky к obr. 1 zapojení obměněného přístroje к měření tepelného výkonu, obr. 11 v řezu přístroj z obr. 10, obr. 12 příčný řez vedený rovinou XII —XII na obr. 11, obr. 13 variantu zapojení přístroje z obr. 1, obr. 14 kotoučové provedení přístroje podle vynálezu v řezu, obr. 15 řez vedený rovinou XV—XV na obr. 14 a obr. 16 obměněné provedení přístroje z obr. 14 a 15.

Výkresy znázorňují několik variant měřicího přístroje, jeho zapojení a detaily.

Obr. 1 ukazuje schematicky jednoduché provedení měřiče, kde měřicí tepelný tok, to znamená tepelný tok, jehož pomocí se měří, se přenáší mezi teplejším a chladnějším potrubím pouze na jednu stranu, přičemž těleso 1 přístroje je z jednoho kusu.

у Těleso 1 přístroje, které je zvnějšku obklopeno izolací 2, je opatřeno dvěma podélnými průtokovými kanály l⁴, 1“, které jsou v izolaci 2 prodlouženy v přípojky 3 až 6. První průtokový kanál Г má přípojky 3, 4 a druhý průtokový kanál I^й má přípojky 5,

6. Přípojka 3 prvního průtokového· kanálu 1' a přípojka 5 druhého průtokového kaná“ lu 1“ je připojena к potrubí měřeného objektu MO, druhé přípojky 4, 6 těchto kanálů 1\ l^u jsou spojené s přívodním a zpětným -potrubím neměřeného proudového okruhu IP. Přípojky 3 až 6 jsou upevněny v tělese 1 měřicího přístroje izolačním těsněním. 7. Všechny uvedené součásti jsou uzavřené ve skříni 8.

Dvojice prvních senzorů А, В ke zjišťování teplotního rozdílu v proudu média je umístěna mezi přípojkami 3, 4 prvního průtokového kanálu Г. Dvojice druhých senzorů C, D ke zjišťování teplotního rozdílu nebo gradientu teploty v materiálu tělesa 1 přístroje je umístěna mezi průtokovými kanály Г, 1“. Dvojice třetích senzorů E, F slouží ke zjišťování teplotního' rozdílu mezi přívodním a zpětným potrubím měřeného objektu MO.

Provedení tělesa 1 měřicího .přístroje podle obr. 1 je podrobně znázorněno na obr. 2, přičemž ovšem těleso 1 může být vytvořeno jako obyčejný kvádr s rovnoběžnými vývrty na protilehlých stranách. Senzory jsou uloženy takto: v přípojce 3 jsou umístěny senzory A, E, v přípojce 4 senzor B, v přípojce 5 senzor F, zatímco přípojka 6 je bez senzoru. Dvojice senzorů А, В а Б, F slouží к měření rozdílů teploty, protože není nutné měřit absolutní teplotu. Proto jsou zapojeny diferenciálně a udávají rozdíl (T_A — T_b] a (T_E — T_F] a jsou umístěny tak, že měří průměrné hodnoty. Rovněž lze použít větší počet senzorů.

Protože měřeným objektem MO je buď zdroj nebo spotřebič tepla a protože průtok média je konečná veličina, existuje mezi nap.v otitíoýumožnéuje-yi kulové! přovedůíiíídělesa 1.

kolmé. Měřicí tepelnýitok r&ej-odvádíuž pro;to t d Izí uabry i 5; q Měřičů 1 pnétrp.p gel <zápo jehcdste jně íHíi ;í tohoto dů-^;'o

x.j ^PlqeošpfcDjétííisef-sbTe^ním íp!růtok'CMvýmlkanáí i cn;ienab If У pří po jkčXu »Д vopátrenhiir í šenzotém B, ÝaeJsh pšfl&ojojvá^ bez r>senzohpotKfr®mžorúnl· A,>'E,b'Bqstiřfidkiího ka• oIquDáluoifí-„)íš’e .oMqně №dec>iteplejšíu rmádium,

