DE1278137B

DE1278137B - Measuring circuit for heat output meter

Info

Publication number: DE1278137B
Application number: DE1964S0089387
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Winfried Lueck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-02-05
Filing date: 1964-02-05
Publication date: 1968-09-19

Description

Meßschaltung filr Wärmeleistungsmesser Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßschaltung für Wärmeleistungsmesser, bei der die Temperaturdifferenz zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf des Heizmediums in einer Brückenschaltung bestimmt wird. Die Brücke wird dabei von einer dem Durchfluß des Heizmediums proportionalen Spannung oder einem entsprechenden proportionalen Strom gespeist und die Spannung der Brückendiagonalen über einen Verstärker als Maß für die Wärmeleistung gemessen.Measuring circuit for thermal power meters The invention relates to on a measuring circuit for thermal power meter, in which the temperature difference between the flow and return of the heating medium in a bridge circuit is determined. The bridge is in this case of a proportional to the flow of the heating medium Voltage or a corresponding proportional current fed and the voltage the bridge diagonals measured via an amplifier as a measure of the heat output.

Die verbrauchte Arbeit oder Wärmemenge wird erhalten, wenn der Meßwert der Wärmeleistung über die Zeit integriert wird. Das Meßergebnis ist von der spezifischen Wärme und der Wichte des als Heizmedium verwendeten Wassers abhängig. Bisher wurde ein mittlerer (integraler) Wert für die spezifische Wärme und die Wichte zugrunde gelegt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß im praktischen Betrieb vielfach Abweichungen von diesem Mittelwert auftreten und sich dann unerwartet hohe Meßfehler von z. B. 6% bei 80"C Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf ergeben, die allein auf die Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärme und der Wichte zurückzuführen sind.The work or amount of heat consumed is obtained when the measured value the heat output is integrated over time. The measurement result is specific Heat and the specific weight of the water used as the heating medium. So far has been a mean (integral) value for the specific heat and the specific gravity placed. It has been shown, however, that there are many deviations in practical operation occur from this mean value and then unexpectedly high measurement errors of z. B. 6% at a temperature difference of 80 "C between flow and return, that alone due to the temperature dependence of the specific heat and the specific gravity are.

In F i g. 1 ist der Verlauf des prozentualen Fehlers der Wärmeleistung für eine konstante Rücklauftemperatur als Parameter in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf angegeben. Nur für eine Mitten-Temperatur zwischen Vorlauf und Rücklauf von 90"C, d. h., wenn z. B. die Rücklauftemperatur 65 C und die Vorlauftemperatur 115 C beträgt, wird der Meßfehler Null. Liegen dagegen Vorlauf- und Rücklauftemperatur unsymmetrisch zur Mitten-Temperatur, so können die Meßfehler für übliche Meßbereiche 5°/0 und mehr betragen. Bei einer Rücklauftemperatur von 90 C, einer Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf von 40cd, d. h. einer Vorlauftemperatur von 130 C, wird eine um 3°/0 zu hohe Wärmeleistung angezeigt, wie die obere Kurve in F i g. 1 angibt. Liegt dagegen die Vorlauftemperatur bei 60 C und die Rücklauftemperatur bei 50 C, so wird eine um fast 5°/0 zu kleine Wärmeleistung angezeigt, wie aus der unteren Kurve zu entnehmen ist. In Fig. 1 is the course of the percentage error in the heat output for a constant return temperature as a parameter depending on the temperature difference specified between forward and reverse. Only for a middle temperature between Flow and return of 90 "C, i.e. if, for example, the return temperature is 65 C and the flow temperature is 115 C, the measurement error is zero. If, on the other hand, there are forward and return temperature asymmetrical to the mean temperature, so the measurement errors for normal measuring ranges are 5 ° / 0 and more. With a return temperature of 90 C, a temperature difference between flow and return of 40cd, i.e. H. one Flow temperature of 130 C, a heat output that is 3 ° / 0 too high is displayed, like the upper curve in FIG. 1 indicates. If, on the other hand, the flow temperature is included 60 C and the return temperature at 50 C, the heat output is almost 5 ° / 0 too low displayed, as can be seen from the curve below.

