DE1942803A1

DE1942803A1 - Waermemesser

Info

Publication number: DE1942803A1
Application number: DE19691942803
Authority: DE
Inventors: Edwards Brian Jack
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1968-08-24
Filing date: 1969-08-22
Publication date: 1970-04-30
Also published as: FR2016333A1; NL6912621A; GB1216206A; BE737857A; CH492967A

Description

19· August 1969 J/Th

Perranti Ltd.

Hollinwood - Lancashire
(England)

Patent- und Gebrauohssmsterhilfe-Anmeldungi Deutschland

Kennwort» Wärmemesser
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Wärmemesser

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmemesser und im besonderen auf ein mechanisches, integrierendes Meßgerät zur Messung der Wärmemenge, die zwischen einer Flüssigkeit, die durch ein Heizsystem geht, und ihrer Umgebung ausgetauscht worden ist.

Es sind bereits mehrere Arten von integrierenden Wärmemessern bekannt, von denen die Mehrzahl mechanische Vorrichtungen zur Messung des Flüssigkeitsflusses und der Temperaturdifferenz zwischen dem Einlaß zu dem System und dem Auslaß aus diesem System aufweisen. Ein Integrationsvorgang verbindet die beiden Messungen, um eine Anzeige der der Flüssigkeit entzogenen Wärmemenge zu liefern. Der den Durchflußmesser betreffenden feil des Gerätes enthält im allgemeinen ein rotierendes Flügelrad, das in der die Flüssigkeit führenden Röhre angebracht ist. Der Hauptnaohteil dieser Art von Dirohflußmesser besteht darin, daß das Flügelrad mit einer Geschwindigkeit rotiert, die dem vnlumetrischen Verhältnis des Flüssigkeitsstroaes proportional ist, während die Wärmemenge, die von der Flüssigkeit übertragen worden ist, proportional zu dem Massenfluß der Flüssigkeit ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein mechanisches, integrierendes Wärme-

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meßgerät vorzuschlagen, das auf den Hasaenfluß der die Wärme übertragenden Flüssigkeit anspricht.

Gemäß vorliegender Erfindung weist ein Integrierendes' Heßgerät zur Messung der Wärmemenge, die awischen einer durch ein Heizsystem flies» senden Flüssigkeit und ihrer Umgebung ausgetauscht worden ist_} einen ia wesentlichen stromlinienförmigen Körper auf, der in einer die Flüssigkeit führenden Röhre liegt und derart angebracht ist, daß eine axiale Bewegung innerhalb eines begrenzten Bereiches möglich ist, wobei Rückstellvorrichtungen vorgesehen sind, um den Körper an das stromaufwärts gelegene. Ende seines Bewegungsbereiches zu führen, einen Motor mit konstanter Drehzahl, .um eine Anzeigevorrichtung über ein erstes und zweites stufenloses Getriebe nacheinander anzutreiben, ein Steuerhebelwerk zwischen dem Körper und einem der Getriebe, um ein Anspreohen der Anzeigevorrichtung zu bewirken, derart, dafl der Abstand des Körpers von dem stromaufwärts gelegenen Ende seines Bewegungsbereiches diesem entspricht, Vorrichtungen zum Erfassen der Temperaturdifferenz zwischen der Flüssigkeit beim Einfließen in das System und der Flüssigkeit beim Verlassen des Systems, sowie Vorrichtungen zur Steuerung des anderen Getriebes durch diese Temperaturfühler, um ein Ansprechen der Anzeigevorrichtung derart zu erhalten, daß dieses dieser Temperaturdifferenz entspricht, wobei im Betrieb die Gesamtanzeige der Anzeigevorrichtung proportional dem Integral über die Zeit des Produktes des Massenflusses der Flüssigkeit durch das System und dieser Temperaturdifferenz ist.

