DE1805592A1 - Anordnung fuer das Messen von Temperaturdifferenzen und Waermemengen - Google Patents
Anordnung fuer das Messen von Temperaturdifferenzen und WaermemengenInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
Dr-In0. HANS RUSCHKE
Dr-In0. HANS RUSCHKE
Dip!.-!r,5.H':i::Z AGULAR
EL;. ;;; 33
Augwtt-Vikiona-Siraß· Ct
T 991/G.
Svensk Värmemätning AB CB-system, Staltradsvägen 33,
l6l yi Bromma, Schweden
Anordnung für das Messen von Temperaturdifferenzen und Wärmemengen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für die Messung von
Temperaturdifferenzen, was auch eine gewöhnliche Temperaturmessung bedeutet, sowie die Messung einer Wärmemenge und einer Wärmeeffekt
grenze. Es ist ein Bedürfnis, eine Anordnung zu haben, die diese Möglichkeit zur Messung der Warmeverhältnisse in stillstehenden
und strömenden Medien hat, z.B. Wasser, Dampf, öl, Luft usw., und
die, ohne in der Herstellung teuer zu sein, genaue Ergebnisse
gibt. Die Erfindung bezieht sich auf eine derartige Anordnung, die in allen wesentlichen Teilen von elektronischen Komponenten aufgebaut
Ist, wodurch die Anordnung weniger Raum einnimmt als bisher verwendete, mechanisch aufgebaute Messer,die ausserdem nicht wie
die Anordnung gemäss der Erfindung durch kleinere Veränderungen für verschiedene Zwecke verwendet werden können. Das Kennzeichnende
für die Erfindung geht aus den beigefügten Patentansprüchen hervor.
Die Beschreibung wird unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen
erläutert.
Fig. 1 zeigt das Blockdiagramm eines Beispieles einer Anordnung gemäss der Erfindung für die Messung einer Wärmemenge in einem
strömenden Medium.
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Fig. 2 zeigt einen in der Anordnung gemäss Fig. 1 eingehenden Temperaturdifferenzkreis.
Fig. 5 zeigt einen Effektgrenzmesser.
Der Wärmemengenmesser gemäss Fig. 1 enthält einen Temperaturdifferenzkreis,
der zwei Temperaturkenner 1 und 2 enthält, die in diesem Falle aus Widerstandsthermometern, die an die Spannungen
+U und -U angeschlossen sind, bestehen, sowie einen Differentialkreis,,
in welchem die Differenz zwischen den Strömen in den Widerstandsthermometern 1 und 2 gebildet wird. Dieser Differenzstrom,
der ein Mass der Temperatürdifferenz ist, wird einem Analog-Digital -Umwandler J5 zugeführt, der die Differenzströme in Pulse mit
einer Frequenz umwandelt, die proportional zu dem Differenzstrom ist. Diese Pulsfrequenz wird einem elektrischen Pulszähler 5 über
einen Torschalter 4 zugeführt, der den Pulszug durchlässt, wenn ein öffnungsimpuls von einer Uhr 7 vorhanden ist. Die Uhr sendet
einen Impuls von 20 ms Länge jedesmal, wenn sie von einem Impuls von einem Impulskontakt in einem Mengenmesser 8 beeinflusst wird,
der seinen Impulskontakt schliesst jedesmal, wenn eine gewisse Menge den Rechner passiert hat. Der elektronische Pulszähler 5
summiert die Pulse und beeinflusst einen Zähler 6 (z.B. ein gewöhnlicher Gesprächszähler), jedesmal, wenn die Zahl der Pulse
einen gewissen Wert erreicht hat.
In einer praktischen Ausführungsform entspricht eine Differenz in der Temperatur zwischen den Widerstandsthermometern 1 und 2 von
0,10C einem Puls des Analog-Digital-Umwandlers 3. Der Kontaktgeber
in dem Mengenmesser 8 gibt vier Impulse je Umdrehung. Wenn der Mengenmesser ein gewöhnlicher Wasserzähler ist, kann eine Umdrehung
bei verschiedenen Grossen 100 1, 1000 1 oder 10 000 1 entsprechen.
