DE1813002A1 - Verfahren zur Messung der von einer stroemenden Fluessigkeit ausgetauschten Waermeenergie - Google Patents

Description

STMDARD ELEKTBIK LOEMZ AG

7 Stuttgart-Zuffenhausen 181ΊΠΩ?

Hellmuth Hirth-Str.42 iwiouu*

G. G. Gassmann-70

Verfahren zur Messung der von einer strömenden Flüssigkeit ausgetauschten Wärmeenergie»

Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Messung der von einer strömenden Flüssigkeit ausgetauschten (aufgenommenen oder abgegebenen) Wärmeenergie, bei dem die den Austauschort durchfliessende Flüssigkeitsmenge gemessen und eine mengenabhängige elektrische Grosse gebildet wird und die Differenz der Flüssigkeitstemperatur vor und hinter dem Austausch-' ort mit elektrischen Temperaturfühlern gemessen und eine von der {Demperaturdifferenz abhängige elektrische Spannung (bzw. Strom) gebildet wird und das Multiplikationsprodukt dieser Spannung mit der mengenabhängigen elektrischen Grosse, integriert über den zu messenden Zeitbereioh, als Mass für die ausgetauschte Wärmeenergie dient·

Derartige Verfahren werden z.B. in der Heizungstechnik angewendet, um die von einem oder mehreren Heizkörpern abgegebene Wärmeenergie zu zählen, damit eine gerechte Berechnung der Heizungskosten möglich wird. EtLn solches Verfahren kann aber ebensogut zur Messung der von einem Kühlaggregat abgegebenen Kälteenergie verwendet werden, die identisch ist mit der von der Umgebung aufgenommenen Wärmeenergie. Schliesslich kann es auch zur Messung der von einer Kesselanlage in einen Heizwasserkreislauf abgegebenen Wärmeenergie dienen. Bei den bekannten Verfahren werden als Mittel zur Durchführung des Verfahrens vorwiegend elektromechantsche Anordnungen verwendet. Beispielsweise werden kleine elektrische Generatormaschinen verwendet, die von einer kleinen Turbine angetrieben werden und eine Spannung liefern, die der Wasserdurchlaufgeschwindigkeit proportional ist. Ausserdem wird mit zwei elektrischen Temperaturfühlern

25. 11. 1968

Dr.Hi/Kö -/-

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vor und hinter dem Austauschort, also z.B. vor und hinter einem oder mehreren Heizkörpern die Flüssigkeitstsemperatur gemessen und eine der Temperaturdifferenz proportionale Spannung (bzw.Strom) gebildet. Beide elektrischen Grossen werden schliesslich bei diesen bekannten Anordnungen einem elektromechanischen Zähler für elektrische Arbeit (Vattstun- . denzähler) zugeführt. Dieser zählt eine elektrische Arbeit, die der Wärmeenergie proportional ist. Elektromechanisch^ Einrichtungen haben jedoch Mängel. Sie bedürfen einer gewissen Wartung und dürfen nicht sehr harten Umweltsbedingungen (Temperatur, Erschütterungen usw.) ausgesetzt werden. Sie benötigen einen relativ grossen Saum in der Nähe des Austauschortes. Darüber hinaus muss an Ort und Stelle der Zähler manuell in gewissen Zeitabständen, z.B. monatlich, abgelesen werden. Erst dabei können eventuell auftretende Mängel bemerkt werden. Sehr genaue Temperaturdiff erenzmessungen kann man bekanntlich mit Thermoelementen durchführen. Die von ihnen abgebene Spannung muss aber mittels elektronischer Mittel erst verstärkt werden. Die Kombination elektronischer und elektromechanischer Mittel ist jedoch ziemlich unwirtschaftlich, weil das Netzteil für den elektronischen Teileinen Zusatzaufwand darstellt, der für den elektromechanischen Teil nicht benötigt wird.

Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe diese Mängel zu beheben und das Verfahren so zu erweitern, dass weitgehend nur elektronische Mittel angewendet werden können und ausserd'em praktisch ohne Mehraufwand Fernmessungen möglich sind, wobei am Messort nur besondere einfache Mittel benötigt werden. Ausserdem soll, gegebenenfalls ferngesteuert, eine Umschaltung der Zählung möglich sein, damit für verschiedene Tages- oder Jahreszeiten andere Tarife eingeführt werden können.

Um dieses Ziel zu erreichen,, schlägt die Erfindung bei dem einleitend genannten Verfahren Tor, dass als Mass i;iir die

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in einem "bestimmten Zeitbereich ausgetauschte Wärmemenge die in diesem Zeifbereich mittels eines PeriodenZählers ermittelte Anzahl der Perioden einer Wechselspannung dient, der nur während der Dauer elektrischer Impulse zählt, deren ■Anzahl, der in diesem Zeifbereich den Austauschort durchfIiessenden Flüssigkeitsmenge proportional ist, und die temperaturdifferenzabhängige Grosse (Spannung oder Strom) die Dauer dieser Impulse oder die Frequenz dieser Wechselspannung bestimmt ·

Nach einem weiteren Merkmal wird vorgesehen, dass zur Erweiterung des Messbereiches bei Überschreitung einer bestimmten lemperaturdifferenz automatisch die von ihr abhängige Spannung um einen festen Faktor verringert und gleichzeitig automatisch die Zahl der zu zählenden Perioden um diesen Faktor vervielfacht wird.

In Weiterbildung wird ferner vorgesehen, zur Fernmessung die zu zählenden Perioden der Wechselspannung oder die um einen festen Faktor niedrigeren Perioden einer durch Periodenzahlteilung gewonnenen Hilf sspannung über eine Leitung fernzuüb ertragen.

Zur Tarifänderung bei bestimmten Tages- oder Jahreszeiten wird vorgesehen, eine auf die Periodenzählung einflussnehmende Grösse um einen bestimmten Faktor und damit den Tarif zu ändern.

Für den Fall, dass die Dauer der Impulse durch die temperaturdifferenzabhängie Grosse geändert wird, wird es als zweckmässig erachtet, die Wechselspannung; vgn ^n«τ» Zentrale an viele Messtellen zu liefern und die Frequenz der Wechselspannung zwecks Tarifänderung zentral zu ändern.

Für den Fall, dass die Dauer der Impulse durch die temperatur differenzabhängige Grosse, geändert wird, werden für mehrere Messtellen verschiedene Frequenzen der »Wechselspannungen

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vorgesehen und diese Wechselspannungen mit nur einer ein-;· zigen Leitung zwecks Fernmessung weitergeleitet und am anderen Ende der Leitung mittels Selektionsmittel wieder getrennt .

Mit diesem neuen.Verfahren wird das genannte Ziel erreicht. Man kann die eigentliche Auswertung der Messsung an einen fernen Ort legen. Ein Fernheizwerk kann auf diese Weise die Arbeitsweise der Zähler laufend überwachen. Die Messergebnisse können ohne manuelle Ablesung direkt einem elektronischen Rechner zugeführt werden, der selbsttätig die Ausdrukkung der monatlichen Eechnungen übernimmt.

Die Erfindung, weitere ihrer Merkmale und Vorteile sei im Folgenden anhand der Ausführungsbeispiele durch Zeichnungen näher erläutert.