Ein usführungsbeispiel der Erfindung soll nun anhand eines Beispiels in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen beschrieben werden, von denen

Figur 1 ein Seitenaufriß eines Wärmemessers,

Figur 2 ein Grundriß des Wärmemessers von Figur 1 und )

Figur 3 eine weitere Ansicht des Wärmemessers ist.

In den Zeichnungen ist ein Wärmemesser in einem kurzen Abschnitt einer Röhre 10 (Figur 3) abgebildet, die in die Hauptdurchflußröhre 11 mit« tels der Verbindungsstücke 12 und 13 eingefügt ist. Innerhalb der Röhre

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10 ist «in birnenförniger oder auf andere Weise im wesentlichen stromlinienförmiger Körper 14 gehaltert, der an einer Stange 15» von der ein Ende durch «ine Führung 16 in einer Halteplatte 17 geht, geführt wird. Diese Platte, die drei die Zentralführung tragende Streben aufweist, ist am stromabwärts gelegenen Ende des Böhrenabschnittes 10 gelegen, und da die Führung 16 eine axiale Bewegung der Stange 15 zuläßt, kann der Körper 14 läng· der Röhr· 10 in einem begrenzten Bereich gleiten, ohne die Innenwandung der Röhr· «u berühren. Dabei trägt ein Ende eines Spitzengelagerten Hebels 18, der in radialer Richtung durch die stromaufwärts gelegene Wandung' der Rahmenverbindung 12 geht, das stromaufwärts gelegene Ende der Tragstange 15· Der Hebel 18 ist in einer Sohneide 19 gelagert. Das obere Ende des Hebele 16 ist mit einem gelagerten Arm 21 m± dem Arbeitsmeohanismus dee ersten stufenlosen Getriebes verbunden, ebenso wie ein Hilfehebel 22, der seinerseits um einen Zapfen an der Röhrenverbindung 12 beweglioh ist. Das stufenlose Getriebe wird im einzelnen unten beschrieben. Ebenso greift an dem Hebel 18 ein Ende einer Zugfeder 23 an, deren anderes Ende mittels einer Einstellschraube 24 an einer Abstützung 25 befestigt ist, die mit einer Grundplatte 26 verbunden ist. Die Grundplatte 26 wird von den Röhrenverbindungen 12 und 13 getragen.

An der Grundplatte 26 ist eine Abstützung 27 befestigt, die zwei parallele Führungsstangen 28. trägt. An diesen Führungsstangen ist ein Tisch 29, der einen elektrischen Synchronmotor 30 mit einem Antriebsritzel 31 trägt, derartig befestigt, daß er auf diesen entlanggleiten kann, Das Antrieberitael 31 greift in ein großes Zahnrad 32, dae ebenfalls von dem Tisch 29 getragen wird und das eine plane Stirnfläche aufweist. An einem Ständer 33ι der siit der Grundplatte 26 verbunden ist, ist eine Scheibe 34 befestigt, deren Rand in Reibungskontakt mit der Planfläche des Antriebs 32 steht und der Antrieb 32 und die Schreibe 34 bilden zusammen das erste stufenlose Getriebe. In Figur 3 ist der Ständer 33 weggelassen worden und die Scheibe 34 ist nur in unterbrochener Linie dargestellt, um Einzelheiten des zweiten stufenlosen Getriebes klarer darstellen su können.

Ebenfalls an der Grundplatte 26 ist ein Getriebekasten 35 befestigt, wobei der Eingang zu diesem durch eine Scheibe 36, die eine plane Stirnfläche parallel· aufweist, gebildet wird und die derart angebracht ist,

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daß ihre Stirnfläche parallel zu der der Scheibe 34 ^und die.ser gegenüberliegend ist. Die Achse der Scheibe 34 is^ nicht achsengleich mit der Achse der Scheibe 36, aber prarallel zu ihr und die Scheibe 34 weist einen größeren Durchmesser als die cheibe 36 auf. Über den Getriebekasten 35 wird eine Anzeigevorrichtung in Form eines*Zählwerkes 37 angetrieben.

