DE2631809C3 - Wärmemengenmeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmemengenmeßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei einer solchen, z.B. aus der DE-OS 24 29 891 bekannten Vorrichtung ist es als nachteilig anzusehen, daß die Speiseströme für die als temperaturabhängige Widerstände ausgebildeten Wärmefühler schwanken werden und daß damit eine Langzeitgenauigkeit wicht gegeben ist. Ferner gehen die Frequenzfehler des Taktgenerators und die Ausgangsspannung des Sägezahngenerators erheblich in die Genauigkeit der

ίο Messung ein. Eine Nachprüfung der Konstanthaltung dieser Größen ist sehr aufwendig und nur von Spezialisten durchführbar.

Aus der US-PS 39 06 797 ist es bekannt, bei einer Temperaturmeßeinrichtung den Fühler alternierend durch ein Vergleichsglied zu ersetzen, um die Genauigkeii des Systems zu überwachen. Hierzu weist ein Fühlerkreis einen Fühier auf, der eine Temperatur mißt und ein zur Messung analogisches Signal abgibt, das durch einen internen Referenzkreis einem Brückenkreis zugeführt ist. Der interne Referenzkreis verbindet auswählend einen Anpassungskreis mit einer Brücke anstelle eines Eingangs des Fühlers, so daß die Genauigkeit und die Funktion des Systems überprüft werden kann. Hier wird also während des Messens eine Funktionsprüfung, gegebenenfalls eine Kompensation von Fehlertoleranzen oder der Adaptierung ermöglicht.

Bei der Erfindung wird hingegen nicht der Fühler,

sondern die Auswertung überprüft, außerdem wird bei der Erfindung nicht während des Messens, sondern

JO gerade in Meßpausen überprüft.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Frequenzkonstanz des Taktgenerators bzw. des Sägezahngenerators zu steigern, um eine genauere Messung mit geringerem Aufwand zu ermöglichen. Weiterhin sollen die Konstantströme durch die Temperaturfühler gewährleistet werden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

4» Diese Lösung arbeitet aufgrund der Erkenntnis, daß ein Konstanthalten in den eben angegebenen Größen nur für die Dauer einer Meßperiode notwendig ist. Das ist gegenüber der geforderten Langzeitgenauigkeit eine verhältnismäßig kurze Zeitspanne, die Genauigkeit über

4^r> diese kurze Zeitspanne ist aber relativ einfach zu realisieren. Zudem ist die Erfindung so ausgerichtet, daß sich die Wärmemengenmeßeinrichtung in einstellbaren Abständen selbst eicht, so daß ein Überprüfen durch Externe nicht notwendig ist.

Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Die nachfolgende Beschreibung sowie die F i g. 1 bis 3 der Zeichnung erläutern den Anmeldungsgegenstand. Es zeigt

F i g. 1 die bauliche Anordnung der Meßeinrichtung an einer Zentralheizung, die

F i g. 2 ein Schaltdiagramm der Meßeinrichtung und
Fig. 3 Spannungsverläufe an ausgewählten Punkten der Schaltung. In allen 3 Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

bo Ein Gas-Wasserheizer 1 mit einem Gasbrenner 2 und einem Wärmetauscher 3 speist eine Vorlaufleitung 4. in der ein Meßwiderstand 5 angeordnet ist, dessen Widerstand mit der Temperatur linear fällt oder steigt. Die Vorlaufleitung 4 speist einen oder mehrere

hs Verbraucher 6, wie Heizkörper und/oder Brauchwasserbereiter, die ihrerseits an eine Rücklaufleitung 7 angeschlossen sind, in deren Zug eine Druckumlaufpumpe 8 vorgesehen ist. Im Zuge der Rücklaufleitung ist ein

RückJauftemperaturfühler 9 gleichfalls in Form eines temperaturempFindlichen Widerstandes gleicher Charakteristik wie der Widerstand 5 und ein Durchsatzmesser 10 angeordnet Der Widerstand 5 is· an Anschlußpunkten 11 und 12, der Widerstand 9 an Anschlußpunkien 13 und 14 angeschlossen. Der Volumenzähler 10 betätigt einen Kontakt 15 nach Maßgabe des ihn passierenden Volumens pro Zeiteinheit, er ist an einen Anschlußpunkt 16 elektrisch angeschlossen.