I ] V pčdrUibímh určitý teplotní:-: iTdzdjl/idvšqin mi^rdoq^édnÍHKsměrem,Bnýhi^^naxdívěr\(obffí.s4?až 7) híf.vbonmc[těn^^pad,')kdyi tepelný ; tok^ř uměřeným лрс./nebo o^a^rriněkplik;:š1íĚffn.e^fioémmňlDc>příkl.axqHoívQbjektehiřMQ je nulový. V důsledku?tohototocto fri^cij^iQ^avžošůu^iěvĎéflaBnsjtřsdnéBpbóvedeY?ÍA>iptóp^'itóhouiio^díhtl<sanvý1hěiWjeí(pres) ·/tepel-o to Ýní^d№qbr_řfl9pMeetiB^^ zí- ομ/Λίβ.τ’νρύών^η^ι^ΒΓί'Βΐ /tělesy 1 iměřloíhú pří-oni ijsadřáltíóh šfflnúěréchíiZhtěchňolo-gickéhb hle-

i.ccrí strtfje měřicíHtepqlnýciítokJoJqho· ivehtost zá-tou^lidt^kq robtlížípě ο^^ΦΖιΰν^^ΐηθί'ί^ν»Α^<ΐ?1θθΓ6Ynfk?^isírj-hár(^ózrtíěreGtio měřicíhox přístroje, - - - .. . . . . . ... ............ _ •-f4'U3í.topeln.é('V!O^i.VQ9tiomatě^lnjJHají'r!0ádfin tep-cd odoUěhtoorjJj пгёйсйпрvpftstrójeBzimoto 4 je • ο/L Motyka)' na príůiokuíj.médlácf Protožeswšak mě-qto ibóednDhjóokusu[Síp^^ld$mii.63ťaš ®,cje zná- oxkHiíicí tepelný'dokrnptVorl·-isoučást oměřfeného .ύν; :30rně^oojakó7(pdiiMtT-ániná\jíĚi plpché průVX.....Vépelného-^toku-r^nenk'jehb .velik^strpro mě-toto b.tokov.HikaháíIyiizp'i}p Д‘⁴зи1юёепе/т1га^с:йеЬои.

totoioveníf podštátoá,* když cjo měřicí, /přístroj zatooýcí^hěýšírpríůtakoqffiT^anályjl^^/l^hjeouopropopojen podle schématu.in.a·tobr.li.aVúdůsledku-nit u^Uyvispoí6vačímií?kai)áJ%rikteréčječiufk nim -('íOíírv.&dmíy^epteymatqnáiem-rtělesa ílvVzniká v - .. . , .