Zwischen den planen Stirnflächen der Scheiben 34 und -36 ist ein Schlitten 38 angeordnet, der ein Räderpaar 39 in einem e'.twa U-förmigen Rahmen trägt. Die beiden Räder 39 stehen in einem Rand- zu Randkontakt miteinander und jedes Rad berührt ebenfalls die Stirnfläche einer der Scheiben 34 bzw. 36. Der Schlitten wird durch den Hebel 18 betätigt, ■ der mittels eines Armes 21 mit dem unteren Ende des Schlittens 38, wie in Figur J> gezeigt, verbunden ist. Der Hilfshebel 22 ist mit dem Schlitten 38 mittels eines Zapfens 60, der in der Verbindungslinie der Achsen der beiden Räder 39 liegt, verbunden. Die Scheiben 34 und 36 und der Schlitten 38 bilden das zweite stufenlose Getriebe, das durch den stromlinienförmigen Körper 14 über die Hebel 18 und 22 gesteuert wird.

Weiterhin ist an der Grundplatte 26 der Temperaturfühler befestigt. Dieser weist zwei Zylinder 40 und 41 auf, von denen jeder einen beweglichen Stempel 4² bzw. 43 hat. Die beiden Zylinder sind durch Klammern miteinander verbunden und diese Baueinheit kann auf einer Führungestange 45 mittels einer Buchse 46, die durch die Klammern 44 getragen wird, gleiten. Die Führungsstange 45 ist fest mit der Stütze 27 verbunden. Die beiden Zylinder sind über flexible Leitungen 47 und 48 mit Flüssigkeit gefüllten Hülsen verbunden, die einen Teil der Zuflußröhre 11 und der Rückflußröhre 2& umhüllen. Die Hülse 49, die den Teil 10 der Zuflußröhre 11 umgibt, ist in Figur 3 gezeigt. Die Hülsen, Leitungen und Zylinder enthalten eine Flüssigkeit, die einen großen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, die jedoch bei den in Frage kommenden Temperaturen nicht verdampft. Eine Zugfeder (nicht gezeigt) verbindet die Zylinder- und Stempeleinheit mit der Stütze 27 und eine weitere Zugfeder 5'0 verbindet die Zylinder- und Stempeleinheit mit dem beweglichen Tisch 29. Der Stempel 42 wirkt mit dem Tisch 29, der einen Motor 30 trägt, zusammen, während der Stempel 43 mit der Stütze 27 zusammenwirkt.

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Der oben beschriebene Wärmemesser weist somit einen den Massenfluß messenden Abschnitt, einen Temperaturdifferenzfühler sowie zwei stufenlose Getriebe auf,"die den integrierenden Mechanismus zur Kombinierung der Ausgänge dieser beiden bilden.

Die Arbeitsweise des Temperaturdifferenzfühlers soll 'erst beschrieben werden. Es soll angenommen werden, daß die Leitung 47 den Zylinder 40 mit der Umhüllung 49 um die Zuflußröhre 11 verbindet, während die Leitung 48 den Zylinder 4I mit der Umhüllung um die Rückflußröhre verbindet. Aufgrund der Temperatur der Flüssigkeit in der Zuflußröhre 11' wird der Stempel 42 in dem Zylinder 40 eine bestimmte Lage einnehmen und diese bestimmt den Abstand zwischen der beweglichen Zylindereinheit und dem beweglichen Tisch 29. Auf gleiche Weise wird aufgrund der Temperatur der Flüssigkeit in der Bückflußleitung 20 der Stempel 43 eine bestimmte Stellung bezüglich der Stütze 27 einnehmen und'damit relativ zu der Grundplatte 26.

