CZ2001222A3

CZ2001222A3 - Způsob teplotní kompenzace teplotního čidla

Info

Publication number: CZ2001222A3
Application number: CZ2001222A
Authority: CZ
Inventors: Walter Blaschke; Günter Eberspach
Original assignee: J. Eberspächer Gmbh & Co.
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2001-09-12
Also published as: DE10002217A1; DE10002217B4

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu teplotní kompenzace teplotního čidla, integrovaného v řídicím přístroji topného tělesa, pro vytápění prostoru, zejména horkovzdušného topného tělesa motorového vozidla, s tlakovým ventilátorem a výměníkem tepla, pro vytápění vnitřního prostoru motorového vozidla.

Dosavadní stav techniky

U topných těles vozidel, zejména u horkovzdušných topných těles, se k regulaci teploty prostoru používá teplotní čidlo, osazené na řídicím přístroji, respektive do něj vestavěné. Teplotní čidlo se používá jako snímač skutečných hodnot regulačního obvodu k regulaci prostorové teploty. Řídicí přístroj reguluje vytápěcí výkon takovým způsobem, že teplota prostoru odpovídá předem zadané jmenovité hodnotě s co možná nejmenší odchylkou. Protože řídicí přístroj a teplotní čidlo jsou vestavěny do topného tělesa, podléhají jeho teplotním vlivům. Tak mohou být jak určená teplota vzduchu přisávaného do místnosti, tak také teplota snímacích elementů zkresleny ohříváním součástí topného tělesa. Tyto odchylky od reálných teplot prostoru se zpravidla snižují takzvanými offsety (kompenzacemi). Offsety jsou nastaveny v závislosti na stupni výkonu.

Uvedený známý způsob je nevýhodný v tom, že nemůže být přizpůsoben různým situacím v zástavbě agregátu, například při použití různě dlouhých přívodů vytápěcího vzduchu, různých výstupů « · ·· · · • · atd., takže pro každý případ zástavby je nutné určit zvláštní kompenzace. Protože to není schůdné, je třeba se v praxi spokojit se středními hodnotami kompenzací. Zjištěná teplota prostoru se vždy více nebo méně odlišuje podle poměrů zástavby od skutečné hodnoty. Výhodná, plynulá regulace vytápěcího výkonu se často nerealizuje, protože by se závislost kompenzací na provozním stavu topného tělesa musela zjišťovat nákladným způsobem.

Jestliže se vychází z výše jmenovaného stavu techniky, je úkolem vynálezu vytvořit způsob teplotní kompenzace teplotního čidla, integrovaného v řídicím přístroji, úvodem jmenovaného druhu, který by odstranil jmenované nevýhody, a který by jednoduchým způsobem reprezentoval teplotu v prostoru vyhodnocením signálu teplotního čidla v řídicím přístroji.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje způsob teplotní kompenzace teplotního čidla, integrovaného v řídicím přístroji topného tělesa, pro vytápění prostoru, zejména horkovzdušného topného tělesa motorového vozidla s tlakovým ventilátorem a s výměníkem tepla pro vytápění vnitřního prostoru motorového vozidla, podle vynálezu, jehož podstatou je, že signál teplotního čidla vyhodnocený řídicím přístrojem je reprezentován skutečnou teplotou prostoru tím, že pro odstraňování poruchových veličin snímání teploty se zjišťuje závislost odchylky signálu teplotního čidla na teplotních poruchových veličinách a signál se touto teplotní hodnotovou odchylkou koriguje, to znamená, že teplota prostoru je diferencí teploty čidla a teplotní hodnotové odchylky.

Další výhodná provedení předmětu vynálezu jsou představována znaky nároků 2 až 7.

·· · · ·· , * · · · • · · · · • · · · · se zohledňuje zejména teplota teplota vytápěcího vzduchu,

U teplotní hodnotové odchylky výměníku tepla, dále také zejména kmitočet dávkovacího čerpadla paliva a/nebo frekvence otáčení ventilátoru.