Zu diesen Prinzipfehlern addieren sich noch die Streufehler der Mengenmeßeinrichtung und die der Thermometer für die Messung der Temperaturdifferenz.The scatter errors of the quantity measuring device add to these principle errors and that of the thermometer for measuring the temperature difference.

Es wurde nun festgestellt, daß es mit einer sehr einfachen Schaltung möglich ist die Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärme und der Wichte zu korrigieren und den angegebenen Meßfehler um fast eine Größenordnung zu verringern. It has now been found that it works with a very simple circuit the temperature dependence of the specific heat and the specific gravity is possible correct and reduce the specified measurement error by almost an order of magnitude.

Gemäß der Erfindung wird hierzu bei der eingangs genannten Meßschaltung für die Wärmeleistung ein mit der Summe der Vorlauf- und Rücklauftemperatur temperaturabhängiges Widerstandsnetzwerk vor die Brückenschaltung für die Temperaturdifferenzmessung geschaltet. According to the invention, this is done in the aforementioned measuring circuit for the heat output a temperature-dependent with the sum of the flow and return temperatures Resistance network in front of the bridge circuit for temperature difference measurement switched.

Es ist zwar ein Wärmemengenmesser für Heizkörper von Zentralheizungen bekannt, b, ei dem Thermometer Zweige einer Brückenschaltung bilden und parallel bzw. in Reihe zu dem in der Meßdiagonale liegenden Anzeigeinstrument ein besonderer temperaturabhängiger Widerstand angeordnet ist. In der Temperaturdifferenzmeßbrücke, wie sie bei der Erfindung zur Messung der Wärmeleistung für eine Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur des Heizmediums verwendet wird, beträgt die Temperaturdifferenz über 50"C. Dieser Temperaturdifferenz entspricht eine Brückenverstimmung von etwa 40"C. Um eine einwandfreie Differenzbildung über dem ganzen Bereich zu gewährleisten, darf die Brücke in ihrer Diagonale keiner veränderlichen Belastung unterworfen werden, wie es bei der bekannten Brückenschaltung durch die Einfügung eines temperaturabhängigen Widerstands in die Meßdiagonale der Fall ist. It is a heat meter for central heating radiators known, b, ei form the thermometer branches of a bridge circuit and parallel or in series with the display instrument lying in the measuring diagonal a special one temperature-dependent resistor is arranged. In the temperature difference measuring bridge, as used in the invention for measuring the heat output for a temperature difference is used between the flow and return temperatures of the heating medium the temperature difference over 50 "C. This temperature difference corresponds to a bridge misalignment of about 40 "C. In order to have a perfect difference formation over the whole range ensure that the bridge must not have any variable load in its diagonal be subjected, as is the case with the known bridge circuit by the insertion a temperature-dependent resistance in the measuring diagonal is the case.

Das temperaturabhängige Widerstandsnetzwerk gemäß der Erfindung kann z. B., wie Fig. 3 zeigt, aus der Serienschaltung eines konstanten Widerstands Rs mit einem im Vorlauf und einem im Rücklauf liegenden Widerstand bestehen, oder, entsprechend F i g. 4, eine Parallelschaltung umfassen, die einen konstanten Widerstand Rc und die Serienschaltung eines Widerstandsthermometers im Vorlauf und eines Thermometers im Rücklauf enthält. The temperature dependent resistor network according to the invention can z. B., as Fig. 3 shows, from the series circuit of a constant resistor Rs with one resistance in the forward and one in the return, or, according to FIG. 4, comprise a parallel circuit that has a constant resistance Rc and the series connection of a resistance thermometer in the flow and a thermometer contains in return.