Der Synchronmotor treibt die Antriebsscheibe 32 an und diese wiederum treibt die Scheibe 34 mit einer durch die radiale Lage des Berührungspunktes auf der Stirnseite der Antriebsscheibe 32 festgelegten Geschwindigkeit an. Wie in Figur 1 gezeigt, liegt der Berührungspunkt im Mittelpunkt des Antriebsrades 32 und folglich wird keine Bewegung an die Scheibe 34 weitergegeben. Wenn jedoch der die Antriebsscheibe 32 tragende Tisch 29 bewegt wird, verlagert sich der Berührungspunkt zwischen der Antriebsscheibe und der Scheibe von dem Mittelpunkt der Antriebsscheibe 32 weg und die Scheibe wird sich zu drehen beginnen. Es soll nun angenommen werden, daß die Einlaßtemperatur der Flüssigkeit im wesentlichen konstant bleibt, während die Temperatur am Ausgang des Heizsystems von der Wärmemenge, die der Flüssigkeit entzogen worden ist, abhängen soll.

Wenn nun eine bestimmte Wärmemenge der Flüssigkeit entzogen worden ist, wird die Auslaßtemperatur fallen, was bewirkt, daß sich die Flüssigkeit in der Hülle um die Bohre 20 zusammenzieht. Deshalb wird der Stempel 43 des Zylinders 4I in den Zylinder zurückgezogen und die Zugfeder (nicht gezeigt), di* die Zylindereinheit Bit der Stütze Zf ver bindet, veranlaßt nun die Einheit und den 71ion 29, «lob nftoh reoht·

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zu bewegen, wie in Figur 1 und 2 gezeigt. Diese Bewegung dee Tisches 29 bewirkt, daß der Berührungspunkt zwischen dem Antrieb 32 und der Scheibe 34 sich aus dem Mittelpunkt der Antriebsscheibe bewegt und die Scheibe anfängt zu rotieren. Wenn die entzogene Wärmemenge ansteigt, wird der Berührungspunkt winter aus dem Zentrum der Antriebsscheibe wandern und die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe 34 wird sich erhöhen. Auf gleiche Weise wird sich der Berührungspunkt gegen den Mittelpunkt der Antriebsscheibe zurückbewegen, wenn die entzogene Wärmemenge abnimmt und die Ratationsgeschwindigkeit der Scheibe 34 wird abnehmen.

Wenn sieh die Einlaßtemperatur ändert, wird diee im allgemeinen eine proportionale Änderung der Auslaßtemperatur zur Folge haben, es sei denn, die entzogene Wärmemenge ändert sich in einem gleichen Ausmaß. Die beiden Stempel werden sich deshalb im gleichen ""usmaß bewegen, wobei der eine den Tisch 29 nach links bewegt und der andere diesen nach rechts. Auf diese Weise ergibt sich keine resultierende Bewegung des Tisches 2$. Die Rotationsgeschwindigkeit der Scheine 34 ist deshalb weiterhin proportional zu der Temperaturdifferenz zwischen der in das System eintretenden und der das System verlassenden Flüssigkeit.

Die kleinere Scheibe 36 liegt der Scheibe 34 gegenüber und der Schlitten 38 befindet sich zwischen ihnen. Wenn der Schlitten sich im Mittelpunkt der Scheibe 34 befindet, wird keine Bewegung auf die Scheibe 36 übertragen, da die Räder 39 sich nicht drehen. Dieses ist die Situation, wenn in der Röhre 10 keine Flüssigkeitsströmung stattfindet und der Körper I4 in seiner äußersten stromaufwärts gelegenen Stellung durch die Zugfeder 23 gehalten wird. .