materiálu gradient tepilio-tyjctd?,žhainéná tep-íiioídcstředníhoyklaná^to lAí.naf dýěrktrapyV Plo-chy, <3ΓΓ:Γ/..ίΗο1ίώί^ΐΓ·ο?^ίΙΐ5θ&'·πίΓ»ζίτ6ΐ.ίΛΓ^θ, kteréOse měřili i Ъ7ф^Мб^у^Ьвр]^Ц'(йЯпёШж;^дейпот(пш dru,;loi djvjaóQítít áruiíýohřdeiizoitůiCrcCj:il^r-počet:(těchto-cíáo*.hétíiv jsúúrižeMWajié,d ják/ojei-patrné on iosenz^růo.může^bbýt· větší;¹ přičemž'/jsou ulo ‘ “ i ου bž&íiy idoťipřederh istanóvěnéiqzájenriiěírvzdá-oíqíyl jákoCna tíbrv haMěr«flaýmhjekb(MOI:ío:spojen -řto lenosti 1^Ьи(ак,1еЬу:1т^11у1фгй^!пйёгп-ой hod-шп vs^siftH^iÉípr(ĎtóptovýmbbkdůáiéWf-í\_rprípoj.fiicíhotúoghadientu ďeplotýc Rrávěhži tohoto dů-bkíckonB^q.Jkdjeíijsou umístěny -.Hén^orykA; E, a (ío í vi2d>íje tělesoíl^měrícíte: příčno je' podle obr.*./ кйе spbjovnoíikjjkanálem HpřápujikoU - S^kde je -kb()(2 miežidseanM«:)y>flP}' Ц zŮžeitécj^éhožcyýdledku^yccfn.LimístěntoWzpr^NenwřenýproúdbVýiOkruh uo<j izehdqšáhii^utqkdýžise^xOešchl opatří ně- “ ‘ ‘ ' .0 .< koliká o vývrty, mebbckdyžtísé topného- vloží .?> X ^něFWP^toeX.vófliivé.l vrstvy Шарику?‘tJ, jak VAiukážujěnotííT settává děleso uišnslí zer?dvoíuj.pkovav!ýiirh’^ř[dílů ίΐφ,οφίι;/ zfctímcoi - onBLVrst'uaolte;jfe···(BiapíSMlad)tSořeípacjlěpidléfti me-í(g< «l-Oběhia Моуймупай idílýc^ájulbi Vzdálenost •шя-рЪ^ i^Vnáinéró rrteínsí než úhjx dota.&fItepěH®^aoláč^\\:míůžetďšak býtnzapoJher: tlouštká<')5'f'Vjfstvýb'lé,GG0žrfzá;vtói?:náI druhu ao ’ ': ejení tnópaqné:. /V· tomto .cpřipadej cvstupuje orbh/(místě{yest<dvěníi/?druhýcihc'&énzOEŮ С;^: Ж V zá-ríošl chladitó^í imédiuln^nairimějŠE důlníostraně v.iro.o..váqlíostóxiíautěplotníptjordždílěnhl^Tk-T_B)₅-on uplíptřjkaufOiípróHsnáídnějeí-todvzdušněni, pak -ло1 '(>Ж--4оЯЪhiar(®á(.wi<(Ífe.$iĎd.áviajíeulřodně na-/i•.-olippouďídpóidélíi žobeřvaž^ keí/drúhéihucLkonci лол pájěžhéjsenžonýqiA; ΒμβζοΒΑΕ,.F třibelektiuc-oiLčn>tělesahlý.jodtrtiidopr^cházt dvěmá^pojoVacími ké veličiny, to zi8aměn& fúdájHicnapříkiadídj jtkaniá^naDrllorgTS straatwv teče/ po i/žebrech a • čvo‘ hápětí; pr,dudyy/odporý/ikmitočtycaipodobněbc· г^у.1й1й&?рй3|ро]к0ц>(-5:г;^е« senžorcF:,mořicího· ni B/pódleuflruh(u použitých seňzbrfií/)hkťeré se-obrtopKÝstroje: ^řfp‘ůjky<vša^cmohou^; být^eupraveΗΊίΐ btífl^vpřímo.iměřív^h^^ó viedou fdobňeznázor- ' <п my iiaká tákjmfcy•.funĚjšr<pró.ud)^?byK’ nal obou

i.if.měiiLévéÍ.eilfctnon|oké! jéflnótkyoá czíňíchoše vy-o¹ p_l;StraMchnmy?noběžnýf,dcožn:heníi pr.fruiunkci -on upóftítá cníěřhný9tepalný/./.tbk opoffiet^následu-brhchpilístmje/ přodstátnié^Měřicr tdpelnýíitok, kte?· fďýopřeclŤteí šetóovanými/řplochaniLlhpiiůtokoVýph kawJůclq dió tělesa! 1,’ seí vede takže tepelné ztráty do .fnMíojsbú <СШ' nejíirtitínšííhanI жМтаГпе?íoivlivmlpr .xměřfení. Při .fy

I cagíčí ηοΐνιΗο&ιπιι v ytoJqto touto; .лло dvěma směry ven, podle obr. 4’-;.nahoru a