Eine Konstantstromquelle 17 speiit über eine Leitung 18 einen Meßwiderstand 19 und einen Umschaltkontakt 20. Der eine Kontakt 11 des Umschalters 20 verbindet den Meßwiderstand 5 mit der Konstantstromquelle 17.

Der andere Kontakt 21 des Umschalters 20 schließt einen Eichwiderstand 22 an die Konstantstromquelle 17 an.

Eine weitere Kontantstromquelle 23, die von der Konstantstromquelle 17 nach Maßgabe der am Vergleichswiderstand 19 abfallenden Spannung über eine Leitung 24 geführt ist, ist über eine Leitung 25 mit einem weiteren Umschalter 26 verbunden, dessen einer Kontakt 14 den Rücklauftemperatur-Meßwiderstand 9 mit der Konstantstromquelle 23 verbindet. Der andere Kontakt 27 verbindet einen weiteren Eichwiderstand 28 mit der Kontantstromquelle 23. Die beiden Umschaltkontakte 20 und 26 werden von einer Relaisspule 29 betätigt. Von den Leitungen 18 und 25 zweigen Eingangsleitungen 30 und 31 für zwei Komparatoren 32 und 33 ab, deren Ausgänge 34 und 35 auf ein Und-Glied 36 geführt sind, dessen Ausgang 37 auf ein weiteres Und-Glied 38 geschaltet ist.

Die jeweils zweiten Eingangsleitungen 39 der Komparatoren 32 und 33 werden von der Ausgangsleitung eines Sägezahnspannungs-Generators 40 beaufschlagt, der über eine Leitung 41 genau wie das Relais 29 über eine Leitung 42 von einem Eichtaktgenerator 43 angestoßen wird. Der Eichlaktgenerator seinerseits wird über eine Leitung 44 von den Impulsen des Kontakts 15 des Durchsatzmessers 10 beaufschlagt.

Eine weitere Ausgangsleitung 45 des Eichtaktgenerators 43 ist auf ein Und-Glied 46 geschaltet, das über eine Zuleitung 48 direkt ein Zählwerk 47 ansteuert.

Ein zweiter Eingang 49 des Und-Gliedes 38 ist von einem Ausgang eines mit konstanter aber einstellbarer Frequenz laufenden Zähltaktgenerators 50 gespeist, dessen Frequenz um ein Vielfaches höher gegenüber der Frequenz des Eichtaktgenerators 43 ist. Eine Ausgangsleituni; 51 des Und-Gliedes 38 ist über einen Impulsuntersetzer 52 und eine Verbindungsleitung 53 mit dem Und-Glied 46 verbunden. Der Untersetzer 52 ist über eine Mehrzahl paralleler Leitungen 54 mit einem Vergleicher 55 und einem Speicher für letzten Wert verbunden, dessen Ausgang über eine Leitung 56 mit der Leitung 45 verbunden ist. Der Vergleicher 55 speist über eine weitere Ausgangsleitung 57 ein Regelspannungstiefpaßglied 58, das über eine Leitung 59 auf die Frequenz des Zähltaktgenerators einwirkt. Das Regelspannungstiefpaßglied 58 ist über eine weitere Leitung 60 mit einem Grenzwerterfassungsglied 61 verbunden, das eine Fehleranzeige 62 t>o beaufschlagt. Der Ausgan; Jn Grenzwerterfassungsgliedes ist über eine Leitung 63 mit dem Und-Glied 46 verbunden.