Wenn die Flüssigkeit in der Röhre 11 fließt, veranlaßt der längs des Körpers 14 auftretende Druckabfall den Körper, sich in Richtung der Flüssigkeitsströmung gegen di· durch die Feder 23 hervorgerufene Rückstellkraft zu bewegen. Unter der Bedingung« einer festen Durchflussmenge wird der Körper eine bestimmte Lage einnehmen* Die Bewegung des Körpers 14 «ixd durch die Hebel 18 und 22 auf den Schlitten 38 übertragen, der dadurch aus dem Zentrum der ßoheibe 34 bewegt wird* Die Bewegung der; ' !•bei 18 und 22 Ttviftl«·* den BohliVien, ei eh um den lerümrungipunfct

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der Räder 39 mi* den Scheiben 34 und. 36 zu bewegen und der Schlitten bewegt sich dann über die Scheibe, bis er in einer Höhe zu stehen kommt, bei der die Räder 39 tangential zu dem Umlaufkreis auf der Scheibe 36 liegen. Da sioh der Schlitten nun aus dem Zentrum des Antriebsrades 34 bewegt hat, wird eine Bewegung auf die Scheibe 36 übertragen und das Zählwerk 37 wird über das Getriebe 35 iⁿ Tätigkeit gesetzt.

Wenn sich dfe Durchflußmenge der Flüssigkeit ändert, bewegt siph der Körper I4 in entsprechender Richtung und bewirkt ähnliche Bewegungen des Schlittens 38· Wie bereits ausgeführt, wird der Schlitten durch das Hebelwerk verschwenkt, wobei sich dieser dann selbst über die Stirnfläche der Scheibe in seine Endstellung steuert. Um diesen "SelbststeuerungBVorgang" zu erreichen, ist es notwendig, daß sich die Scheiben 34 und 36 in gleichem Richtungssinn drehen, aus welchem Grunde der Schlitten 38 zwei Räder 39 aufweist. Dieser Steuerungsvorgang Terringert die zur Bewegung des Schlittens erforderliche Kraft gegenüber derjenigen, die zur Bewegung einer Scheibe gegen die andere erforderlich wäre. Aufgrund der Verwendung von zwei stufenlosen Getrieben, arbeitet das Zählwerk mit einer Geschwindigkeit, die sowohl von der Durohflußmenge der Flüssigkeit als auch der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Enden des Systems abhängt.

Be aoll bemerkt werden, daß zwei untersohfedliche Arten von stufenlo-8em Getriebe Verwendung gefunden haben. Der Ausgang des Flußaeesere ist in Gleichgewicht mit zwei entgegengesetzten Kräften und folglich ist ee notwendig, einen stufenlosen Antrieb zu verwenden, der durch eine geringe Kraft zur Überwindung des Hysteresiseffektee steuerbar let. Andererseits ist die durch den Temperaturdifferenzfühler erzeugte Kraft beträchtlich größer und reicht vollkommen aus, ein stufenloses Getriebe in form eines Gleittyps zu betätigen. Beide stufenlose Getriebe können von gleichen Aufbau und ebenso von einer anderen Art als der beschriebenen sein.

Sie Anordnung des Getriebes zum Antrieb des Zählwerkes, eben so wie

die Scheiben, können auch von anderer Art sein, ohne die Natur der Erfindung zu beeinflussen.

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Die Spannung der Feder 23 ist einstellbar, um eine Kompensation von Nlcht-Liniaritäten in dem System kompensieren zu können. Der lichte Abstand zwischen dem Körper und der Röhrenwandung 10 hängt von dem vorgesehenen maximalen Durchfluß und dem zulässigen Druckabfall an dem Wärmemesser ab.

Um zu verhindern, daß Wärme durch den Temperaturdifferenzfühler verloren oder zugeführt wird, kann es notwendig werden, den Hauptzu- und - rückfluß .der Röhre zu verzögern.

In dem oben beschriebenen Wärmemesser wird der konstante Geschwindigkeitseingang zu dem veränderlichen Antrieb durch den Temperaturdifferenzfühler gesteuert. Tatsächlich kann der konstante Drehzahleingang auch auf das andere stufenlose Getriebe gegeben werden, und daa Zählwerk kann mit dem temperaturgesteuerten Getriebe verbunden werden.