In Fig.l ist 1 das Zuleitungsrohr, 2 der Austauschort, also z.B. ein Heizkörper und $ &as Abflussrohr. Ein kieines~Flügelrad 4 wird von der fliessenden Flüssigkeit gedreht. Es steuert mit an sich bekannten Mitteln berührungslos den Impulsgeber 5· Die Zahl der von ihm in einem Zeitbereich abgebenerfe.i elektrischen Impulse sind proportional der in diesem Zeitbereich den Austauschort durchflossenen Flüssigkeitsmenge. Die elektrischen Temperaturfühler 6 und 7 dienen zur Messung der örtlichen Flüssigkeitstemperatur vor und hinter dem Austauschort. Sie sind mit einer Einrichtung 8 verbunden, die eine vor der Temp eraturdif f erenz abhängige Spannung liefert. 9 ist ein Impulslängenmodulator, der die Dauer der von dem Impulsgeber 5 gelieferten Impulse durch die von der Einrichtung 8 gelieferte temperaturdifferenzabhängige Spannung derart ändert, dass diese Dauer der Temperaturdifferenz proportional ist. 10 ist ein elektronischer Wechselspannungsgenerator mit einer ganz bestimmten Frequenz. Der Torschaltung 11 werden von IO die Wechselspannung und von 9 die Impulse init der der Temperaturdifferenz proportionalen Dauer zugeführt,

V-

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Diese !Torschaltung gibt die Wechselspannung nur während der;.. Impulsdauer weiter, in den übrigen Zeiten sperrt sie die Wechselspannung. Die Zahl der in einem bestimmten grösseren Zeitbereich die ^torschaltung verlassenden Perioden der Wechselspannung sind dadurch der in diesem Zeitbereich abgegebenen Wärmeenergie proportional. Sie werden in einem elektronischen Zähler 12 und gegebenenfalls in einem kleinen nachgeschalteten Anzeigewerk 13 gezählt.

Zur näheren Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig.l gezeigten Anordnungen dient Fig. 2. In Fig.2a werden die vom Impulsgeber 5 abgegebenen Impulse gezeigt. Die Impulsdauer dieser Impulse ist beliebig. Lediglich ihre Zahl in einem Zeitbereich muss der durchflossen en Flüssigkeitsmenge proportional sein. Pig. 2b gibt die von dem Impulslängenmodulator 9 abgegebenen Impulse wieder. Die Impuls zahl ist identisch mit den in Fig. 2a gezeigten Impulsen. Die'Impulsdauer At ist proportional der QJemperaturdifferenz Δ ID. Bekanntlich ist die ausgetauschte Wärmeenergie E - kM'AT. Darin let H die den Austauschort durchfloß sen θ Was s ermeng θ. Nun ist beim erfindungsgemässen Verfahren die Impulszahl η proportional M und die Impulsdauer At proportionalÄ T. Dadurch ist das Produkt n»At proportional der Wärme-B&ß^giBiJ.Das Produkt n* A t ist die Gesamt dauer aller Impulse. Diese Gesamtdauer ist also proportional der ausgetauschten Wärmeenergie E. Um diese Gesamtdauer in eine zählbare Grosse umzuwandeln, wird die gezeigte WechselSpannung des Generators 10 angewendet. Die !Torschaltung lässt nur die Perioden der Wechselspannung durch, die in den Zeitbereich^ t fallen. Fig.2c zeigt die Perioden, die von der !Torschaltung 11 an den Periodenzähler 12 abgegeben werden. Die Zahl dieser Perioden 1st proportional n· At und damit proportional der ausgetauschten Wärmeenergie. Die Zahl der gezählten Perloden der Wechselspannung innerhalb des Zeitbereichs Λ t ist zwar abhängig von der augenblicklichen Phasenlage der Wechselspannung zu den Impulsen

+ und k eine Konstante

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mit der Daueret. Da jedoch die Frequenz der Wechsel spannung des Generators 10 nicht synchron ist mit der Periodenfrequenz der vom Impulsgeber 5 abgegebenen impulse heben sich alle Abweichungen dieser Art im zeitlichen Mittelwert auf.

