DE2504797A1

DE2504797A1 - Waermemengenmesser

Info

Publication number: DE2504797A1
Application number: DE19752504797
Authority: DE
Inventors: Heinz Kurt Bruemmer
Original assignee: KAMSTRUP METRO AS
Current assignee: KAMSTRUP METRO AS
Priority date: 1974-02-22
Filing date: 1975-02-05
Publication date: 1975-08-28
Also published as: FI750320A; DK134085B; SE418015B; DE2504797C2; SE7501965L; DK134085C; DK96374A

Description

Wärmemengenmesser Die Erfindung betrifft einen Wärmemengenmesser zum Messen der von einem strömenden Medium abgegebenen WErmemengetl der Temperaturmessmittel zum Messen des Unterschiedes zwischen der Vorlauftemperatur und der Rficklauftemperatur des Mediums, Volumenmessmittel zum Messsen des Volumens des Idurchströmenden Mediums sowie Mittel zum Berechnen der abgegebenen Wärmemenge aus dem Temperaturunterschied und dem Volumen umfasst, Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art, welche die abgegebene Wärmemenge allein an Hand des Temperaturunterschiedes und des Volumens berechnen, wird ein Fehler gemacht, weil die Wärmekapazität des Mediums - hier wird insbesondere an Wasser gedacht - nicht ganz unwesentlich mit der Temperatur variiert.
Der genaue Ausdruck hier die abgegebene Wärme menge ist gegeben durch worin # = Zeit hVt Enthalpie des Vorlaufwassers hR- Enthalpie des Rücklaufwassers m = Masse des Wassers.
Setzt man in den genannten Ausdruck den sogenannten k-Faktor ein 2 k = hV - hR dm dv worin # t dem Temperaturunterschied zwischen der Vorlauftemperatur tV und der Rncklauftemperatur tR und v dem Volumen des Wassers entspricht, ergibt sich Wie ersichtlich, enthält dieser Ausdruck gerade die beiden Grossen, welche in den bekannten Vorrichtungen direkt gemessen werden, nämlich den Temperaturunterschied bt und das Volumen v des Wassers.
Bei bekannten Vorrichtungen ist es üblich, k P 1 zu setzen. Da jedoch bei den angewendeten Temperaturen k ziemlich stark vom Wert 1 abweicht, wird hierdurch eine ziemlich grobe Ungenauigkeit eingeführt. Zwar wird dieser Fehler etwas reduziert, wenn man für k an Stelle des Wertes 1 einen etwas niedrigeren Wert ansetzt, z.B. k - 0,985. Aber auch hierdurch lässt sich keinebefriedigende Genauigkeit erzielen, weil k mit der Temperatur des Wassers variiert, da auch gilt in welchem Ausdruck sowohl cp, die Wärmekapazität des Wassers, als auch 5, die Wichte des Wassers, mit der Wassertemperatur nichtlinear variieren.
Wie aus dem oben Angeführten hervorgeht, hat man den Wunsch gehegt, mit einfachen Mitteln einen Wärmemengenmesser herzustellen, mit dem unter Berücksichtigung der Variation des k-Faktors mit der Temperatur eine wesentlich genauere Wärmemengenmessung vorgenormen werden kann als mit den bisher bekannten Vorrichtungen, und die vorliegende Erfindung bezweckt, eine derartige Vorrichtung anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe istder erfindungsgemässe Wärmemengenmes ser dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessmittel die RAcklauftemperatur messen und dass Mittel vorgesehen sind, die die berechnete Warmemenge mit Hilfe einer linear von der RAcklauS-temperatur abhängigen Korrekturgrösse k hinsichtlich der sich mit der Temperatur ändernden spezifischen Warme des Mediums korrigieren. Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass man dadurch, dass man den k-Faktor auf geeignete Weise in linearer-Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur variieren lässt, eine derartige Korrektur der gemessenen Wärmemenge erhalten kann, dass diese innerhalb eines sehr grossen Bereiches von RUcklauftemperaturen und Temperaturunterschieden sehr nahe bei den an Hand der Messergebnisse exakt berechneten Werten liegt. Dies wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung nachstehend eingehender erklärt.