In dem Widerstandsnetzwerk wird der konstante Widerstand im Verhältnis zu den temperaturabhängigen Widerständen so bemessen, daß ein die Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärme und der Wichte kompensierender Funktionsverlauf des Stromes oder der Spannung in der Meßschaltung erreicht wird. In the resistor network, the constant resistance becomes in proportion to the temperature-dependent resistances so dimensioned that a temperature dependence the specific heat and the specific gravity compensating function of the Current or the voltage in the measuring circuit is reached.

An Hand der F i g. 2 wird die Näherungsgleichung für die Bemessung der Widerstandsnetzwerke abgeleitet, die an Hand der Fig. 3 und 4 näher erläutert wird. On the basis of FIG. 2 becomes the approximation equation for the design derived from the resistor networks, which are explained in more detail with reference to FIGS. 3 and 4 will.

Die Temperaturabhängigkeit des Produktes ß aus der spezifischen Wärme Cp und der Wichte y läßt sich relativ genau durch eine Geradengleichung, entsprechend Fig. 2, darstellen, wenn statt der Temperatur selbst die der jeweiligen Temperatur zugeordnete Widerstandszunahme r eines Platin-Thermometers vom Bezugspunkt 0° C aus betrachtet wird. Für ein gebräuchliches Platin-Thermometer mit einem Widerstand von Rt = 100 # bei 0°C gilt für die Widerstandszunahme r = Rptioo-Rt Für den Wärmeinhalt von 11 Heizwasser ergibt sich mit den Beziehungen der Fig 2 L = rß = rßo + αr(ro-r). The temperature dependence of the product ß from the specific heat Cp and the weight y can be determined relatively precisely by a straight line equation, accordingly Fig. 2, show when instead of the temperature itself that of the respective temperature associated increase in resistance r of a platinum thermometer from the reference point 0 ° C is viewed from. For a common platinum thermometer with a resistor from Rt = 100 # at 0 ° C applies to the increase in resistance r = Rptioo-Rt for the heat content of 11 heating water results with the relationships of FIG. 2 L = rß = rßo + αr (ro-r).

Diese Näherung ist um so genauer, je kleiner der Temperaturmeßbereich ist. Werden in die angegebene Gleichung die Platinwiderstände der Thermometer für die Vorlauf- und Rücklauftemperatur eingesetzt, so ergibt sich die anzuzeigende Differenz der Wärmeinhalte zu Lv - LR = ßo(rv - rR) + αro(rv - rR) - α(rv2-rR2) Mit r0 ist dabei die Widerstandszunahme des Thermometers bei der. höchsten Vorlauftemperatur und mit ßO das beim Wert r0 vorhandene Produkt der spezifischen Wärme und der Dichte gesetzt. Die Gleichung für die Differenz der Wärmeinhalte läßt sich zu folgendem Ausdruck umformen: Lc - LR = a(rv - rR) #ß0/α + r0 - (rv - rR)#. This approximation is the more precise the smaller the temperature measuring range is. If the platinum resistances of the thermometers for the flow and return temperatures are used, the result is that to be displayed Difference in heat content to Lv - LR = ßo (rv - rR) + αro (rv - rR) - α (rv2-rR2) With r0 is the increase in resistance of the thermometer at. highest flow temperature and with ßO the product of the specific heat and the density present at the value r0 set. The equation for the difference in heat content can be as follows Reshape expression: Lc - LR = a (rv - rR) # ß0 / α + r0 - (rv - rR) #.

Diese Gleichung nun kann mit Hilfe der elektrischen Schaltung nach Fig. 3 sehr einfach nachgebildet werden, was aus der nachfolgenden Rechnung abzuleiten ist. This equation can now be followed with the help of the electrical circuit Fig. 3 can be simulated very easily, which can be derived from the following calculation is.