Zvláštní přesnosti způsobu teplotní kompenzace podle vynálezu se dosáhne zejména tak, když se teplotní hodnotová odchylka vypočítá matematicky, zejména matematickým popisem funkce teploty výměníku tepla, teploty vytápěcího vzduchu, kmitočtem dávkovacího čerpadla paliva a/nebo frekvencí otáčení tlakového ventilátoru.

Teplotní hodnotová odchylka může být odebírána sama nebo v kombinaci s matematickým výpočtem, zejména z jemně rastrovaného grafu charakteristiky, který je založen v řídicím přístroji, přičemž v grafu charakteristiky je diskrétní kombinaci hodnot teploty výměníku tepla, teploty vytápěcího vzduchu, kmitočtu dávkovacího čerpadla paliva a/nebo frekvence otáčení tlakového ventilátoru přiřazena hodnota pro teplotní odchylku.

Signál teplotního čidla je zkreslován následujícími poruchovými veličinami:

1. Vlastní ohřev

2. Zahřívání v návaznosti na podložku tištěného obvodu řídicího přístroje

3. Zahřívání součástmi na podložce tištěného obvodu

4. Zahřívání rozdílným tepelným tokem od horkých součástí k řídicímu přístroji/čidlu při různých stupních tepelného výkonu ·· · · · · · • · · · · · · e · · ·····♦ · · J z z ···· ·* ......

5. Zahřívání rozdílným tepelným tokem na základě různé situace zástavby: vždy podle zástavby podmiňují použité části vedoucí horký vzduch rozdílné protitlaky, proti nimž musí pracovat ventilátor horkovzdušného topení. To vede k rozdílům v požadovaném množství vytápěcího vzduchu (vyšší protitlak = menší množství vytápěcího vzduchu), s výsledkem, že také teploty vytápěcího vzduchu při stejném topném výkonu jsou rozdílné (menší množství vytápěcího vzduchu - vyšší teploty vytápěcího vzduchu). To podmiňuje teploty součástí závislé na zástavbě a tím rozdílný tepelný tok k teplotnímu čidlu podobně jako v bodě 4.

Bod 1 se zohledňuje při volbě čidla a při dimenzování obvodu. Zde je nutné dbát na co možná nejmenší vlastní ohřev.

Body 2 a 3 se zohledňují při zhotovování projektů tištěného obvodu u výrobce řídicího přístroje.

Eliminování vlivů uvedených v bodech 4 a 5 je cílem vynálezu. V obou případech se signál předávaný čidlem řídicímu přístroji zkresluje díky změnám množství tepla vedeného k teplotnímu čidlu. U tohoto vlivu jde o to, aby jej zařízení nacházející se v topném tělese podchytila tak, že je pak možné jej vypočítat.

Potřebné informace jsou k dispozici díky snímání teploty součástí výměníku tepla čidlem plamene, i teploty vytápěcího vzduchu čidlem přehřátí. Dále jsou známy vytápěcí výkon, například díky kmitočtu dávkovacího čerpadla, který udává řídicí přístroj a objemový proud vytápěcího vzduchu, například díky frekvenci otáčení tlakového ventilátoru, regulované řídicím přístrojem.

Podle vynálezu se také navrhuje zjišťovat kvůli odstranění poruchových veličin závislost odchylky signálu čidla na těchto poruchových veličinách a signál čidla touto hodnotou korigovat vytvářením diference, přičemž pak teplota prostoru je rozdílem teploty čidla a zjištěné odchylky.

Toho se dosáhne matematickým popisem uvedené funkce a/nebo založením dostatečně jemně rastrovaného grafu charakteristiky do řídicího přístroje, přičemž pak v grafu charakteristiky je diskrétní kombinací hodnot přiřazena hodnota pro odchylku teploty.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je následně blíže popsán na přiloženém výkresu, jehož jediný obrázek znázorňuje schématicky horkovzdušné topné těleso motorového vozidla.