Die eben beschriebene Leitung hat folgende Funktion: Wird von dem dargestellten Ruhezustand ausgegangen und mit der Wärmemengenmessung begonnen, so wird nach Anlaufen der Pumpe 8 ein Wasserumlauf in der Heizungsanlage stattfinden. Nach Maßgabe der Volumina pro Zeiteinheit öffnet und schließt der Kontakt 15 des Durchsatzmessers 10 in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen. Als Folge des Schließens des Kontaktes 15 wird der Eichtakt-Frequenzgenerator 43 angesteuert, der die Relaisspule 29 unter Spannung setzt, so daß die Kontakt 20 und 26 umschalten. Damit werden die Konstantstromquellen 17 und 23 über die Leitungen 18 und 25 mit den Eichwiderständen 22 und 28 verbunden. Die Spannungsabfälle an den Eichwiderständen werden über die Leitungen 30 und 31 den einen Eingängen der Komparatoren 32 und 33 aufgeschaltet und täuschen ihnen eine bestimmte Temperatur im Vor- und Rücklauf vor. Zur gleichen Zeit schaltet der Eichtaktgenerator 43 über die Leitung 41 Speisespannung auf den Sägezahn-Spannungsgenerator 40, so daß eine Sägezahnspannung an den zweiten Eingängen 39 der Komparatoren 32 und 33 anliegt. Diese Sägezahnspannung läuft linear von U max. —0 herunter. In dem Moment, in dem die Sägezahnspannung den Spannungspegel auf der Leitung 30 bzw. 31 erreicht, schaltet der entsprechende Komparator durch. Da die Vorlauftemperatur in aller Regel höher ist als die Rücklauftemperatur, wird der Komparator 32 zuerst schalten. Dieser Zeitpunkt ist mit /1, der Schaltpunkt des Komparator 33 ist mit /j bezeichnet. Somit wird das Und-Glied 36 zuerst mit einem Spannungsimpuls auf der Leitung 35 gemäß dem Impuls zur Zeit /1 beaufschlagt, dann erfolgt ein zweiter Impuls am negierenden Eingang des Und-Gliedes über die Leitung 34. Der Abstand T zwischen den Schaltpunkten u und h ist ein Maß für die vorgetäuschte Temperaturdifferenz an den Eichwiderständen. Ein zwischen (2 und nächstem ii auftretender Impuls auf der Leitung 37 wird unterdrückt. Die Eichwiderstände sind Widerstände, die mit der Temperatur nicht veränderlich sind. Ihre Widerstandswerte sind auf konstante Differenz von Hause aus eingestellt. Die Widerstandswerte entsprechen solchen Widerständen, die hei den Fühlerwiderständen im wirklichen Meßbereich auftreten, um die Genauigkeit der Schaltung maximal zu halten.

Das Und-Glied 36 liefert auf seinem Ausgang 37 einen Spannungsimpuls, so lange auf beiden Eingangsleitungen 34 und 35 des Und-Gliedes von den durchgeschalteten Komparatoren Spannung vorhanden ist. Somit ist die Impulslänge auf der Leitung 37 ein Maß für die zu eichende Temperaturdifferenz. Das Und-Glied 38 wird durchgeschaltet, wenn sowohl auf der Leitung 37 als auch auf der Leitung 49 Impulse vorhanden sind. Damit werden die Impulse des Zähltaktgenerators 50 während der Durchschaltzeit des Und-Gliedes 36 durchgelassen. Diese Impulse werden im Untersetzer 52 untersetzt und über die Leitungen 54 an den Vergleiche 55 gegeben. Der Vergleicher vergleicht den gezählten Eich-lst-Wert mit einem dort gespeicherten Soll-Wert. Stimmen SoIl- und Eich-lst-Wert überein, wird nichts weiter veranlaßt. Bei Differenz zwischen beiden Werten wird über das Regelspannungstiefpaßglied 58 die Frequenz des Zähltaktgenerators 50 im korrigierenden Sinne nachgestimmt. Ist die Nachstimm-Spannung für die Frequenz des Zähltaktgenerators außerhalb gewisser Grenzen, die von dem Grenzwerterfassungsglied 61 gespeichert sind, so wird die Fehleranzeige 62 betätigt, gleichzeitig wiru die im Ruhezustand immer anliegende Spannung auf der Leitung 63 weggenommen, so daß das Und-Glied 46 nicht mehr durchschalten kann. Damit wird verhindert, daß nicht mehr stimmende Wärmemeßzahlen zur Anzeige 47 gelangen. Nach Ablauf des