Im übrigen wird der Widerstand Rq mit konstanter Spannung gespeist und in bekannter Weise von einem Mengenmesser für das Heizmedium verstellt, so daß die Spannung U dem Durchfluß des Heizmediums proportional ist. Die Spannung Ua der Brückendiagonalen speist einen Wärmeleistungsmesser oder einen Wärmemengenzähler, der die Spannung über die Zeit integriert. Rl, ist ein Platinwiderstandsthermometer im Vorlauf, RR ein solches im Rücklauf des Heizmediums. Rn sind Abgleichwiderstände etwa gleicher Größe. In addition, the resistor Rq is fed with a constant voltage and adjusted in a known manner by a flow meter for the heating medium, so that the voltage U is proportional to the flow of the heating medium. The voltage Ua der Bridge diagonals feeds a heat output meter or a heat meter, which integrates the voltage over time. Rl, is a platinum resistance thermometer in the flow, RR such in the return of the heating medium. Rn are balancing resistors about the same size.

Uα = 1/2Ibr(Rv - RR) Ibr = U/Rg Rg = Rs + Rq + Rv + RR + 1/2(2Rn + Rv + RR) mit Rv = RR = Rt+rR ergibt sich Rg = Rs + Rq + 3Rt + Rn + 1,5(rv + RR) für Rz # 1,5 (rv + rR).Uα = 1 / 2Ibr (Rv - RR) Ibr = U / Rg Rg = Rs + Rq + Rv + RR + 1/2 (2Rn + Rv + RR) with Rv = RR = Rt + rR results in Rg = Rs + Rq + 3Rt + Rn + 1.5 (rv + RR) for Rz # 1.5 (rv + rR).

Die Gleichungen für die Spannungen Ua und die für die Differenz der Wärmeinhalte sind einander ähnlich und lassen sich durch die Forderung verknüpfen, daß jedem Teilbetrag, z. B. in mV der Brückenausgangsspannung, ein bestimmter Wärmeinhalt entsprechen soll. Uber die Verknüpfungskonstante C können die beiden Funktionen einander gleichgesetzt und hieraus die Diménsionierungsvorschrift für die Widerstände der Schaltung abgeleitet werden. The equations for the voltages Ua and those for the difference in heat content are similar to each other and can be linked by the requirement that each partial amount, e.g. B. in mV of the bridge output voltage, a certain heat content should correspond. Using the linking constant C, the two functions can be equated and the dimensioning rule for the resistances of the circuit can be derived from this.

1,5U αC = ro + ßo/α = Rz/1,5 2R2@ R = i,s($o + ro). 1.5U αC = ro + ßo / α = Rz / 1.5 2R2 @ R = i, s ($ o + ro).

Mit der Schaltung nach Fig. 3 lassen sich die in Fig. 1 angegebenen Fehler um etwa das Sechsfache verringern, wie es punktweise Ausrechnungen gezeigt haben. Es ist nicht notwendig, daß in der Schaltung nach Fig. 3 der Mengenmesser für die durchfließende Menge des Heizmediums den Spannungsteiler an einem Widerstand Rq verstellt. Es kann auch eine Mengenmeßvorrichtung mit einem Meßumformer verwendet werden, die im Ausgang einen dem Durchfluß proportionalen eingeprägten Strom erzeugt. Weiter könnte ein Voltman-Zähler verwendet werden, der unmittelbar eine dem Durchfluß proportionale Spannung liefert. With the circuit according to FIG. 3, those indicated in FIG. 1 can be achieved Reduce errors by about six times, as shown by point-by-point calculations to have. It is not necessary that the flow meter in the circuit of FIG for the amount of heating medium flowing through the voltage divider on a resistor Rq adjusted. A quantity measuring device with a transducer can also be used which generates an impressed current proportional to the flow rate at the output. Furthermore, a Voltman counter could be used, which directly measures the flow supplies proportional voltage.