Příklady provedení vynálezu

Podle obrázku zahrnuje horkovzdušné topné těleso 1_ motorového vozidla, provozované s kapalným palivem a vytvořené ve formě přihřívače nebo stálého topení, teplotní čidlo, integrované v řídicím přístroji, které slouží pro vyhřívání vnitřního prostoru vozidla.

Signál teplotního čidla Tjahier vyhodnocený řídicím přístrojem je reprezentován skutečnou teplotou TR_aum prostoru, přičemž pro odstranění poruchových veličin při zjišťování teploty se stanovuje závislost odchylky ΔΤ signálu Tjahier teplotního čidla od poruchových veličin teploty a tento signál Tjahier teplotního čidla se koriguje teplotní hodnotovou odchylkou AT. to znamená T.R_aum = Tjahier - AT.

·· ·« » · · • · · ·

U teplotní hodnotové odchylky ΔΤ se zohledňuje teplota T_Wt výměníku 3. tepla, teplota Thl vytápěcího vzduchu, kmitočet fpp dávkovacího čerpadla 4 paliva a frekvence otáčení nGebiase tlakového ventilátoru 2.

Teplotní hodnotová odchylka ΔΤ se vypočítá matematicky, zejména matematickým popisem funkce ΔΤ = f(Twr, Thl, fpp, n.oebiase), a/nebo se odebírá z jemně rastrovaného grafu charakteristiky, který je založen v řídicím přístroji, přičemž v grafu charakteristiky je diskrétní kombinaci hodnot Twt, Thl, fpp a/nebo noebiase přiřazena hodnota pro ΔΤ.

Pomocí veličin získaných čidly jsou k dispozici veškeré informace k tomu, aby bylo možné zjistit odchylku signálu teplotního čidla od skutečné teploty prostoru. K matematickému popisu funkce t = f(TwT, Thl, fpp, npebiase) se dospěje například provedením zkušebního plánu s navazující regresí zkušebních výsledků. Ve zkušebním plánu jsou parametry, které působí na cílové veličiny (v tomto případě ΔΤ = Jjahier - T_RaUm), zkoumány alespoň v oblasti, která v praktickém provozu připadá v úvahu. Měnit se může vytápěcí výkon ve stejné oblasti a zahrazování zařízení vůči volnému vyfukování (to znamená bez hadic pro vytápěcí vzduch na straně sání i výtlaku) až do maximální přípustné výtokové teploty. Vedle těchto akčních veličin se snímají hodnoty nastavující se pro senzorické veličiny Twt, Thl, nGebiase, kmitočet fpp udaný řídicím přístrojem a teplota Tpahier čidla a teplota TRaum prostoru, ze kterých se vytvářením diference zjišťují cílové veličiny ΔΤ. V navazující regresi se zjišťuje závislost ΔΤ = f(TwT, Thl, fpp, nGebiase). Je možné začít například nejdříve sestavením lineární rovnice bez interakce, ve tvaru

·· 9* ♦ 9 9 • 9 9 9

9

9999 «9

AT — a ο + a χ χ Twt + a 2. χ Thl + a 3. x £dp ⁺ a 4 x HGebiase přičemž ao, aj, a.2, ... jsou konstanty, respektive koeficienty.

S určitostí se může posoudit kvalita regrese. Při nedostatečné kvalitě se mohou zavést vyšší řady, aby se zohlednily nelineární efekty a uskutečnilo se přizpůsobení na požadovanou hladinu. Do modelu může být zavedena také interakce parametrů.

Sestavení takové rovnice je příkladně znázorněno následovně:

AT = ao + a17 x Twt + a j_^{2 x} T²wt + . . . + ai_~ x T^mwT + x Thl + a.2~ x XIhl + . . . + a2~ x Thl + a3- x fpp + a χ- x f²np + . . . + a 3 θ x f^pp

2 2 p p

Έ a.4.^- X ÍI.Geb 1 žse + a.4.^- X tl Geblžse . . . Έ &A_ X Π Geblžse + a5 x Twt x Thl + a 6 x Twt x £ dp. + a 7 x Twt χ nGebiase . . .

