DE2843047A1

DE2843047A1 - Brueckenschaltung zur waermedurchflussmessung

Info

Publication number: DE2843047A1
Application number: DE19782843047
Authority: DE
Inventors: Oswald Ing Grad Schaefer
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1978-10-03
Filing date: 1978-10-03
Publication date: 1980-04-24

Description

Die Erfindung betrifft eine Brückenschaltung zur Wärmedurch-
flußmessung, die von einer dem Durchfluß des Mediums proportionalen Spannung oder einem entsprechenden proportionalen Strom gespeist wird und jeweils in einer Brückenhälfte ein Widerstandsthermometer zur Messung der Temperatur im Vor-und Rücklauf des Mediums aufweist.
Eine derartige Brückenschaltung ist beispielsweise aus der DT-AS 12 74 816 bekannt und enthält ein Ausführungsbeispiel mit zwei bzw. vier Widerstandsthermometern. Zur Vermeidung von Meßfehlern infolge von Wichteschwankungen und Änderung der spezifischen Wärme in Abhängigkeit der Temperatur schlägt die genannte Auslegeschrift vor, j edem jedem Widerstandsthermometer einen hochohmigen Widerstand vorzuschalten. Als nachteilig ist bei der bekannten Ausführungsform anzusehen, daß ein linearer Verlauf der Widerstandszunahme von Widerstandstheritiometern mit der Temperatur vorausgesetzt wird. Eine solche Annahme führt jedoch bei den oft vorliegenden geringen Temperaturdifferenzen zwischen Vor- und Rücklauf zu erheblichen fehlern.
Eine weitere Schaltungsanordnung zur Messung einer Wärmemenge ist in der DT-OS 25 04 797 beschrieben. Das dort beschriebene Prinzip zur Wärmedurchflußmessung setzt allerdings Meßgeräte zur Umformung des Volumendurchflusses in eine Impulsfolge voraus. Als derartige Geräte sind beispielsweise Ovalradmesser mit Induktiv-Abgriff bekannt, die an sich schon aufwendig sind. Die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf wird bei der bekannten Meßeinrichtung mit Hilfe eines Spannungs/Frequenz-Umsetzers in eine Impulsfolge umgeformt.
Die Nichtlinearitäten der Temperaturmeßeinrichtung gehen allerdings als prinzipbedingter Meßfehler in das Meßergebnis ein und wären nur durch zusätzliche linearisierende Verstärker auszuschalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, eine einfache Brückenschaltung zur Wärmedurchflußmessung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Nichtlinearitäten der verwenderen Widerstandsthermometer berücksichtigt werden.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an jedem Widerstandsthermometer ein nichtinvertierender, rückgekoppelter Verstärker angeschlossen ist und daß zwischen jedem Verstärkerausgang und einer Brückendiagonalen ein Mitkopplungswiderstand liegt, der die mehrfache Größe des Ohmwertes eines Widerstandsthermometers aufweist.
Die Widerstände sind vorzugsweise so ausgelegt, daß die Enthalpie des Meßstoffes im interessierenden Temperaturbereich mit sehr guter Näherung nachgebildet wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand von Fig. 1 bis Fig. 3 der Zeichnung näher erläuert. Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild und Fig. 2 und 3 Diagramme.
In Fig. 1 sind mit V1, V2, V3 und V4 Verstärker, mit Tr1 und Tr2 Potentialtrenner und mit R1, R2, R3, R4,R5,R6,R7,R8 und Rg ohmsche Widerstände bezeichnet. Die zur Messung der Temperaturen in Vor- und Rücklauf eingesetzten Widerstandsthermometer tragen die Bezeichnung rV und rR. Die Eingangssignale I ##P und U ##P werden von einem nicht dargestellten radizierenden Meßumformer geliefert, dem seinerseits der von einem Drosselorgan gelieferte Differenzdruck #P zwischen Vor- und Rücklauf zugeführt wird. Ein dem radizierten Differenzdruck ##P entsprechendes Signal I ##P, U ##P ist wiederum dem Massendurchfluß 9mr proportional.
über den Potentialtrenner Tr gelangt das Signal I <FF bzw.
U ##P zu dem invertierenden Verstärker V3, dessen Ausgangsspannung U1 ~ qmr eine Brückenanordnung speist, die aus zwei gleichen Festwiderständen R1 und R2 und zwei Widerstandsthermometern rV und rR zur Erfassung der Temperaturen im Vor-und Rücklauf besteht. Die Verstärker V1, V2 sind durch die Widerwände R6 und R7 bzw. R8 und Rg zur Erlangung eines stabilen Betriebsverhaltens gegengekoppelt und verfügen über Mitkopplungswiderstände R3, R4, die ihrerseits jeweils zwischen einem Verstärkerausgang und einer Brückendiagonalen eingeschaltet sind. Durch diese Mitkopplung ergibt sich eine progressive Verstärkerkennlinie, welche die degressive Kennlinie der Widerstandsthermometer rV, rR weitestgehend kompensiert. Die Mitkopplungswiderstände R3, R4 betragen ein Mehrfaches des Wertes der Widerstandsthermometer rV, rR; sind Platin-Widerstandsthermometer eingesetzt, ist jeder Mitkopplungswiderstand R3, R4 etwa viermal so groß wie der Wert eines Widerstandsthermometers rV, rR.
An der in Fig. 2 dargestellten Fehlerkurve wird deutlich, wie hoch die mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 erzielbare Genauigkeit ist. Die Kurve gilt für Wasser bei einem Druck von 10 bar. In einem Bereich der Wassertemperatur von 35 ... 1500 C bleibt der Linearitätsfehler innerhalb + 0,05 %, bezogen auf den jeweiligen Sollwert. Es gilt somit mit guter Näherung: U2V ~ qmr #hV und 2R qmr hR wobei mit hV und hR die Enthalpie in Vor- und Rücklauf bezeichnet ist.
Die an der Brückendiagonalen entstehende Spannung UD beträgt somit: UD ~ qmr (hV - hR).
Die an den Widerstandsthermometer rV und rR abfallenden Spannungen U2v, U2R werden dem hochohmigen Brückenver stärker V4 zugeführt, der über einen zweiten Potentialtrenner Tr2 die Ausgangssignale UA bzw IA bereitstellt.
Es kann dem Potentialtrenner Tr2 ferner ein nicht dargestellter Endverstärker zur Lieferung eingeprägter Ausgangsgrößen nachgeschaltet werden; der Endverstärker könnte infolge der vorgenommenen Potentialtrennung ohne weiteres geerdet werden, wenn dies erforderlich sein sollte.
Soll bei der beschriebenen Schaltungsanordnung eine Dichtekorrektur vorgenommen werden, so ist eine der beiden in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Verbindungen (1 oder 2) herzustellen, womit der Ausgang eines der beiden Verstärker (V1 oder V2) dem Eingang des Verstärkers V3 zugeführt wird. Es ist derjenige Verstärker zu wählen, dessen zugehöriges Widerstandsthermometer (rV oder rR) die Temperatur in der das Drosselorgan enthaltenden Meßstoffleitung (Vor- oder Rücklauf) erfaßt. Die am Ausgang des Verstärkers entstehende Spannung, die eine Funktion der Temperatur und damit auch der Dichte des Meßstoffes am Drosselorgan ist, gelangt über den zweckmäßig auszulegenden Widerstand R5 mit einem zum Eingangssignal I##P bzw. U##P inversen Vorzeichen an den Verstärker V3. Somit tritt am Ausgang des Verstärkers V3 eine mit steigender Temperatur abnehmende Spannung U1 auf, wie sie dem Verlauf der Dichte entspricht.
Fig. 3 zeigt den Linearitätsfehler der Dichte-Näherung für die beschriebene Schaltungsanordnung. Bei Wassertemperaturen zwischen 30 und 1500 C bleibt der Fehler innerhalb + 0,3 % bezogen auf den Sollwert.