Nach der in Fig. 4 dargestellten Kompensationsschaltung wird die Spannung U für die Wärmeleistungsmeßbrücke und die Spannung für den Kompensationszweig, die den Kompensationswiderstand Rp speist, von einem gemeinsamen Netztransformator geliefert. Den Abgriff des Widerstandes Rq verstellt wieder der Durchflußmesser für das Heizmedium. In der Meßbrücke liegt in einem Zweig das Widerstandsthermometer Ru im Vorlauf, im anderen Zweig das Widerstandsthermometer RR im Rücklauf des Mediums. Die beiden anderen Brückenzweige werden von Festwiderständen R gebildet. Die Spannung Um der Brückendiagonalen und die Spannung Uk des Kompensationszweiges werden in bekannter Weise über einen Verstärker verglichen, dessen Ausgang über den Motor M den Abgriff des Widerstandes RP so lange verändert, bis die Spannung Uk gleich der Spannung Um ist. Zur Korrektur nach der Wichte und der spezifischen Wärme des Heizmediums wird dem Widerstand Rq ein Widerstandsnetzwerk mit je einem Widerstandsthermometer im Vorlauf und einem im Rücklauf des Heizmediums vorgeschaltet, wobei den Thermometern ein Festwiderstand Rc parallel liegt. After the compensation circuit shown in Fig. 4, the Voltage U for the thermal output measuring bridge and the voltage for the compensation branch, which feeds the compensation resistor Rp, from a common network transformer delivered. The flow meter adjusts the tapping of the resistor Rq for the heating medium. The resistance thermometer is located in a branch in the measuring bridge Ru in the flow, in the other branch the resistance thermometer RR in the return of the medium. The other two bridge branches are formed by fixed resistors R. The voltage Around the bridge diagonal and the voltage Uk of the compensation branch are given in compared in a known way via an amplifier, the output of which via the motor M changes the tap of the resistor RP until the voltage Uk equals the tension is around. To the Correction according to the specific gravity and the specific Heat of the heating medium becomes the resistor Rq a resistor network with one each Resistance thermometer connected upstream in the flow and one in the return flow of the heating medium, a fixed resistor Rc is parallel to the thermometers.

Es lassen sich der Ableitung zu Fig. 3 ähnliche Dimensionierungsvorschriften für den Festwiderstand Rt angeben. Die Widerstandsmeßbrücke für die Temperaturdifferenz wird hier nicht mit einem eingeprägten Strom gespeist, damit im Ausgang des Widerstandes Rq noch ein genügend starkes Steuersignal für den Abgleichverstärker zur Verfügung steht. In der Gleichung für die Brückenausgangsspannung tritt dann ein Summenglied auf, das dadurch ausgeschaltet wird, daß die Kompensationsspannung Uv von der Summe der Vorlauf- und Rücklauftemperatur abhängig gemacht wird (Thermometer Rv und RR im Kompensationszweig). Unter dieser Voraussetzung ergibt sich, daß die Stellung p des Abgriffs am Widerstand Rp der Wärmeleistung proportional ist, wenn die Kompensationsschaltung abgeglichen ist. Dies läßt sich aus folgender Rechnung ableiten: fv - rR Um = Uq/2 2Rr + 2Rt + rv + rR pUvRn Uk = Rp + Rk + 2Rt + ro + rR daraus: Uq p = (rv - rR), 2Uv # Rk wenn Rp + Rk = 2Rn gewählt ist. Dimensioning rules similar to the derivation of FIG. 3 can be used specify Rt for the fixed resistance. The resistance bridge for the temperature difference is not fed with an impressed current here, so in the output of the resistor Rq still has a sufficiently strong control signal available for the balancing amplifier stands. A summation element then appears in the equation for the bridge output voltage on, which is switched off by the fact that the compensation voltage Uv of the sum the flow and return temperature is made dependent (thermometer Rv and RR in the compensation branch). On this assumption, it follows that the position p of the tap on the resistor Rp of the heat output is proportional if the compensation circuit is balanced. This can be derived from the following calculation: fv - rR Um = Uq / 2 2Rr + 2Rt + rv + rR pUvRn Uk = Rp + Rk + 2Rt + ro + rR from this: Uq p = (rv - rR), 2Uv # Rk if Rp + Rk = 2Rn is selected.