-Í-HT! orle

9T>Abynfměriteíqpra^toój;>mělíí4j)ííh.adh^j&í roz-: c ;/ 00 ?do У wývřtůo. rovnoběžných těny také rovnoběžně s osou.oPočehψνο-jic ';ř \ ddlůibTepetoé-cprouděnÍHie' registrováno· dvo'vjičemir/druhýcho sen^orůn·0| Dqkteré jsou měry, jsou vnitřní plochy, pUMerýéhdpr-oudí’d>rri uložěny pá tohoti st-nánách'středníhooprůtojpDédihwp opatřeny Jžetay/rčdžfjévpatrné z ná- ikhyf^o^éihdoMn^lfefíl-o' ácrvsážeríy ve г vzájemné zuto sledujících:ptrkládůii’ýr.ave^erií./Táto:)úprava i:;LHKyzdáR^.pstilyba,b ^ovivwšakínehíímefehy^ěJnutn^czájmÉnánpři pro-cToWs pípo vrč Ь®т1 drážbkomefz-íj'žebry.1 á^r; kolmých im^vr.cvWmíTtělesa^zvélképdeliiýis Lmalýmprůmě-c. to ic©sečtělesa ’1.í Tytd.;jshrtžoiiy>:ín®hoU-íbýt.’/umísντο:rráinto-htvate pfloštorúiW/(tělese Inměřicího

-6'. l·přístroje; stédyj^^průto^oVýchru^aňálůcíl¹, 1“, tor г dWA^bísenzarůr^c-D?’· závisí naípQžádované v Л1 kterými‘proúdfj^:’médiukti,f/jeyprineipifilně li-.-o icpřešnost^irs jjiakowcssj má-'itíěrih průměrný oj· 8 WýotňýiaozvDlmr taky^aby^r;tepfehiý't(qik(:v jed-umorigrjádie-Mitepl.OtyídV tělese Ibmohou být také 4 .^notoe .průřezu omezicdrúhýmij/senzQryi C, DÝ^cSnnmístěrwH^tmze^ějíidviijice^ druhýchysenzo9Л t?bylosteinóink($rhýr[iP'řípojíky/í3/\!4;í5,y!&jmohiouY.íí!jorw\C,i!Í)p natokáždéo·straně/./jedna? •/Senzory ног; Wořít siMčá^ rt^eaabi.jlMéřiei/príslroj je-i4>7f;_tkážáébd№jte t jM)U;'^ápojeny 'dherenciálně, i i bx o’.však/přesnější,o íkdyžrcjsoli bpřípolkyq 3 / až 8 в ne o ’.úda jej měknlika od vpjic; íseV Všák. šečitají - nebo ,/íi.si ^pdvirěnyíiw .tělQSfe-l Jákjívžq/ife-m^ží nimixfto vsé 'píntmjěrrié: hodÍJC fiotylo J Ίίίο V 1.1.....II 7HOÍJÍU'

HíšríOfiAíírabů^ckySiato nnzapogenfí poffi^oóbr. 1 oMolánruotěSháníí ®C'fMéři<áípfiIatr^ějB uzavřen tepelnou izolacíčSqxaby 'šíeícxaínffiišiiylítepelné

-OQ 'brní zítjráQH d^íDokpií^ ěftfožoíšeu zvýší osp^esnost,-i7:TH7Tm’ěižíbdvcp.d:e iičtahjide /pfevnlohhíswzorůd А, В y(j}i?WŠ^itaílaEceil^súé'nrl<b^zin0d(a^neqněbnutná.-jikí těpWnuiraždíl^^ iproiuito méíxíhíi орЙЙяе Xairiěříevho přÍB-toojé njůžébbýt рго-лко ^ia7(fcásindkemVuywšv)®iié/ho)íměřMhdíítepelvedeno také tak, že se teplo· odvádí nejen/ido ηπ IV - IV nonivorc ynobov vci упэгк] í) něho toku; dvojice třetích senzorů E, F měří naproti tomu rozdíl teplot mezi vstupem média do měřeného objektu МО a výstupem. Stejným způsobem, jaký byl uveden v předchozím textu, se z těchto údajů vypočte tepelný tok a z něho integrací v čase množství tepla, které se v měřeném objektu MO během určité doby spotřebovalo nebo vyrobilo.

