DE2429891A1 - Verfahren zur messung einer mittels eines fliessfaehigen mediums zu- oder weggefuehrten waermemenge - Google Patents

Verfahren zur messung einer mittels eines fliessfaehigen mediums zu- oder weggefuehrten waermemenge

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DE2429891A1
DE2429891A1 DE2429891A DE2429891A DE2429891A1 DE 2429891 A1 DE2429891 A1 DE 2429891A1 DE 2429891 A DE2429891 A DE 2429891A DE 2429891 A DE2429891 A DE 2429891A DE 2429891 A1 DE2429891 A1 DE 2429891A1
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heat
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temperature
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DE2429891A
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Maurice Bussard
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Aquametro AG
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Aquametro AG
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K17/00Measuring quantity of heat
    • G01K17/06Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device
    • G01K17/08Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature
    • G01K17/10Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature between an inlet and an outlet point, combined with measurement of rate of flow of the medium if such, by integration during a certain time-interval
    • G01K17/12Indicating product of flow and temperature difference directly or temperature
    • G01K17/16Indicating product of flow and temperature difference directly or temperature using electrical or magnetic means for both measurements

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  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Description

  • Verfahren zur Messung einer mittels eines fliessfähigen Mediums zu- oder weggeführten Wärmemenge Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer mittels eines fliessfähigen Mediums einem Verbraucher zu- oder von einem Erzeuger weggefUhrten Wärmemenge mit einem Wärmezähler, bestehend aus einem elektronischen Wärmeintegrierwerk, einer Volumenmesseinrichtung und Je einem vor und nach dem Verbraucher bzw. Erzeuger angeordneten Widerstandsthermometer.
  • Dei den bekannten Verfahren zur Messung der von einem fliessfähigen Medium zu- oder weggefWhrten Wärme menge wird der Wärmeinhalt des Mediums durch Messung.der Temperatur und des Volumens ermittelt, welche Grössen miteinander multipliziert werden. Das Resultat wird Eblicherweise um einen weitern Multiplikationsfaktor korrigiert, der die jeweilige spezifische Wärmekapazität und das spezifische Volumen des verwendeten Wärmeträgers berücksichtigt. In einem geschlossenen Heiz- oder Kühlkreislauf wird die Differenz gebildet aus zu- und weggeführter Wärmemenge. Dabei bleibt das Volumen des wärmetragenden Mediums stets dasselbe und nur die Temperatur verändert sich. Es genügt also in diesen Fällen das Volumen nur einmal zu messen und nur die Differenz der Temperaturen an zwei bestimmten Stellen eines Kreislaufs zu bilden.
  • Die Messung des Volumens kann mittels einer beliebigen, bekannten Einrichtung erfolgen, wie z.B. FlUgelradzähler, WoltmannzEhler, Messblende usw., welche nach Durchfluss eines festgelegten Volumens einen elektrischen Impuls auslst, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die an bestimmten Stellen des Mediumspfades mittels Widerstandsthermometern zu erfassenden Temperaturen des wärmetragenden Mediums als mbglichst proportionale Impulsfolge darzustellen, wobei die einzelnen Impulse einer bestimmten kleinen Wärmemenge entsprechcn, unter nerUe'xs-chtibung der Wertzuordnung an einen Volumenimpuls, des spezifischen Volumens und der spezifischen Wärmekapazität des wärmetragendenMediuns. Diese Impulsfolgen sollen durch Verknüpfung mit Volumenmessimpulsen so verarbeitet werden, dass die resultierenden Signale nach geeigneter Untersetzung in ein elektromagnetisches Schrittzählwerk eingezählt werden können.
  • Da zum Teil sehr kleine Temperaturdifferenzen erfasst werden müssen, ist ein hohes Auflösungsvermögen zu wählen und jede Verzerrung der Messsignale zu vermeiden5-wie jene die bei bekannten Verfahren in passiven Messbrükken und Analog-Digital-Wandlern auftreten.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die in der Form von zwei Widerstandswerten erfassten beiden Temperaturwerte in zwei proportionale Spannungspegel umgewandelt werden, die über zwei Vergleichsverstärker eine Torschaltung in ihren leitenden bzw.