Da es sich hier um eine lineare Korrektur handelt, kann diese mit ausserordentlich einfachen Mitteln ausgeführt werden.
In dem Fall, in dem die Temperaturmessmittel ein erstes, vom Temperaturunterschied linear abhängiges, elektrisches Signal erzeugen, in dem die Volumenmessmittel ein zweites, vom Volumen linear abhängiges, elektrisches Signal erzeugen und in dem die Rechenmittel awecks Erstellung einer Anzeige der abgegebenen Wärmemenge das erste und das zweite Signal kombinieren, können die Temperaturmessmittel erfindungsgemäss ausserdem ein drittes, von der Rücklauftemperatur linear abhängiges Signal erzeugen, und es können Mittel vorgesehen sein, die bewirken, dass das dritte Signal einen linearen Einfluss auf das erste und/oder das zweite Signal ausübt. Wie ersichtlich, wird in diesem Fall die Korrektur auf ausserordentlich einfache Weise erreicht.
Eine zweckmässige Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung, wobei das erste Signal aus einer Reihe kurzer Impulse besteht, deren Wiederholfrequenz vom Temperaturunterschied linear abhängig ist, wobei das zweite Signal eine Impulsreihe ist, deren Impulsanzahl vom Volumen linear abhängig ist, und wobei die Rechenmittel die Anzahl der Impulse im ersten Signal zählen, die in Gegenwart der Impulse im zweiten Signal auftreten, ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Signal den Volumenmessmitteln zugeführt wird, die so eingerichtet sind, dass die Impulse im zweiten Signal jeweils eine Dauer haben, die mit dem dritten Signal linear variiert. In einer derartigen Vorrichtung können die Volumenmessmittel erfindungsgemäss einen monostabilen Multivibrator enthalten, der jedesmal, wenn ein gegebenes Volumen gemessen worden ist, getriggert wird und dadurch einen-Impuls abgibt, dessen Dauer vom dritten Signal bestimmt wird.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Schaltbild für eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Wärmemengenmessers und Fig. 2-4 verschiedene Kurven, die zur näheren Erklärung der Erfindung beitragen.
In Fig. 1 ist ein Wärmeverbraucher 1 eingezeichnet, dem durch eine Leitung 2 warmes Wasser zugeführt wird und der das etwas kältere Wasser durch eine Leitung 3 abgibt. Im Rohr 2 ist ein erster Temperaturfühler 4 angebracht, der die Temperatur des Vorlaufwassers in der Leitung 2 in ein elektrisches Signal umsetzt, welches in einen Spannungs-Frequenzumsetzer 5 eingespeist wird. Ein zweiter Temperaturfühler 4t ist in der Leitung 3 angebracht und setzt die Temperatur des Rücklaufwassers in ein zweites elektrisches Signal um, welches ebenfalls in den Umsetzer 5 eingespeist wird.
Dieser Umsetzer 5 gibt an seinem Ausgang ein Impulssignal ab, dessen Wiederholfrequenz f dem Unterschied zwischen der Vorlauftemperatur tV und der Rücklauftemperatur tR proportional ist, d.h.
f = kl(tv - tR) in welchem Ausdruck kl ein Proportionalitätsfaktor ist.
Mit Hilfe eines Wassermengenmessers 6 wird das Volumen des durch den Wärmeverbraucher 1 strömenden Wassers gemessen. Der Messer 6 gibt jedesmal, wenn ein gegebenes Wasservolumen durch ihn hindurchgeströmt ist, einen Impuls an einen monostabilen Multivibrator 7 ab. Der Multivibrator wird durch jeden ankommenden Impuls getriggert und gibt daraufhin an seinem Ausgang einen Impuls ab, dessen Dauer von der Form der ankommenden Impulse unabhängig und so gross ist, dass sie eine wesentliche Anzahl am Ausgang des Umsetzers 5 erscheinender Impulse umfasst.
Das Ausgangssignal des Umsetzers 5 wird durch eine Leitung 8 auf einen ersten Eingang eines ZJailers 9 und das Ausgangssignal des Multivibrators 7 durch eine Leitung 10 auf einen zweiten Eingang dieses Zählers gegeben. Der Zähler istso eingerichtet, dass er die Anzahl der Impulse zählt, die während der Dauer der durch die Leitung 10 ankommenden Impulse durch die Leitung 8 auf den ersten Eingang gegeben werden.
