DE2846538A1

DE2846538A1 - Waermemesser

Info

Publication number: DE2846538A1
Application number: DE19782846538
Authority: DE
Inventors: Kenneth Victor Diprose; Arthur Stuart Forbes
Original assignee: ISS Clorius Ltd
Current assignee: ISS Clorius Ltd
Priority date: 1977-10-31
Filing date: 1978-10-26
Publication date: 1979-05-03
Also published as: FR2407460B1; DK483778A; NL191188B; SE7811252L; CA1118895A; DK158407B; DE2846538C2; LU80456A1; IT7829259A0; BE871652A; JPS54102182A; AT383681B; ATA780878A; NL191188C; FR2407460A1; US4250747A; CH639200A5; DK158407C; IT1099853B; NL7810844A

Description

DIPL-ING. HORST ROSE DIPL-ING. PETER KOSEL

3353 Bad Gandershelm, 25. Ok t 1978

Postfach 129

Hohenhöfen 5 Telefon: (05382) 2842

Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandershelm '; ■

Unsere Akten-Nr. ■- ■ ' ·

ISS CLORIUS LIMITED
Gesuch vom *£ .»

ISS CLORIUS LIMITED Redwood House, Bristol Road, Keynsham, Bristol BS18 2BB England

Großbritannien

Wärmemesser

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmemesser.

Die Erfindung wird insbesondere Jedoch nicht ausschließlich angewandt bei der Messung des Werts der Wärmeleistung, die einem Heißwasser-Radiatorsystem zugeführt wird, z.B. für Wohnungszwecke.

Es besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen vollständig passiven Wärmemesser zu schaffen, der in der Lage ist, über einen großen Bereich von Betriebsparametern zu arbeiten, ohne einen besonderen Druckabfall bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten des strömenden Mediums hervorzurufen und ohne Beeinträchtigung oder gar Ausfall seiner Funktion bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten.

Der diese Aufgabe lösende Wärmemesser ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer Messung, die die Strömungsgeschwindigkeit

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eines strömenden Mediums wiedergibt, durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer Messung, die die Temperaturdifferenz des strömenden Mediums zwischen zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Stellen wiedergibt, und ferner durch eine Einrichtung, die als Eingangssignal zu einer ersten der Meßeinrichtungen ein Signal liefert, das das Ausgangssignal der jeweils anderen Meßeinrichtung wiedergibt, wodurch das von der ersten Meßeinrichtung erhaltene Ausgangssignal den Betrag der Wärme wiedergibt, die mit dem strömenden Medium zwischen den im Abstand voneinander angeordneten Stellen ausgetauscht worden ist.

Vorzugsweise wird ein Ausgangssignal der Meßeinrichtung für die Strömungsgeschwindigkeit als Eingangssignal für die Meßeinrichtung für die Temperaturdifferenz angewandt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird nach der Erfindung ein Wärmemesser geschaffen, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit eines ihn durchströmenden Mediums und die Temperaturdifferenz zwischen einströmendem und auaärömendem Medium elektrisch gemessen werden, ohne da^ irgendein Hindernis in den Strömungsweg eingebracht wird. Die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperaturdifferenz werden derart miteinander multipliziert, daß keine zusätzliche Ungenauigkeit über die eigenen Fehler der verwendeten Wandler für die Strömungsgeschwindigkeit und für die Temperaturdifferenz hinaus eingeführt wird.

Falls das strömende Medium elektrisch leitend ist, kann die Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eine elektromagnetische Induktionsvorrichtung sein, die Mittel aufweist, um das strömende Medium einem Magnetfeld zu unterwerfen, sowie Elektroden zur Feststellung der Spannung, die dadurch im strömenden Medium induziert wird. Vorzugsweise wird das Magnetfeld inter-

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mittierend angelegt, wodurch die Polarisationswirkung des strömenden Mediums auf ein Minimum verringert wird und elektrische Leistung eingespart werden kann.

Die Einrichtung zur Messung der Temperaturdifferenz kann ein Paar von temperaturempfindlichen Widerständen aufweisen, vorzugsweise Platinfilm-Sensoren, die in einer elektrischen BrUckenschaltung miteinander verbunden sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wärmemesser zu schaffen, der elektromagnetische Mittel zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit sowie elektrische Widerstände aufweisende Mittel zur Temperaturmessung aufweist und in dem die Wirkung der Änderungen in der Speisespannung und im Widerstand der Feldspulen auf ein Mindestmaß verringert wird.

Dies wird in einer bevorzugten Ausführungsform durch die Erfindung erreicht, indem das magnetische Feld, das den Feldspulen der die Strömungsgeschwindigkeit messenden Mittel zugeführt wird, derart geregelt wird, daß ein Rückkopplungssignal in einem zugehörigen Steuerkreis proportional ist zu dem Strom in den Feldspulen.