Dvojice prvních a třetích senzorů А, В a E, F jsou znázorněny jako vsuvka zašroubovaná do přípojek 3, 4, 5; do vsuvky jsou vloženy teplotně citlivé elementy jako termočlánky, odpory, diody, integrované obvody, kondenzátory a podobně, a pro lepší trvanlivost jsou zality. Senzory mohou být samozřejmě provedeny i jiným způsobem běžným v tepelné technice. Mezi stěnami přípojek, kterými proudí chladnější médium, a stěnami, kde je teplejší médium, nemá být tepelně vodivý materiál, nýbrž znázorněná izolace 2; pokud je tam přesto tepelně vodivý materiál, musejí být v tomto místě vestavěny další dvojice druhých senzorů C, D, aby se i tam mohla brát v úvahu část měřicího tepelného toku. Měřicí tepelný tok smí procházet pouze tudy, kde se dá měřit.

Stejně jako podle obr. 1 mohou být v provedení podle obr. 4 přípojky a spoje na vnějších stranách tělesa 1 měřicího přístroje vytvořeny místo v jediném odlitku jako oddělené díly a mezi ně a vlastní těleso· 1 mohou být vloženy tepelně nevodivé těsnicí vložky, čímž se zvýší přesnost měřicího přístroje. I těleso 1 měřicího přístroje může sestávat z několika dílů s vloženou vrstvou v oblasti dvojic druhých senzorů C, D a s vývrty nebo se zmenšeným průřezem, kterým se zvětšuje gradient (T_c — То) a zlepšuje měření průměru, jak bylo uvedeno v souvislosti s obr. 1 a 3. V tomto případě není izolace tak nutná jako v provedení podle obr. 1, protože možnost tepelných ztrát, ovlivňujících přesnost měření, existuje pouze na stranách, to znamená na menších částech povrchu.

Obr. 8 a 9 ukazuje soustředné, osově souměrné provedení měřicího přístroje, jehož těleso 1 je žebrované zvnějšku i zevnitř. Měřicí přístroj by mohl pracovat i bez žeber, musel by však být podstatně delší. Těleso 1 je vytvořeno jako jeden kus s přípojkami druhého průtokového kanálu 1“. Přípojky 3, 4 prvního průtokového kanálu Г, který je podélně žebrován, jsou vytvořeny odděleně a upevněny na tělese 1 měřicího přístroje přes silná izolační těsnění 7. Proud vnějšího média v přípojkách 5, 6 se dělí do dvou paralelních proudů a protéká podél prstencových žeber tělesa 1. Místo paralelního dělení proudu média lze zvolit i jiný tvar, například šroubovicové vedení. Uvedené rozdělení proudu média je však nejjednodušší. Teplejší větev je z uvedených důvodů zapojena principiálně uprostřed. Měřicí tepelný tok prochází v tomto případě válcovou stěnou, což je v rovnici Q -respek továno konstantou, a měří se dvojící druhých senzorů C, D, které jsou vestavěny na různých průměrech tělesa 1. (D_c = D_d). Jako snímací element je na obr. 8 znázorněn odporový drát vložený -do vývrtů rovnoběžných s osou tělesa 1. Samozřejmě je možné použít i jiného typu senzoru. Když je těleso 1 měřicího přístroje ze dvou nebo několika dílů, lze drát jednoduše navinout na obvod. Extrémní případ složeného soustředného provedení tělesa 1 představuje trubka v gradientu teploty. Provedení, funkce a umístění senzorů jsou na obr. 8 analogické jako v provedení podle obr. 4.