Durch geeignete Umsetzung der Anzahl der gezählten Impulse und durch geeignete Dimensionierung der beschriebenen Schaltung ist es möglich, ein Messergebnis zu erzielen, welches sich mit Hilfe eines Anzeigeelements 11, z.B. eines elektromechanischen Zahlers, anzeigen lässt und das einen Ausdruck für diejenige Wärmemenge darstellt, die vom Medium an den Wärmeverbraucher 1 abgegeben worden ist.
Bei der bisher beschriebenen Schaltung wurde die oben erwahnte Variation der Wichte und der Wärmekapazität des Wassers mit der Temperatur des Wassers jedoch noch nicht berücksichtigt. Das erzielte Messergebnis kann deshalb nur für einen bestimmten Unterschied zwischen Vor- und Rücklauftemperatur und eine bestimmte Temperatur des Wassers korrekt sein.
In Fig. 2 ist veranschaulicht, wie sich die Wichte: q des Wassers mit der-Temperatur t des Wassers ändert. Fig. 3 veranschaulicht auf entsprechende Weise, wie die Wärmekapazität cp mit der Temperatur variiert. Da die spezifische Wärme cp auf der Masse des Wassers basiert und das , was mit Hilfe des Wassermengenmessers 6 gemessen wird, das Volumen des Wassers ist, ist ersichtlich, dass eigentlich hätte erwartet werden müssen, dass eine ausserordentlich komplizierte Korrektur erforderlich wäre, um eine passende nbereinstimmung ewischen den Messergebnissen und den tatsächlichen Verhältnissen zuerzielen.
Es war daher ausserordentlich überraschend, als man fand, dass sich durch eine sehr einfache Korrektur eine vortreffliche Annäherung an die exakten Verhältnisse erreichen liess.
Dies wird durch Fig. 4 genauer veranschaulicht, die die Variation des oben erwähnten k-Faktors mit der Temperatur tR des Rncklaufwassers für verschiedene Werte des Temperaturunterschiedes At wiedergibt, Diese berechneten Werte sind in Fig. 4 durch voll ausgezogene Kurven dargestellt. Die Figur enthält ausserdem eine gerade Linie, die gestrichelt gezeichnet ist und die sich mathematisch ausdrücken lässt durch k - (1,0057 - 0,00033 tR) Es ist ersichtlich, dass diese Linie eine vortreffliche Annäherung an die exakten Kurven darstellt, und es sei speziell bemerkt, dass es sich hier um eine Annäherung handelt, die wesentlich besser als. der eingangs erwähnte, früher verwendete konstante Wert für k von 0,985 ist, welcher Wert ebenfalls in Form einer gestrichelten Linie in die Figur eingezeichnet ist.
Die angenaherte Korrektur durch einen linear variierenden k-Faktor ist in der in Fig. 1 wiedergegebenen Vorrichtung auf ausserordentlich einfache Weise verwirklicht, und zwar wird das vom Temperaturfühler r kommende Signal, welches die Rücklauftemperatur tR repräsentiert, durch eine Leitung 12 dem monostabilen Multivibrator 7 als Steuerspannung zugeführt, die die Dauer der Ausgangsimpulse des Multivibrators steuert. Diese Dauer t1 lässt sich hiernach angeben durch 1 " (k2 - k3 tR)k in welchem Ausdruck k2, k3 und k4 Konstanten sind und die in Klammern gesetzte Grösse den genannten k-Faktor darstellt.
Wie aus dem Voranstehenden ersichtlich ist, wird mit der beschriebenen Vorrichtung ein Wärmemengenmesser erzielt, der unter Anwendung ausserordentlich einfacher Mittel die mit der Temperatur variierende Wichte und Wärmekapazität des Wassers berücksichtigt, so dass man ein Messergebnis erhält, das dem exakten Wert mit ausserordentlich guter Annäherung entspricht.
In Fig. 1 ist ausser den bereits beschriebenen Bauteilen eine Leitung 13 eingezeichnet, die das Signal vomWassermengenmesser 6 in ein Anzeigeelement 14, z.B. einen elektromechanischen Zähler, einspeist, welches zusammen mit dem Anzeigeelement 11 in.ei-n und dasselbe Gerät 15 eingebaut sein kann.
Die Erfindung ist keinesfalls auf die auf der Zeichnung veranschaulichte und oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern lässt sich innerhalb des von den nachstehenden Patentansprtchen abgesteckten Rahmens auf zahlreiche Weisen ändern.