Eichvorganges gibt der Eichtakt-Generator 43 ein Ausgangssignal über die Leitung 42 auf die Relaisspule 29, so daß die Kontakte 20 und 26 umschalten, und zwar in die dargestellte Lage. Nunmehr liegen die Meßwiderstände 5 und 19 im Stromkreis der Kontaktstromquellen 17 und 23. Je nach den Temperaturen in der Vor- und Rücklaufleitung der Heizung erhalten die Meßwiderstände 5 bzw. 9 einen bestimmten Widerstandswert, der nur von der Temperatur des durchfließenden Mediums abhängt. Durch diese Widerstandswerte resultieren an den Widerständen ganz bestimmte Spannungsabfälle, die nunmehr über die Leitungen 30 und 31 an die einen Eingänge der Komparatoren 32 und 33 geschaltet sind. Gleichzeitig stößt der Eichtakt-Generator 43 über die Leitung 41 den Sägezahnspannungs-Generator 40 an, so daß die Sägezahnspannung erneut von ihrem oberen Niveau startet. Wie vorhin beim Eichvorgang beschrieben, schalten die Komparatoren durch, sowie die Sägezahnspannung mit der Spannung auf den Eingangsleitungen 30 und 31 korrespondiert. Somit schaltet das Und-Glied 36 durch, wenn beide Eingangsleitungen 34 und 35 durch die Komparatoren mit Spannung beaufschlagt sind. Die Impulslänge, resultierend aus dem Ausgang des Und-Gliedes 36 auf der Leitung 37, ist ein Maß für die Temperaturdifferenz in der Vor- und Rücklaufleitung der Heizungsanlage. Während der Dauer des Anliegens eines Spannungsimpulses am Und-Glied 38 auf der Leitung 37 wird der Untersetzer 52 über die Leitung 51 von Impulsen des Zähltaktgenerators 50 beaufschlagt.

Geht man davon aus, daß vom Kontakt 15 ein Impuls abgegeben wird, wenn jeweils 10 Liter Wasser durch das Durchsatzmeßglied 10 gelaufen sind und man die Schaltung so einrichtet, daß pro Grad Celsius Temperaturdifferenz an den Meßwiderständen 5 und 9 je zehn Impulse des Zähltaktgenerators 50 das Und-Glied 38 passieren und weiterhin der Untersetzer 52 auf ein Verhältnis von 1000 :1 eingerichtet ist, so können in der Anzeige 47 direkt Meal abgelesen werden. Würde man die Frequenz des Zähltaktgenerators 50 erhöhen, müßte man den Untersetzer 52 entsprechend stärker untersetzen und umgekehrt.

Es soll aber betont werden, daß die Frequenz des Zähltaktgenerators frei wählbar ist, das Untersetzerverhältnis muß entsprechend angepaßt werden. Nach Beendigung eines Meßvorganges kann bei jeweils einem Schließen des Kontaktes 15 ein weiterer Meßvorgang eingeleitet werden. Es ist nun möglich, in einstellbaren Abständen verschiedene Meßvorgänge hintereinander folgen zu lassen, ohne einen Eichvorgang einzuschieben, es können auch in wahlweise mehrere Eichvorgänge zwischen zwei MeÖvorgängen geschaltet werden.

Für die Genauigkeit der Wärmemengenmessung ist im wesentlichen die Genauigkeit des Durchsatzmeßgliedes maßgebend. Der Zähltaktgenerator muß nur während der Dauer zwischen einer Eichung und einer Messung konstant sein. Sinkt beispielsweise nach Beendigung der Messung die Frequenz der Impulse des Zähltaktgenerators ab, so wird im nachfolgenden Eichvorgang über die Nachstimmspannung des Regelspannungstiefpaßgliedes die Frequenz wieder korrigiert. Je nach Genauigkeit der Frequenzhaltung des Zähltaktgenerators wird man also die Eichabstände entsprechend wählen. Die absoluten Höhen der Ströme

ίο der Konstantstromquellen 17 und 23 sind gleichgültig, wichtig ist nur, daß die Ströme der beiden Konstantstromquellen gleich sind.

Auch die Frequenzkonstanz des Sägezahnspannungs-Generators ist unkritisch, wichtig ist nur die Linearität

is des abfallenden Kurvenstücks während eines Meßvorgangs. Sollte die Frequenz des Sägezahnspannungs-Generators kleiner werden, so erscheint bei einem Meßvorgang eine entsprechend größere Anzahl von Impulsen am Ausgang des Und-Gliedes 38. Beim folgenden Eichvorgang würde aber die vom Vergleicher gemessene Impulsanzahl gleichfalls größer werden, so daß als Folge die Frequenz des Zähltaktgenerators abgesenkt werden würde. Damit wäre dieser Fehler wieder korrigiert. Wird man die Schaltung zum ersten Mal in Betrieb nehmen, ist es vorteilhaft, zunächst mehrere Eichvorgänge hintereinander vorzunehmen, um die Schaltung optimal arbeiten zu lassen. Man kann generell die Anzahl der Eichvorgänge so lange hintereinander vornehmen, bis der Vergleicher die Identität zwischen Soll- und Ist-Wert registriert.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung ist keinesfalls auf Umlaufwasserheizer beschränkt. Genauso könnte als Wärmequelle 1 jede andere, beispielsweise ein Kessel oder ein elektrisch beheizter Durchlauferhitzer vorgesehen sein. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung ist gleichfalls eine Wärmeverbrauchsmessung einer Fernwärmeeinspeisung möglich. Genauso wie die abgegebene Wärmemenge kann auch die von einem Verbraucher aufgenommene Wärmemenge gemessen werden. Normalerweise wird in einer Heizungsanlage Wasser als Umlaufmedium verwandt, bei entsprechender Druckkonstanthaltung bzw. Abänderung des Durchsatzmeßgliedes 10 könnte auch ein Gas oder Dampf zur Anwendung kommen.