Der PulszShler 5 ist derart dimensioniert, dass er an
den Zähler 6 einen Impuls abgibt, wenn er 4 000 Pulse von dem Torschalter
4 erhalten hat. Das kann z.B. bedeuten, dass der Mengenmesser 8 eine Umdrehung macht, d.h. vier Impulse durch die Uhr 7
zu dem Torsohalter k abgibt, wenn der Temperaturunterschied IOO0C
(was 1000 Pulse entspricht) ist. Wird das Gerät als Warmwasser-
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zähler verwendet und setzt man die spezifische Wärme des Wassers = 1 kCal/kg°C und das spezifische Gewicht = 1 kg/ditr wird jede
Einheit des Zählers
10 000 kCal bei dem kleineren Wasserzähler 100 000 kCal " " mittelgrossen "
1 kCal " " grössten "
Pig» 2 zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform eines Temperaturdifferenzmessers
mit den beiden Temperaturkennern 1 und 2 und dem Differenzkreis. Von den Sekundärwicklungen 15, 14 und 15 eines
an Netz angeschlossenen Transformators 12 sind drei gleich grosse Spannungen U herausgenommen. Zwei von diesen Spannungen sind zu
je einem Temperaturkennerkreis angeschlossen und die dritte ist
an den nachfolgenden Analog-Digital-Umwandler 3 angeschlossen. Die beiden Temperaturkreise sind untereinander gleich, weshalb
nur der eine, der den Temperaturkenner 1 enthält, beschrieben
wird. In Reihe der Wicklung 13 sind der Temperaturkenner 1, ein Widerstand 16 von 2K)Q JTi sowie die Basis-Emitterstrecke eines
Transistors IJ von npn-Typ eingeschaltet. Als Schutz liegt über
dieser Strecke ein Gleichrichter 18 mit der Durchlassrichtung
gegen die Basis des Transistors sowie ein Kondensator 19 zum
Kurzschliessen hochfrequenter Ströme. Parallel zu der Sekundärwicklung 13 ist eine Reihenschaltung eines Gleichrichters 20 und
eines Kondensators 21 angeschlossen, wobei der Verbindungspunkt mit Erde verbunden ist und deshalb mit dem entsprechenden Punkt
in dem Kreis des Temperaturkenners 2 sowie mit geerdeten Punkten in dem Analog-Digital-Umwandler 3 verbunden. Der Transistor 22
in dem anderen Temperaturkennerkreis ist von pnp-Typ. Die Kollektoren der Transistoren sind direkt miteinander verbunden sowie
mit der Eingangsseite des Analog-Digital-Umwandlers 3.
Während positiver Halbperioden der Spannung U von den Sekundärwicklungen
13 und Ik fliessen von der Emitterelektrode des Transistors
1? bzw. gegen die Emitterelektrode des Transistors 22
die Ströme I1 bzw. I„
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I1 -
400
und
+ 400
wo R, und
p Widerstände in den beiden Temperaturkennern 1 und 2
sind* Der Strom I in der Leitung zu dem Analog-Digital-Umwandler
3 wird dann
* 4ÖÖ
RT+4ÖÖ
Die Temperaturgeber 1, 2 bestehen aus Widerstandsthermometern mit
Nickelwicklung und mit dem Widerstand 100 -Π~ bei 00C* Für diese
Wicklungen gilt mit sehr grosser Genauigkeit
= °·002 "
wo R der Widerstand in JTl. und t die Temperatur in C ist.