In Fig.1 wurde ein^. Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem durch die temperaturdifferenzabhängigeu. Spannung die Impulsdauer variiert wird. Erfindungsgemäss ist es aber auch möglich die Impulsdauer ^t konstant zu halten und mit der temperaturdifferenzabhängigen Spannung die Frequenz der Wechselspannung zu variieren. Die Zahl der Perioden, die die Torschaltung verlassen, ist dann ebenfalls ein Mass für die ausgetauschte Wärmeenergie.

Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet es nun den Messbereich der IDemperaturdifferenz erheblich zu erweitern. Dazu wird bei Überschreitung einer bestimmten !Temperaturdiff erenz automatisch die von ihr abhängige Spannung um einen festen Faktor verringert, so dass die Spannung -eine auswertbare Grösse behält. Zur Aufhebung dieses Faktors für die Zählung wird gleichzeitig automatisch die Zahl der zu zählenden Perioden um diesen Faktor vervielfacht. Eine Vervielfachung der Zahl der zu zählenden Perioden ist auf verschiedene Weise möglich. So kann z.B. die Frequenz der Wechselspannung umgeschaltet werden. Man kann aber auch den elektronischen Periodenzähler um diesen Faktor umschalten.

Ein sehr wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass es praktisch ohne Mehraufwand zur Fernmessung verwendet werden kann. Dabei ist die Art der Fernübertragung so möglich, dass nicht nur die zu messende Wärmeenergie, sondern auch die beiden Komponenten?' Flüssigkeitsmenge und Temperaturdifferenz übertragen werden und dies sogar von einer Vielzahl von Messtellen gleichzeitig über eine einzige Leitung. Ein Fernheizwerk erliält^gjLjei^Q^, exakten Überblick über das Heiznetz. Es kann Jeden einzelnen Abnehmer

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beobachten und sofort eingreifen, wenn die Messergebnisse auf einen Betriebsfehler hinweisen. So können z.B. die von jeder einzelnen Messteile gemessenen Werte der Wassermengen elektronisch addiert und mit der gelieferten Wassermenge verglichen werden. Man kann so ohne Zeitverlust sofort einen Rohrbruch ermitteln. Diese Vorteile werden erzielt, wenn die zu zählenden Perioden der Wechselspannung (Fig.2c) über eine Leitung fernübertragen werden. Aus diesem Signal kann man nämlich nicht nur die gemessene Wärmeenergie, sondern auch die beiden Komponenten: Wassermenge und Temperaturdifferenz ablesen, bzw. elektronisch nuswerten lassen. Leitungsverluste bewirken lediglich einen Abfall der Grosse der_Spannung. Da aber mit der Grosse der Spannung keine Information verbunden ist, sondern nur die Zahl, bzw. die zeitliche Zuordnung der Perioden zur Datenübermittlung verwendet wird, treten durch Leitungsverluste keine Störungen auf. Notfalls muss die Spannung verstärkt werden. Will man die Messwerte verschiedener Messtellen über eine einzige Leitung geben, so kann man für jede Messt eile eine andere Frequenz der Wechselspannung wählen. Selbstverständlich muss eine höhere Frequenz bei der Zählung der Perioden entsprechend berücksichtigt werden.

Bei Anwendung der Fernmessung wird am Messort selbst kein Periodenzähler 12 und keine Anzeigeeinrichtung 15 benötigt. Da der Periodenzähler im Vergleich zu den anderen Bausteinen in Fig. 1 den grössten Aufwand benötigt, ist bei Fernmessungen der Aufwand am Messort sehr klein. Ausserdem ist eine unzulässige Beeinflussung der Zählung durch den Verbraucher praktisch kaum möglich. Wenn man auf die "übertragung der· Komponenten: Wassermenge und Temperaturdifferenz verzichtet, kann man auch die Periodenzählung am Messort durchführen und nur die niederfrequenten Ausgangsimpulse des elektronischen Periodenzählers mit einer Leitung übertragen. Mit diesen Impulsen kann man dann direkt ein kleines Anzeigewerk steuern.