Claims

Brücken schaltung zur Wärmedurchflußmessung Ansprüche: 9 rückenschaltung zur Wärmedurchflußmes.sung, die von einer dem Durchfluß des Mediums proportionalen Spannung oder einem entsprechenden proportionalen Strom gespeist wird und jeweils in einer Brückenhälfte ein Widerstandsthermometer zur Messung der Temperatur im Vor- und Rücklauf des Mediums aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Widerstandsthermometer (rv, rR) ein nichtinvertierender, rückgekoppelter Verstärker (V1, V2) angeschlossen ist und daß zwischen jedem Verstärkerausgang und einer Brückendiagonalen ein Hitkopplungswiderstand (R3, R4) liegt, der die mehrfache Größe des Ohmwertes eines Widerstandsthermometers (rv, rR) aufweist.
2. Brückenschaltung zur Wärmedurchflußmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwertaufnehmer Platin-Widerstandsthermometer eingesetzt sind und daß jeder Mitkopplungswiderstand (R3, R4) etwa das Vierfache des Ohmwertes eines Widerstandsthermometers (rv, rR) beträgt.
3. rückenschaltung zur Wärmedurchflußmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssignale bzw. U1, p) einem invertierenden Verstärker (V3) zugeführt sind und daß das Ausgangssignal eines der beiden nichtinvertierenden Verstärker (V1, V2) mit inversem Vorzeichen zur Durchführung einer Dichtekorrektur auf den Eingang des Verstärkers V3 zurückgeführt ist.
4. Brückenschaltung zur W§rmedurchflußmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang und am Ausgang der Schaltungsanordnung Potentialtrenner (Tr1, Tr2) angeschlossen sind.