. . . + a10. X £dP_X ΠGeblžse

Interakce s vyššími řadami jsou možné, ale v uvedeném vzorci nejsou znázorněny. Zkušenost ukazuje, že zpravidla nejsou signifikantní, a proto nepřispívají ke zlepšení regrese.

Cíleným plánováním zkoušek, které se provádějí zpravidla s pomocí nákladného softwaru, lze udržet požadované řady m, a, o, parametru i počet interakcí pokud možno co nejmenší, čímž jsou zpravidla nákladné zkoušky pro zjišťování parametrů minimální. Zkušenost ukazuje, že s druhou, maximálně s třetí řadou parametrů jsou znázorněny dostatečné přesné regrese.

99 • 9 9

9 99 9 9 9

9 9 « · ··· ·

9

9 9 • · · • 9

V řídicím přístroji mohou být založeny pouze koeficienty a, a±~, aj-, ... ajo. V tomto případě vypočítá řídicí přístroj kompenzační veličiny ΔΤ podle výše uvedeného vzorce. Další realizační možnosti spočívají ve zjištění hodnot grafu charakteristiky, které jsou hustě rastrovány, výše uvedeným vzorcem a v uložení tohoto grafu v charakteristiky do řídicího přístroje. Řídicí přístroj pak zasahuje na základě zjištěných senzorických hodnot do grafu charakteristiky a odebírá z něj odpovídající hodnoty pro ΔΤ.

Graf charakteristiky je možné určit také bez předešlého zjišťování regresní rovnice. Interpolační uzly grafu charakteristiky lze pak zjistit zkouškami. Požadované mezihodnoty se vypočítávají interpolací. Zkušební náklady, které jsou s tím spojeny jsou zpravidla mnohonásobně vyšší než náklady na výše popsanou matematickou metodu, a mají pak smysl pouze tehdy, pokud tato metoda nepřinesla výsledky v požadované kvalitě.

• ·

• · /V2-ZI -

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob teplotní kompenzace teplotního čidla, integrovaného v řídicím přístroji topného tělesa, pro vytápění prostoru, zejména tělesa (1) horkovzdušného vytápění motorového vozidla s tlakovým ventilátorem (2) a výměníkem (3) tepla pro vytápění vnitřního prostoru motorového vozidla, vyznačující se tím, že signál (TFahier) teplotního čidla vyhodnocený řídicím přístrojem je reprezentován skutečnou teplotou (TR_aum) prostoru tím, že pro odstraňování poruchových veličin snímání teploty se zjišťuje závislost odchylky (ΔΤ) signálu (T_Fahier) teplotního čidla na teplotních poruchových veličinách a signál (Třahier) se touto teplotní hodnotovou odchylkou (ΔΤ) koriguje, to znamená, že je (TR_aUm = TFOhler - ΔΤ).
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že u teplotní hodnotové odchylky (ΔΤ) se zohledňuje teplota (Twt) výměníku (3) tepla.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že u teplotní hodnotové odchylky (ΔΤ) se zohledňuje teplota (Thl) vytápěcího vzduchu.
4. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že u teplotní hodnotové odchylky (ΔΤ) se zohledňuje kmitočet (Ídp) dávkovacího palivového čerpadla (4).
5. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že u teplotní hodnotové odchylky (ΔΤ) se zohledňuje frekvence otáčení (noebiase) tlakového ventilátoru (2).

• *
6. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že teplotní hodnotová odchylka (ΔΤ) se vypočítá matematicky, zejména matematickým popisem funkce ΔΤ = f(TwT, Thl, ídp, nGeblSse)·
7. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že teplotní hodnotová odchylka (ΔΤ) se odebírá z jemně rastrovaného grafu charakteristiky, který je založen v řídicím přístroji, přičemž v grafu charakteristiky je diskrétní kombinaci hodnot (Twt, Thl, Ídp a/nebo nGebiase) přiřazena hodnota pro odchylku (ΔΤ).