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Claims

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Ansprüche

Integrierendes Meßgerät zur Messung der zwischen einer durch ein Heizsystem gehenden Flüssigkeit und ihrer Umgebung ausgetauschten Wärmemenge, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen stromlinienförmiger Körper in einer Röhre, die die Flüssigkeit führt, derart angeordnet ist, daß eine axiale Bewegung in einem begrenzten Bereich möglich ist, Rückstellvorrichtungen vorgesehen sind, um den Körper gegen das stromaufwärts gelegene Ende seines Bewegungsbereiches zu führen, ein Motor mit konstanter Geschwindigkeit, der vorgesehen ist, um eine summierende Anzeigevorrichtung über erste und zweite.stufenlos veränderliche Getriebe nacheinander anzutreiben, ein Steuerhebelwerk zwischen dem Körper und einem der Getriebe vorgesehen ist, um ein Ansprechen der Anzeigevorrichtung derart zu veranlassen, daß der Abstand des Körpers von dem stromaufwärts .gelegenen Ende· seines Bewegungsbereiches der Anzeige entspricht, Vorrichtungen zur Messung der Temperaturdifferenz zwischenfder in das System eintretenden und der das System verlassenden Flüssigkeit sowie Vorrichtungen zur Steuerung des anderen Getriebes durch Temperaturfühler vorgesehen sind, um ein Ansprechen der Anzeigevorrichtnng derart zu bewirken, daß diese Temperaturdifferenz der Anzeige entspricht, wobei im Betrieb die Gesamtanzeige der Anzeigevorrichtung proportional dem Integral über die Zeit des Produktes des Flüssigkeitsmassenflusses duroh das System und dieser Temperaturdifferenz ist.
2. Integrierendes Meßgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stromlinienförmige Körper im wesentlichen birnenförmig ist.
'$. Integrierendes Meßgerät gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellvorrichtung ein Federglied aufweist.
4· Integrierendes Meßgerät gemäß mindestens einem der Ansprüohe 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines dieser stufenlosen Getriebe eine antreibende Scheibe sowie eine angetriebene Scheibe aufweist, die parallele Stirnflächen zueinander haben, und einen beweg-

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lichen Schlitten, der zwei Reibräder in Rand-zu-Randverbindung und in Antriebsverbindung mit den beiden Scheiben aufweist.
5· Integrierendes Meßgerät gemäß mindestens einem der Ansprüche 1-3» • dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der stufenlosen Getriebe ein erstes Rad, das eine plane Fläche senkrecht zu seiner Rotationsachse aufweist, sowie ein weiteres bewegliches Rad, das mit seinem Umfang in Antriebskontakt mit dieser planen Fläche steht, wobei die Rotationsges-chwindigkeit dieses weiteren Rades von dem Abstand zwischen dem Punkt des Antriebskontaktes und der Achse dieses ersten Rades abhängt» hat.,

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6. Integrierendes Meßgerät gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rad durch einen Motor konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird.
7. Integrierendes Meßgerät gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler einen ersten Zylinder, der einen beweglichen Stempel enthält, und mit einer auf die Temperatur der in das System eintretenden Flüssigkeit ansprechenden Flüssigkeit gefüllt ist, einen zweiten Zylinder, der einen beweglichen Stempel enthält und mit einer auf die Temperatur der das System verlassenden Flüssigkeit ansprechenden Flüssigkeit gefüllt ist sowie Vorrichtungen zur Kombinierung der Befc wegungen dieser beiden Stempel aufweist, um dadurch eines der stufenlosen Getriebe zu steuern.
3. Integrierendes Meßgerät gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten des stufenlosen Getriebes mit dem Steuerhebelwerk verbunden ist.
9. Integrierendes Meßgerät gemäß mindestens einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des weiteren Rades über die Stirnseite des ersten Rades durch den Temperaturfühler gesteuert wird.

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