Wird K = 455170, erhält man Übereinstimmung mit den Tatoellenwer-"ten
bis auf 1% innerhalb des Temperaturgebietes von -4O0C bis
+ 18O0Cn
Aus den Gleichungen 1 und 2 erhält man
I =
u(t
wodurch gezeigt wird, dass die Temperaturdifferens proportional
zu «-"ist, und wenn die Pulsfrequenz in dem Analog-Digital «Umwand-
I
ler 3 proportional zu ^ ist, wird also die Frequenz proportional zu der· Temperaturdifferenz,
ler 3 proportional zu ^ ist, wird also die Frequenz proportional zu der· Temperaturdifferenz,
Der Messer kann ausser für.Wärmemengenmessung auch für die Messung
eines Temperaturunterschiedes (oder Temperatur) verwendet werden Er wird dann noch mit einem Zähler 10 ausgerüstet, der mit einer
Nullstellungsanordnung versehen ist. Da die von der«. Analog-Digital-Umwandler
kommende Pulsfrequenz ein Mass der Tsraperaturdiff©·
renz ist (d.h. bei bestimmten Grossen des Widerstandes des einen
Widerstandsthermometers ein Mass der"Temperatur), kann de? Torschalter
4 ausgelassen werden* wobei man in: dem PulsglhXer1 5
Mass der Temperatur bekommt^ das in dem Zähler 10 registriert wird. Dies erfordert aber gewisse Uraschaltungen in dem Pulszähler,
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die bei einer Anordnung Berechtigung haben können, wo nur die
Temperatur gemessen werden soll, Bei einem Wärmemengenmesser wird die Anordnung mit einem Impulsgeber 9 versehen, der parallel
zu dem Impulsgeber des Mengenmessers 8 geschaltet wird. Wenn dieser Impulsgeber 9 2I-OOO Impulse über die Uhr 7 an den Torumschalter
4 liefert, entspricht jeder Impuls von dem Pulszähler zu dem Zähler 10 einer Temperaturdifferenz von D,I0C, Dies bedeutet,
dass in dem Zähler 10, wenn der Zähler 6 für die Wärmeeinheiten weggeschaltet ist, es eine numerische Präsentation der
herrschenden Temperatur (Temperaturdifferenzen) bis auf 0,10C
gibt. Bei weniger genauen Messungen kann man sich mit einer Auflösung
von I0C begnügen, wobei nur 400 Impulse von dem Impulsgeber
9 gesendet werden. Eine derartige Messung der Temperatur bei einem Wärmemengenmesser gibt auch einen Aufschluss von der richtigen
Funktion des Messers.
Die Anordnung gemäss der Erfindung kann derart abgeändert werden,
dass auch die Messung eines Überverbrauches über eine gewisse
Effektgrenze ermöglicht wird, welcher Verbrauch in einem summierenden Zähler 11 registriert wird. Dies kann auf zwei Wege erzielt
werden. Bei dem einen Weg geht man davon aus, dass eine gewisse Effektgrenze von der Zeit bestimmt wird, während welcher
eine gewisse Anzahl Impulse in einer Anordnung 23 gerechnet wird. Die Anordnung 23 sendet eingerechnete Impulse, die diese Anzahl,
bevor die Zeit zu Ende ist, überschreiten, zu dem summierenden
Zähler. Dies kann mit an sich bekannten Mitteln, z.B. mit einer Zeituhr und einer Relaiskette oder mittels Transistorkreise,
geschehen.
Der andere Weg, den Überverbrauch zu messen, wird unter Hinweis auf Pig. 3 unten beschrieben. Jeder Impuls von dem Mengenmesser
8 entspricht in dem Pulszähler 5 einer Anzahl Pulsen, die dem
Energieverbrauch seit dem vorhergehenden Impuls von dem Mengenmesser
Q entsprechen» Ist eine längere Zeit verflossen, können viele Impulse gestattet werden, ohne.dass der Mitteleffekt eine
gewisse Effektgrenze Überschritten hat, während dagegen nur eine
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-D-
kleine Anzahl Impulse gestattet werden können, wenn die Zeit kurz
ist* Wird die Zeit seit dem vorhergehenden Messerimpuls mit T,
die Effektgrenze mit P und der herausgenommene Effekt mit E bezeichnet^ wird der Überverbrauch
E8 = '- T . P,
Der untere Teil in Piga 3 ist in derselben Weise und mit denselben
Bezeichnungen wie in Pig» 1 aufgebaut» Die Anordnung, die einen eventuellen Überverbrauch zeigen soll, ist hinter dem Torsohaläer
4 angeschlossen^ Sie besteht aus einem Oszillator 24,
der eine Frequenz hat, die zu der Effektgrenze proportional ist.