Claims

P a t e n t a n p r ü c h e

9 WErmenmengenmesser zum Messender von einem strömenden Medium abgegebenen Wärmenmenge, der Temperaturmessmittel (4, 5, 4') zum Messen des Unterschiedes zwischen der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperaturdes Mediums, Volumenmessmittel (6, 7) zum Messen des Volumens des durchströmenden Mediums sowie Mittel (9, 11) zum Berechnen der abgegebenen Wärmemenge aus dem Temperatur unterschied und dem Volumen umfasst, dadurch gekennzeichnot, dass die Ternperaturmessmittel (4,*5, 4') die Rücklauftemperatur (tR) messen und dass Mittel (12, 7) vorgesehen sind, die die berechnete Wärmemenge mit Hilfe einer linear von der Rücklauftemperatur (tR) abhängigen Korrekturgrösse (k) hinsichtlich der £sich mit der Temperatur ändernden spezifischen Wärme des Me iums' korrigieren.
2. Wärmemengenmesser nach Anspruch 1,wobei die Temperaturmeesmit tel ein erstes, vom Temperaturunterschied linear abhängiges, elektrisches Signal erzeugen, wobei die Volumenmessmittel ein zweites, vom Volumen linear abhängiges, elektrisches Signal erzeugen und wobei die Rechenmittel zwecks Erstellung einer Anzeige der abgegebenen Wärmemenge das erste und das zweite Signal kombinieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessmittel (4, 5, 4') ausserdem ein drittes, von der Rücklauftemperatur (tR) linear abhängiges Signal erzeugen und dass Mittel vorgesehen sind, die bewirken, dass das dritte Signal einen linearen Elnfluss auf das erste'und/oder das zweite Signal ausübt.
3. WErmemengenmesser nach Anspruch 2, wobei das erste Signal aus einer Reihe kurzer Impulse besteht, deren Wiederholfrequenz (f) vom Temperaturunterschied (dt) linear abhängig ist, wobei das zweite Signal eine impuisreihe ist, deren Impulszahl vom Volumen linear abc hängig ist, und wobei die Rechenmittel die Anzahl der Impulse im ersten Signal zählen, die in Gegenwart der Impulse im zweiten Signal auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Signal den Volumenmessmitteln (6, 7) zugeführt wird, die so eingerichtet sind, dass die Impulse im zweiten Signal jeweils eine Dauer (tal) haben, die mit dem dritten Signal linear variiert.
4. Wärmemengenmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenmessmittel (6, 7) einen monostabilen Multivibrator t7) enthalten, der jedesmal, wenn ein gegebenes Volumen gemessen worden ist, getriggert wird und dadurch einen Impuls abgibt, dessen Dauer (#1) vom dritten Signal bestimmt wird.