  • sperrenden Zustand steuern, wenn die, bei Vorliegen eines Volumenimpulses, von einem Sägezahn-Generator erzeugte Spannung den ersten bzw. zweiten Spannungspegel erreicht, und dass von einem Frequenz-Oszillator erzeugte Impulse während einer temperaturabhängigen Zeit über eine Untersetzungs- und eine Verstärkereinheit auf ein Schrittzählwerk zur Darstellung der Wärmemenge gegeben werden.
  • Der Erfindungsgegenstand qird nachstehend anhang der Zeichnung beispielsweise erläutert. Darin zeigt Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer einzelnen Mes sbrüc ke zur Erläuterung des Ternperaturffles svorganges5 Fig. 2 zwei zu einer Schaltung für Temperaturdifferenzmessung kombinierte Messbrücken nach Fig. 1 zur Verwendung in einem Wärmemengenzähler, und Fig. 3 als Blockschema den Aufbau eines Wärmeintegrierwerks für getrennte Anzeigen bei positiver oder negativer Temperaturdifferenz.
  • Fig. 1 zeigt den Aufbau einer aktiven Messbrücke.
  • Der Messwiderstand ist mit Rx bezeichnet. Er ist in Serie mit einem Widerstand R1 an den Ausgang eines Verstärkers A1 geschaltet und mit dessen Eingang gegengekoppelt. Die Spannung im Punkt a, d.h. bei der Verbindung zwischen R1 und RXJ wird im Verstärker A1 mit einer konstanten Spannung Uref verglichen. Der im Ausgang des Verstärkers A1 fliessende Strom I1 bringt dabei die Spannung im Punkt a auf den gleichen Wert wie Uref , und zwar unabhängig vom Wert von Rx. Da R1 als konstant vorausgesetzt wird, bleibt auch der Strom 11 durch den Messwiderstand Rx konstant.
  • Ein Strom I2 durchfliesst einen Widerstand der zwischen dem Ausgang des Verstärkers A1 und dem Widerstand R2 liegt, der seinerseits zwischen R3 und den Ausgang des Verstärkers A2 geschaltet ist. Am Eingang eines Vergleichsverstärkers A2 wird die Spannung im Punkte b mit Uref verglichen. I2 ist cier im Eingang des Vergleichsverstärkers A2 fliessende Strom, der die Spannung im Punkte b auf denselben ert bringt wie Uref . Der Strom I2 ist somit direkt abhängig vom Messwiderstand Rx r das heisst, dass die Spannung an den Klemmen des Widerstandes R2 in einem frei wählbaren Verhältnis proportionai zum Wert von Rx ist. Die bezügliche Beziehung lautet: Die Referenzspannung Uref sowie das Verhältnis der Widerstände R1> R2 und R3 unter sich bestimmten einerseits den im Widerstand Rx fliessenden Strom, und andererseits das Auflösungsvermögen des Messergebnisses und dessen Präzision.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren schliesst die Umwandlung der Messspannung Ux in eine zählbare, spannungsproportionale Impulsfolge ein. Dies kann dadurch erreicht werden, indem mittels eines "Miller"- oder 'Bootstrap"-Integrations-Verstärkers (Pos. 15 der Fig. 3) eine sägezahnförmige Schwingung, kurz Sägezahnsignal genannt, gebildet wird, dessen Flankenspannung sich linear mit der Zeit verändert. Mit Hilfe zweier Vergleichs verstärker A3 und A4 und einer Umkehrstufe B ist es möglich die Zeit festzustellen, die versf,reicht, während welcher die Spannung des Sägezahnsignals vom Niveau der Messspannung Ux auf dasjenige der Referenzspannung Uref ansteigt. Die Vergleichsverstärker sind im vorliegenden Fall Operationsverstärker mit sehr kleiner Offset-Spannung und sehr grossem Verstärkungs-Fak tor, um eine hohe Auflösung zu gewährleisten. Die.Länge tl (Fig. 1) des von diesen Verstärkern gebildeten Impulses ist also-proportional Rx. Dieser Impuls wird dazu verwendet, während der Impulsdauer tl ein Tor T für Impulse zu öffnen, die von einem stabilen Oszillator F (Pos. 16 der Fig. 3) erzeugt werden. Die während der Zeit tl das Tor passierende Anzahl Impulse ist wiederum proportional zum momentanen Wert des Messwiderstandes Rx bzw. der gemessenen Temperatur. Die Oszillator-Frequenz wird zweckmässig so gewählt, dass eine gute Auflösung der Messwerte gewährleistet ist.
  • Bei einem Wärmezähler ist die Differenz zweier Temperaturen zu messen. Gemäss vorstehendem ist somit die Zeit festzustellen, die verstreicht, während welcher die Spannung des Sägezahnsignals vom Niveau der einen Messspannung Ux zu dem der anderen Messspannung U'x steigt. U' übernimmt dabei die Funktion von Uref gemäss Fig. 1.
  • Die Auslösung des Sägezahnsignals erfolgt durch den Impuls einer Volumenmesseinrichtung, durch welche das zeitliche Auftreten der Impulsfolgen aus der Temperaturmessung gesteuert wird und somit ein Mass für die den Mediumspfad passierende Wärmemenge liefert.