Der Oszillator ist an einen Hin» und Zurücksähler 25 angeschlossen,»
der mit dem Wert O nach dem vorhergehenden Mengenmesserimpuls
startet« Wenn der nächste Impuls kommt, ist der Rechner au einem Wert gekommen, der proportional zu dem Wert T=P ist»
Die Impulse, die nachher den Torschalter 4 passieren, bewirken
den Rechner,, in der Rüokriehtung zu gehen* Wenn der Wert O erreicht 1st,, wird ein Tonsehalter 26 geöffnet, der sowohl an den
Torsclialter 4 als auch an den Rechner 25 angeschlossen ist und
der die hinterbliebenen Impulse zu einem elektronischen Rechner
27 überführt, der den Überverbrauchszähler 11 beeinflusst. Der
Rechner 25 wird dureh-die Leitung 29 O-gestellt.
Patentansprüche
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Claims (7)
1.) Anordnung zur Messung von Temperaturdifferenzen oder Wärmemengen
(in einem strömenden Medium), die einen Temperaturdifferenz messer mit zwei Temperaturkennern (1,2) enthält, dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperaturkenner bzw. ein Temperaturkenner und ein Widerstand in einem Differentialkreis enthalten sind, der ein
Mass des Temperaturunterschiedes in der Form eines Stromes zu einem Analog-Digital-Umwandler (^) liefert, der diesen Strom in
Pulse umwandelt mit einer Frequenz, die zu dem Strom proportional ist und der an einen elektronischen Pulszähler (5) angeschlossen
ist. ■
2.) Anordnung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
sie einen Torschalter (4) umfasst, der die Impulse in Abhängigkeit
von Öffnungspulsen von einem speziellen Impulsgeber (7*8,9) durchlassen.
3.) Anordnung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
spezielle Impulsgeber aus einem Mengenmesser (8) besteht, der einen Impuls abgibt jedesmal, wenn eine gewisse Menge den Messer
passiert hat.
4.) Anordnung gemäss Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, dass der
Mengenmesser (8) an eine Uhr (7) angeschlossen ist, die an den Torschalter (4) einen Impuls gewisser Zeitlänge für jeden Impuls
von dem Mengenmesser (8) abgibt.
5.) Anordnung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der spezielle Impulsgeber eine Synchronuhr (9) ist.
6.) Anordnung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Differentialkreis zwei Transistoren (17,22) enthält,die jeder
für sich an Speisespannungen (U) angeschlossen sind von derselben Qrösse wie die Speisespannung des Analog-Ligital-Umwandlers
7.) Anordnung gemäss Anspruch 4, daduroh^ekennzeichnet, dass der
Pulszähler (5) an einen summierenden Zähler (11) über eine Anordnung
(2^) angeschlossen ist, in welcher die Effektgrenze von der
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Zeit bestimmt wird, während welcher eine gewisse Anzahl Impulse eingerechnet werden und welche die eingerechneten Impulse, die
diese Anzahl überschreiten, ehe die Zeit ausgegangen ist* an
'den summierenden Zähler (ll) sendet.
8„) Anordnung gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
sie einen.Pulsoszillator (24)^ dessen Frequenz einer gewissen
Effektgrenze entspricht, einen mit drei Eingängen und einem Ausgang
versehenen elektronischen Hin- und Zurüokzähler (25} und
einen Überverbrauchstorschalter (26), der Überverbrauehsimpulse
über einen Pulszähler (27) an einen summierenden Zähler (ll) liefert,
enthält, wobei der Hin- und Zurückzähler (25) die Summe
der Impulse von dem Torschalter (4) in dem Temperaturintegrierungsteil
von der Summe der Pulse von dem Pulsoszillator (24) während der Zeit zwischen zwei Impulsen von dem Mengenmesser
(8) subtrahiert und den Rest zu dem Überverbrauchstorsohalter
(26) überführt, der, wenn die Summen gleich sind, öffnet.
909841/084 &
L e e r s e i t e
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