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Es kann eventuell von Interesse sein das Hessergebnis zu bestimmten !Pages- oder Jahreszeiten anderes zu bewerten, um z.B. einen Nachttarif zu ermöglichen. Dazu ist . es nur nötig- vz.B. mit einer Schaltuhr eine auf die Periodenzählung einflussnehmende Grosse um einen gewünschten Faktor zu verändern. Dies ist z.B. durch eine Umschaltung im/Periodenzähler möglich. Eine andere Möglichkeit ist die Umschaltung der Frequenz der Wechselspannung, wenn über diese noch frei verfügt werden kann. Um nicht für 3©de Messstelle eine eigene Wechselspannungsquelle verwenden zu müssen, wird weiterhin, erfindungsgemäss vorgeschlagen die Wechselspannung für viele Messteilen von der Zentrale über eine Leitung zu liefern und in der Zentrale die Frequenz zur Änderung des Tarifs umzuschalten.

6 Patentansprüche
1 Blatt Zeichnungen.

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Claims (4)

_ Q — G.G. Gassmann-70 ι ρ 1 ο η η ρ Pat ent ansprüctte

1. Verfahren zur Messung der von einer strömenden Flüssigkeit ausgetauschten ( aufgenommenen oder abgegebenen) Wärmeenergie, bei dem die den Austauschort durchfliessende Flüssigkeitsmenge gemessen und eine mengenabhängige elektrische Grosse gebildet wird und die Differenz der Flüssigkeit st emperatur vor und hinter dem Ausetauschort mit elektrischen (Temperaturfühlern gemessen und eine von der Xemperaturdifferenz abhängige elektrische Spannung (bzw. Strom) gebildet wird und das Multiplikationsprodukt dieser Spannung mit der mengenabhähgigen elektrischen Grosse, integriert über den zu messenden Zeitbereich, als Mass für die ausgetauschte Wärmeenergie dient, dadurch gekennzeichnet, dass als Maes für die in einem bestimmten Zeitbereich ausgetauschte Wärmemenge^die in diesem Zeitbereich mittels eines PeriodonZählers ermittelte Anzahl der Perioden einer Wechselspan dia, ag i'nd der Dauer elektrischer Impulse zählt, deren Anzahl der in diesem Zeitbereich den Austauschort durchfliessenden Flüssigkeitsmenge proportional ist, und die temperaturdifferenzabhängige Grösse (Spannung oder Strom) die Dauer dieser Impulse oder die Frequenz dieser Wechselspannung bestimmt·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erweiterung des Messbereiches bei Überschreitung einer bestimmten Temperaturdifferenz automatisch die von ihr abhängige Spannung um einen festen faktor verringert und gleichzeitig automatisch die Zahl der zu zählenden Perioden um diesen Faktor vervielfacht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, •dass zur Fernmessung die zu zählenden Perioden der Wechselspannung oder die um einen festen Faktor niedrigeren Perioden einer durch P eriodenzahlt eilung gewonnenen HiI fs spannung über eine Leitung fernübertragen wird.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass zu bestimmten !ages- oder Jahreszeiten eine auf die Periodenzählung einflussnehmende Grosse um einen bestimmten Paktor und damit der !Tarif verändert wird.

5· Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Dauer der Impulse durch die temperaturdifferenzabhängige Grosse geändert wird, die Wechselspannung von einer Zentrale an viele Messtellen geliefert wird und die Frequenz der Wechselspannung-zwecks Tarifänderung zentral verändert wird.

6· Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass für den Pail, dass die Dauer der Impulse durch die temper aturdiff er enzabhängige Grosse geändert wird, die Frequenzen der Wechselspannungen mehrerer Messtellen verschieden sind und diese Wechsel spannungen mit nur einer einzigen leitung zwecks Fernmessung weitergeleitet werden und am anderen Ende der Leitung mittels Selektionsmittel wMer getrennt werden.

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