Obr. 10 ukazuje schematicky a obr. 11 a 12 konkrétně provedení měřicího přístroje s odváděním měřicího tepelného toku do okolí. Na rozdíl od předchozích provedení nepřechází v měřicím přístroji z obr. 10 měřicí tepelný tok z teplejšího- do chladnějšího kanálu, nýbrž do· okolí. Přípojky a funkce jsou analogické jako v předchozích příkladech, rozdíl spočívá pouze v tom, že měřicí tepelný tok se vyměňuje tak dlouho, dokud existuje teplotní rozdíl mezi médiem prodícím měřicím přístrojem a okolím, bez ohledu na rozdíl teploty mezi teplejším a chladnějším proudem média. Rovnice pro výpočet Q zůstává beze změny. Přípojka 9, v níž je umístěn senzor F, nahrazuje dosavadní přípojky 5, 6 druhého průtokového kanálu 1“ a je umístěna odděleně od vlastního měřicího přístroje. Proto má na obr. 10 a 11 zvláštní vztahovou značku 9. Pro vyšší přesnost je opatřena izolací

2. Těleso 1 měřicího přístroje může mít žebra pouze na vnější straně, na obou stranách, jak je zakresleno, -nebo nemusí mít vůbec žebra, což závisí na přípustné délce měřicího přístroje, na průtoku a na absolutních teplotách. Senzory C, D jsou provedeny jako odporové vrstvy vytvořené -natištěním, napařovací technikou a podobně.

V následujícím bude vysvětleno použití měřicího přístroje podle obr. 10 a 11: uvažujeme-li měřicí přístroj z obr. 10 a 11, avšak bez senzoru F, takže senzor E na vstupu měřicího přístroje měří teplotní rozdíl oproti referenční teplotě například 20° Celsia, simulované teplotně nezávislým elementem zapojeným v měřicím přístroji, lze takového měřicího přístroje použít i tam, kde neexistuje zpětné vedení média. Takovými případy jsou například teplovodní instalace a teplovzdušné topení. Tepelný tok vypočtený podle rovnice n v (Tc — T_D) . (T_E — T_Ret] ^Q-*·· - (Тл —Tb)^_ ......

představuje tepelný tok měřeného průtoku vzhledem к referenční teplotě.

Obr. 13 ukazuje schéma obměněného provedení měřicího přístroje z obr. 1 pro případ, kdy se měřicí tepelný tok odvádí do jiného spotřebiče, případně přivádí z jiného zdroje tepla. Příkladem je vodovod pro prv254314 ní případ a spaliny pro druhý případ. Takový jiný zdroj nebo jiný spotřebič tepelného výkonu je označen na obr. 13 vztahovou značkou MD. Jako měřicího přístroje lze kromě znázorněného provedení použít každé varianty podle obr. 1 až 9, s tím rozdílem, že senzor F je vyčleněn z měřicího přístroje a vestavěn do zpětného vedení, jako tomu bylo podle obr. 10 a 11, naproti tomu přípojky 5, 6 měřicího přístroje jsou spojeny se zmíněným jiným zdrojem nebo spotřebičem MD tepla. Pro funkci měřicího přístroje je nezbytný rozdíl teploty mezi médiem v měřicím přístroji a médiem proudícím tímto jiným zdrojem nebo spotřebičem MD.

Speciálním příkladem použití kterékoli varianty měřicího přístroje podle vynálezu, ale bez dvojice třetích senzorů E, F, je měření hmotnostního průtoku média, jehož známé. Výpočet se provádí [T_G — Tp] (Т_л~Тв) ’ podle vzorce při analogickém zapojení. Rozdíl spočívá pouze v elektronické jednotce, která vypočítává z údajů měření hmotnostní průřez, pokud se tak neprovádí ručně.