  • Fig. 2 zeigt die verwendung der Schaltung nach Fig 1 für die Messung einer Temperaturdifferenz z;B. im Falle eines Wärmemengenzählers. Die Verstärker A2 und A'2 arbeiten in dieser Schaltung auch als Vergleichsverstärker und übernehmen damit die Funktion vQn A3 bzw. A4.
  • Das Nessprinzip ist dasselbe wie oben beschrieben: Uref ist eine Referenz spannung, die je am Eingang der vier Verstarker A1(+), A'1(+), A2(4) und A'2(-) liegt. Die Verstärker A1 und A' liefern einen konstanten Strom an die beiden Messwiderstände Rx und R' R'x, deren Widerstandsdiffercnz gcmcscn werden muss. Die Verbindung zwischen d Festwiderständen R2 und R3 ist mit dem Minus-Eingang des Verstärkers A2 verbunden, während die Verbindung zwischen den Festwiderständen R'2 und R'3 mit dem Plus-Eingang des Verstärkers A'2 verbunden ist. Die andern Enden von R2 und B'2 sind zusammen an den Ausgang eines Sägezahn-Generators G angeschlossen.
  • Die Arbeitsweise der Vergleichsverstärker A2 und A'2 hängt davon ab, ob der Widerstandswert Rx grösser oder kleiner ist als R'x, wobei je nach der vorliegenden Bedingung ein positiv oder negativ polarisiertes Szgezahnsignal ausgelöst wird. Wählt man ein zeitlich linear ansteigendes negatives Sägezahnsignal und setzt ferner voraus, dass grösser als R' ist, erhält man am Ausgang der beiden Vergleichsverstärker A2 und A12zwei verschiedene Signalpegel.
  • Am Ausgang des Verstärkers A2 tritt eine negative Signalspannung V und am Ausgang des Verstärkers A12 eine positive Spannung V+ auf. Diese beiden Signale bilden den Impuls zur Oeffnung des Tores T.
  • Wenn in Abhängigkeit von der Polarität des Sägezahnsignals der Plus-Eingang des Verstärkers A'2 negativ gegenüber dem Minus-Eingang ist, erhält man eine Signalspannung V am Ausgang dieses Verstärkers. Gleicherweise wird, wenn beim Verstärker A2 der Minus-Eingang negativ gegenüber dem Plus-Eingang ist, am Ausgang ein positives Signal vorliegen.
  • Damit mit dem gleichen Wärmezähler abwechslungsweise an ein Objekt zu- oder von diesem weggeführte Warme gemessen werden kann, können zur entsprechenden Polarisierung der genannten Ausgangssignale zwei unabhängige Tore vorgesehen werden, von welchen eines, je nachdem ob Rx oder R'x grösser ist, leitet oder sperrt. Diese beiden Tore sind in Fig. 2 im Block T zusammengefasst.
  • Fig. 3 zeigt als Blockschema den Aufbau eines Wärmeintegrierwerks mit einem strichpunktiert gezeichneten Abschnitt zur getrennten Auswertung der Signale aus positiver und negativer Temperaturdifferenz. Das-allgemein mit 4 bezeichnete Integrierwerk enthält die beiden Verstärkerschaltungen 11 und 12 für die Messung der Widerstandswerte an den Temperaturfühlern 2 (Rx) und 3 (R'x) und eine Steuerschaltung 14 zur Auslösung des Sägezahnsignals. Die Steuerschaltung 14 ist mit einem Impulsgeber 1 in der(nicht gezei gt en) Volunienmes. ririchtung verbunden, welcher von der Mediumsdurchflussmenge abhängige Steuersignale an die Steuerschaltung 14 liefert. Vorhanden ist ferner ein Sägezahngenerator mit Vergleichsw-erst-arkern 15> dessen Spannung während der durch die Steuerschaltung 14 festgelegten Messdauer m linear ansteigt, ein Konstantfrequenzoszillator 16 zur Erzeugung von Zählimpulsen, ein Tor 17 zum Freigeben oder Sperren der vom Frequenzoszillator i6 gelieferten Impulse an einen Impuls-Untersetzer 18 und einen Verstärker 19> der seinerseits ein beispielsweise elektromagnetisches Schrittzählwerk 20 ansteuert, welches die Impulse in einer für die gemessene Wärmemenge geeigneten Einheit anzeigt.
  • Der oben beschriebene Signal- bzw. Impulspfad wird für den Fall gewählt, dass der Temperaturfühler 2 (Rx) als Vorlauf-Fühler in-einem heissern Mediumsabschnitt liegt als der TemperaturfUhler 3 (Rtx), welcher beispielsweise als Rücklauf-Fühler in einem kältern Mediumsabschnitt angeordnet ist. Wenn jedoch die Temperatur am Rücklauf-Fühler 3 höher sein kann als am Vorlauf-Fühler 2, so wird am Sägezahngenerator 15 ein zweites Vergleichsverstärkerpaar 25 angeschlossen5 dessen Eingangspolarität vertauscht ist.
  • Dieses Verstärkerpaar macht nun im Falle der höheren Temperatur am Fühler 3 das Tor 27 leitend, so dass die Impulse vom Frequenz-Oszillator 16 Uber dieses (statt über das Tor 17) zum Impulsuntersetzer 28 zum Verstärker 29 und zum Zahlwerk 30 gelangen, um dort eine entsprechende Zählung zu veranlassen.