Da die Genauigkeit der Wärmemengenmessung im wesentlichen von den Eichwiderständen 22 und 28 bestimmt ist, wird man die Schaltung praktisch so ausführen, daß die Zugänglichkeit dieser Widerstände gewährleistet ist. Sie werden also zweckmäßigerweise

so als steckbare Widerstände aus der eigentlichen Schaltung herausgeführt, um im Zweifelsfall die Auswechslung auch durch ungeschultes Personal vornehmen zu lassen. Außer einem Auswechseln der Eichwiderstände ist keine Justierung der Schaltung durch Externe notwendig, da sich die wesentlichen Schaltungselemente derSchaltungselbst korrigieren.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Wärmemengenmeßeinrichtung für eine von einem Fluid an einen Wärmetauscher abgegebene Wärmemenge mit einer Durchsatzmeßeinrichtung, je einem als Meßwiderstand ausgebildeten Wärmefühler vor- und rücklaufseitig des Wärmetauschers, einem Sägezahnspannungs-Generator und Komparatoren, die nach Maßgabe der Spannungsdifferenz der von den Wärmefühlern abgegebenen Spannungen und der Sägezahnspannung ein logisches Schaltglied steuern und mit einem Zähltaktimpulsgenerator, dessen Spannungsimpulse in dem einen Schaltungszustand des logischen Schaltgliedes einem Impulszähler zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die als lineare Meßwiderstände (5,9) ausgebildeten Wärmefühler von je einer Konstantstromquclle (17,23) gespeist sind und daß die Eingänge (30,31) der Komparatoren (32,33) auf Vergleichswiderstände (22, 28) zur Durchführung eines Eichvorganges gemeinsam umschaltbar sind und daß das Zählergebnis des Eichvorganges mit einem Soll-Wert in einem Vergleicher (55) verglichen ist, und daß nach Maßgabe des Soll-Ist-Vergleiches des Eichvorganges die Frequenz des Zähltaktgenerators (50) nachgeführt ist.

2. Wärmemengenmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der einen Konsiantstromquelle (23) von dem Strom der anderen Konstantstromquelle (17) über einen Meßwiderstand (19) nachgeführt ist.

3. Wärmemengenmeßeinrichtung für eine von einem Fluid an einen Wärmetauscher abgegebene Wärmemenge mit einer Durchsatzmeßeinrichtung, je einem als Meßwiderstand ausgebildeten Wärmefühler vor- und rücklaufseitig des Wärmetauschers, einem Sägezahnspannungsgenerator und Komparatoren, die nach Maßgabe der Spannungsdifferenz der von den Wärmefühlern abgegebenen Spannungen und der Sägezahnspannung ein logisches Schaltglied steuern und mit einem Zähltaktimpulsgenerator, dessen Spannungsimpulse in dem einen Schaltungszustand des logischen Schaltglicdes einem Impulszähler zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfrequenz des Zähltaktgenerators (50) mit einem in einem Vergleicher (55) gespeicherten Sollwert verglichen ist und daß nach Maßgabe dieses Vergleiches die Impulsfrequenz nachstimmbar ist.

4. Wärmemengenmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfrequenznachstimmung mittels eines Regelspannungstiefpaßgliedes vorgenommen ist.

5. Wärmemengenmeßeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zähltaktgenerator (50) und Vergleicher (55) ein Impulsfrequenzuntersetzer (52) vorgesehen ist.

6. Wärmemengenmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des Ausgangssignals des Regelspannungstiefpaßgliedes (58) der Zählwerkausgang der Einrichtung gesperrt ist.