Für die Berechnung des konstanten Widerstandes in der Parallelschaltung wird nach den bekannten Regeln die Parallelschaltung in eine Serienschaltung umgerechnet, wobei die Beziehungen der Fig. 5 zugrunde gelegt sind. Für die Stellung des Abgleichpotentiometers Rp der Kompensationsschaltung ergibt sich dann URq Uq = Rq + RL + #(rv + rR) U Rq(rv - rR) p = 2Uv Rk[Rq + RL + #(rv + rR)] U U Rq(rv-rR) 2 Uv R(Rq+R)+R0fr+r) U Rq(rv-rR) p = #(rv+rR) 2Uv Rk(Rq + RL) [1 + ] RL + Rq RqU rv - rR # p # # [1 - (rv + rR 2UvRk RL + Rq RL + Rq für R2 + Rq # e(rr + rR). For calculating the constant resistance in the parallel connection the parallel connection is converted into a series connection according to the known rules, the relationships of FIG. 5 being used as a basis. For the position of the adjustment potentiometer Rp of the compensation circuit then results in URq Uq = Rq + RL + # (rv + rR) U Rq (rv - rR) p = 2Uv Rk [Rq + RL + # (rv + rR)] U U Rq (rv-rR) 2 Uv R (Rq + R) + R0fr + r) U Rq (rv-rR) p = # (rv + rR) 2Uv Rk (Rq + RL) [1 +] RL + Rq RqU rv - rR # p # # [1 - (rv + rR 2UvRk RL + Rq RL + Rq for R2 + Rq # e (rr + rR).

Hieraus kann man die Dimensionierungsregeln für den Widerstand der Parallelschaltung ableiten. From this one can derive the sizing rules for the resistance of the Derive parallel connection.

Abweichend von der Darstellung der Fig. 4 kann auch der Festwiderstand Rk durch das Potentiometer Rp ersetzt werden. Die Spannung des Transformators wird dann unmittelbar an die in Reihe geschalteten drei Widerstände geliefert. Die Schaltung nach F i g. 4 besitzt den Vorteil, daß mit dem Widerstand Rk die Summe der Widerstandselemente auf einen vorgegebenen Wert abgeglichen werden kann.In a departure from the illustration in FIG. 4, the fixed resistor can also be used Rk can be replaced by the potentiometer Rp. The voltage of the transformer will be then supplied directly to the three resistors connected in series. The circuit according to FIG. 4 has the advantage that the resistor Rk is the sum of the resistor elements can be adjusted to a predetermined value.

Claims

Claims: 1. Measuring circuit for thermal power meter with a Bridge circuit for temperature difference measurement, which is controlled by one of the flow of the Heating medium proportional voltage or a corresponding proportional current is fed, characterized in that for correction according to the specific heat and the specific weight of the heating medium with the sum of the flow and return temperatures temperature-dependent resistor network in front of the bridge. circuit for temperature difference measurement is switched.

2. Measuring circuit according to claim 1, characterized in that the Resistance network from the series connection of a constant resistance with a in the flow and a resistance in the return and the constant Resistance in relation to the temperature-dependent resistances is dimensioned in such a way that that a compensating for the temperature dependence of the specific heat and the specific gravity Functional curve of the current or the voltage in the measuring circuit is reached.

3. Measuring circuit according to claim 1, characterized in that the Resistance network from the parallel connection of a constant resistance and the series connection of a resistance thermometer in the flow and a resistance thermometer in the return and the constant resistance in relation to the temperature-dependent Resistors is dimensioned so that the temperature dependence of the specific Functional curve of the current or voltage that compensates for heat and the specific gravity is reached in the measuring circuit.

4. Measuring circuit according to claim 1 and following, characterized in that that the resistance network compensating the temperature variation of specific heat and specific gravity upstream of a resistance tap (remote resistance transmitter) adjusted by the flow meter is.

Documents considered: German Patent No. 584 902; Siemens - measurement technology, "heat meter - heat output meter for hot water", SH 7245, Cal No. 4595, Wernerwerk for measuring technology.