Claims (2)

  1. Patentansprüche
    9 Verfahren zur Messung einer mittels eines fliessfähigen Mediums einem Verbraucher zu- oder von einem Erzeuger weggeführten Wärmemenge mit einem Wärmezähler, bestehend aus einem elektronischen Wärmeintegrierwerk, einer Volumenmesseinrichtung und je einem vor und nach dem Verbraucher bzw. Erzeuger angeordneten Widerstandsthermometer, dadurch gekennzeichre', dass die in der Form von zwei Widerstandswerten erfassten beiden Temperaturwerte in zwei proportionale Spannungspegel umgewandelt werden, die über zwei Vergleichsverstärker (A2> At2) eine Torschaltung in ihren leitenden bzw. sperrenden Zustand steuern, wenn dies bei Vorliegen eines Volumenimpulses, von einem Sägezahn-Generator (G) erzeugte Spannung den ersten Spannungspegel Ux bzw. zweiten Spannungspegel u1x erreicht, und dass von einem Frequenz-Oszillator (F) erzeugte Impulse während einer temperaturabhangigen Zeit über eine Untersetzungs- (18) und eine Verstärkereinheit (19) auf ein Schrittzählwerk (20) zur Darstellung der Wärmemenge gegeben werden.
  2. 2) Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Torschaltung in Abhängigkeit davon, an welchem der Widerstandsthermometer (Rx, R'x) die höhere Temperatur gemessen wird, einen von zwei Messungsauswertpfaden (18, 19, 20 bzw. 28, 29, 30) angesteuertwird, wobei das eine oder andere von zwei Toren gesperrt oder leitend ist und die Impulse auf das entsprechende Zählwerk durchgelassen werden und eine Trennung zwischen den Werten der an ein Objekt zu- und von diesem weggeführte Wärmemenge vorgenommen wird.
    L e e r s e i t e
DE2429891A 1974-05-30 1974-06-21 Verfahren zur messung einer mittels eines fliessfaehigen mediums zu- oder weggefuehrten waermemenge Pending DE2429891A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1983003002A1 (en) * 1982-02-24 1983-09-01 Vaillant Joh Gmbh & Co Pulse counter circuit

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1983003002A1 (en) * 1982-02-24 1983-09-01 Vaillant Joh Gmbh & Co Pulse counter circuit

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