Měřicí přístroj podle kteréhokoliv provedení, zapojený podle schématu na obr. 10 měrné teplo je к

^{m =} ^r· a 13, avšak bez oddělené přípojky 9 a bez dvojic prvních a třetích senzorů А, В, E, F lze rovněž použít v případech, kdy jsou média oddělená a měří se tepelný tok, který se celý vyměňuje v měřicím přístroji. Pro tuto aplikaci se nejlépe hodí provedení podle obr. 4, rozšířené v deskové kaskádové těleso, jak ukazuje schematicky obr. 14 a

15. Lze použít i většího počtu desek, které jsou uloženy paralelně nebo do série, jak ukazuje obr. 16. Při této aplikaci je měřicí přístroj zvětšen do takových rozměrů, že měřicí tepelný tok se rovná měřenému toku. Měřicí přístroj se stane výměníkem tepla mezi dvěma oddělenými médii, jak je označeno na obr. 14 písmeny P, S, a je proveden tak, že se teplo může vyměňovat pouze přes ten průřez, kde se tepelný tok měří dvojicemi druhých senzorů C, D. Protože médium odevzdává nebo odebírá celý měřený tepelný tok v měřicím přístroji a nikoliv v měřeném objektu jako v předchozích provedeních, je teplota v místě, kde by musel být sensor B, rovná teplotě v místě senzoru F, přičemž teploty senzorů A, E představují tentýž měřený bod. Senzory А, В, E, F nejsou tedy potřebné. Uvedený vzorec pro Q se zjednoduší na q = к. TaLK* IlL ₌ ,_{k (Tc} _ i J-A --- J-B J

Tepelný tok mezi dvěma oddělenými médii se jako celek vypočítává z gradientu teploty jednou nebo několika dvojicemi druhých senzorů C, D, jejichž údaje pro jednotlivou kaskádu a desku se sečítají.

Měřicí přístroj tohoto provedení spojuje funkci výměníku tepla a měřiče tepelného toku, a ve spojení s elektronickou jednotkou, která integruje v jistém časovém intervalu, funkci výměníku tepla a měřiče množství tepelné energie vyměněné během určité doby neboli počítače tepla. Měřicí přístroj může být proveden s žebry nebo bez žeber, v kaskádách, rovně nebo soustředně, se všemi uvedenými detaily. Beze změny zůstává i cíl vynálezu. Měřicí přístroj nemá pohyblivé součásti, nečistoty a povlaky nemají vliv na měření, není důležité, mezi jakými médii se teplo vyměňuje a přístroj je vhodný i pro velice malé průtoky.

Při použití kaskádového' provedení podle obr. 14 a 15 je vhodné, aby na vnějších stěnách bylo to médium, jehož tepelné ztráty pres izolaci do okolí nezpůsobují chyby měření, to znamená chladnější médium, když se měří množství tepla odevzdaného' teplejším médiem, nebo naopalk teplejší médium, když se měří, kolik tepla odebralo chladnější médium.

Měřicí přístroj podle vynálezu může být vyroben s výjimkou senzorů z jednoho kusu, například jako odlitek. Podle svých vlastností, zejména v provedení podle obr. 10, je vhodný pro trvalé měření spotřebovaného tepla jednotlivých radiátorů nebo trubkových soustav. V takovém případě může být vytvořen jednoduše jako článek radiátoru. Protože nemá pohyblivé součásti, lze při pečlivě vestavěných senzorech, které jsou zality do materiálu a nemají spojení ani s médiem ani s atmosférou, tvrdit, že životnost je neomezená, a nepotřebuje údržbu. Povlaky, koroze, nečistoty, bublinky a podobně nemají vliv na výsledek měření, protože v rovnici pro výpočet se nevyskytuje přenos tepla. Měřicí přístroj potřebuje energii pouze к měření teplotních rozdílů, přičemž tato spotřeba v kombinaci s příslušným elektronickým obvodem je velice malá, a pro odečítání nepotřebuje vůbec energii, pokud jsou senzory tvořeny termočlánky. Princip měření je vhodný i pro velmi malé tepelné toky, protože přístroj lze vyrobit v miniaturním provedení. Popsanéh0‘ měřicího přístroje lze použít i v laboratořích, v regulačních soustavách a pro nejrůznější média, jako je voda, vzduch, olej, chladivá a podobně.

PŘEDMĚT

Claims

PŘEDMĚT

1. Přístroj к měření tepelného toku mezi přívodním a zpětným potrubím tepelného zařízení, zejména pro spojité měření tepelného výkonu ohříváků, výměníků tepla, radiátorů. chladicích zařízení, teplovodních instalací, klimatizačních a jiných tepelných zařízení, obsahující v elektronické části počítač a integrátor, vyznačený tím, že v tepelně vodivém tělese (1) měřicího přístroje jsou uspořádány nejméně dva průtokové kanály (1\ l‘^Ě) a každý z nich je opatřen dvěma přípojkami (3, 4, 5, 6), izolovanými tepelně těsněními (7) vůči tělesu (1) měřicího přístroje, které je spolu s přípojkami (3 až 6) zvnějšku obklopeno izolací [2] a uloženo ve skříni (8) a přípojky (3, 4) prvního průtokového kanálu (Г) obsahují dvojici prvních senzorů (A, B) teploty, v tělese (1) měřicího přístroje je mezi průtokovými kanály (Г, 1“) umístěna dvojice druhých senzorů (C, D) teploty a v přípojkách (3, 5) přivrácených к měřenému, objektu (MO] je umístěna dvojice třetích senzorů (E, F) teploty.
2. Přístroj podle bodu 1, vyznačený tím, že těleso (1) měřicího přístroje je vytvořeno jako monolitický blok se dvěma rovnoběžnými průtokovými kanály (1\ Г‘) a s dvojicí druhých senzorů (C, D) umístěnou napříč к průtokovým kanálům (Г, 1“).
3. Přístroj podle bodů 1 a 2, vyznačený tím, že těleso (1) měřicího přístroje je mezi dvojicí druhých senzorů (C, D) dělené a mezi oběma jeho· díly (la, lb) je vložena vrstva (1-c) pojivá.

VYNÁLEZU
4. Přístroj podle bodu 1, vyznačený tím, že těleso (1) je vytvořeno· jako blok se třemi žebrovanými plochými kanály (1\ 1“, 1‘“) umístěnými nad sebou, z nichž první průtokový kanál (Г) je nejteplejší, nad ním leží chladnější druhý průtokový kanál (1“) a pod ním nejchladnější třetí průtokový kanál [Г“), vnější kanály (1“, Г“) jsou vzájemně spojeny dvěma svislými spojovacími kanály a jejich přípojky (5, 6) jsou kolmá к přípojkám (3, 4) prvního průtokového kanálu (l⁴),přičemž dvojice druhých senzorů (C, D) teploty jsou umístěny ve dvou řadách mezi prostředním průtokovým kanálem (Г) a oběma vnějšími průtokovými kanály (1“, Г“).
5. Přístroj podle bodu 1, vyznačený tím, že střední část tělesa (1) měřicího přístroje je vytvořena jako uvnitř axiálně žebrovaný náboj s vnitřním prvním průtokovým kanálem (1‘) a směrem ven probíhají prstencová žebra, přičemž krajní prstencová žebra jsou uzavřena nad vnitřními prstencovými žebry a tvoří vnější druhý průtokový kanál (1“) s přípojkami (5, 6), které jsou kolmé к přípojkám (3, 4) prvního průtokového kanálu (Г), upevněným na náboji přes kroužky z izolačního 'těsnění (7), přičemž v náboji jsou na dvou vzájemně koaxiálních válcových plochách uspořádány dvojice podélných druhých senzorů (C, D).
6. Měřicí přístroj podle jednoho z bodů 1 až 5, vyznačený tím, že dvojice druhých senzorů (C, D) jsou zabudovány v kaskádovém tělese (1) měřicího přístroje.