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Merkmale, weitere Einzelheiten und weitere Vorteile ergeben eich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen des Wärmemessers nach der Erfindung anhand der Zeichnung/ und zwar in Anwendung des Wärmemessers für ein Heißwasser-Radiatorsystem. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Systems des Wärmemessers,

Fig. 2 und 3 detaillierte elektrische Schaltbilder der Stromversorgung und der Taktgebereinheit des Wärmemessers nach Fig. 1,

Fig. 4 eine schaubildliche schematische Ansicht des mechanischen Aufbaus des Strömungswandlers aus Fig. 1,

Fig. 5 ein detailliertes elektrisches Schaltbild des Strömungswandlers aus Fig. 1,

Fig. 6 eine schematische Ansicht des mechanischen Aufbaus des Temperaturwandlers aus Fig. 1,

Fig. 7 ein detailliertes elektrisches Schaltbild des Temperaturwandlers aus Fig. 1,

Fig. 8, 9 und 10 detaillierte elektrische Schaltbilder der Abfrage- und Speichereinheit/ der Integratoreinheit und der Auszähl- und Anzeigeeinheit, jeweils aus Fig. 1,

Fig. 11, 12 und 13 Diagramme von Wellenformen an verschiedenen Testpunkten der elektrischen Schaltung des Wärmemessersystems.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Eine netzbetriebene Stromversorgung 2 leitet ein Signal mit Netzfrequenz zu einer Taktgebereinheit 4, die so angeordnet ist, daß sie den Arbeitstakt eines Strömungswandlers 6 und einer Abfrage- und Speichereinheit 8 steuert. Die Stromversorgung 2 gibt ferner entlang einer Leitung 16 elektrische Leistung ab zur Verwendung in den

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verschiedenen Bestandteilen des Wärmemessers, wie im folgenden beschrieben wird. Das Auegangssignal des Strömungswandlers 6 wird als Eingangssignal einem Temperaturwandler 10 zugeführt, und es wird das Ausgangssignal des Temperaturwandlers 10, nachdem es durch die Abfrage- und Speichereinheit 8 hindurchgeleitet ist, in einem Integrator 12 integriert. Das Ausgangssignal des Integrators 12 wird einer Auszähl- und Anzeigeeinheit 14 zugeführt.

Der Strömungswandler 6 bestimmt die Strömungsgeschwindigkeit des durch das Radiatorsystem fließenden Wassers, der Temperaturwandler 10 bestimmt den Temperaturabfall des darin fließenden Wassers. Diese beiden Werte werden miteinander kombiniert und die Resultierende, die ein Haß der Wärme darstellt, die dem Radiatorsystem zugeführt wird, wird durch die Einheit 14 angezeigt.

Die einzelnen Bestandteile des Wärmemessersystems gemäß Fig. 1 werden im folgenden in weiteren Einzelheiten beschrieben.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Stromversorgungseinheit 2 wird das Ausgangssignal eines Netzübertragers 18 durch einen Ganzwellengleichrichter 20 hindurchgeleitet, so daß eine ungeregelte Gleichspannung von 15V auf der Leitung 22 geliefert wird, die verwendet wird, um intermittierenden Strom zum Strömungswandler 6 und einem elektromagnetischen Zähler der Auszähl- und Anzeigeeinheit 14 zu leiten. Ferner wird eine geregelte Stromversorgung von +7V auf den Leitungen 24 bzw. 26 geliefert.

Die Stromversorgung 2 enthält eine integrierte Schaltung 28, die zwei Operationsverstärker aufweist, die eine Masseleitung 30 in bezug auf die geregelten Versorgungsleitungen 24 bzw. 26 steuern. Die Stromversorgung 2 ist so ausgelegt, daß sie einen Stromausgang von 2mA auf der Masseleitung 30 und von 20 bis 25mA auf der +7V-Leitung 24 liefert. Die Widerstände 32, 34 und

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36 erzeugen ein 50Hz-Taktsignal A mit geringer Leistung auf der Leitung 38. Dieses Taktsignal A wird der Taktgebereinheit 4 gemäß Fig. 3 zugeführt.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Taktgebereinheit 4 wird das Taktsignal A auf der Leitung 38 von der Stromversorgung 2 her als ein Eingangssignal auf den Verstärker 40 gegeben, der das 50Hz-Sinuswellen-Signal A in eine Rechteckwelle mit schnellen Anstieg- und Abfallzeiten umwandelt. Die Rechteckwelle wird einem siebenstufigen Binärzähler 42 zugeführt, der eine Rechteckwelle mit einer Periode von 2560ms (Millisekunden) erzeugt, die zum Takten eines ersten Flip-Flop 44 in einer integrierten Schaltung 46 verwendet wird. Der Flip-Flop 44 wird rückgesetzt durch ein 25Hz-Signal auf der Leitung 48, das von der ersten Stufe des Binärzählers 42 geliefert wird. Vom Anschluß Q1 der integrierten Schaltung 46 wird ein Ausgangssignal C erzeugt. Die Wellenform des Signals C an einem Abgreifpunkt TP1 ist in Fig. 11 dargestellt, aus der ersichtlich ist, daß das Signal C nur für 20ms in jeder Periode von 2560ms niedrig ist. Die integrierte Schaltung 46 ist aufgeteilt in zwei gesonderte Komponenten, und es ist ersichtlich, daß das Ausgangssignal am Anschluß Q1 des Flip-Flops 44 als Eingangssignal zu einem zweiten Flip-Flop 50 geleitet wird. Der Flip-Flop 50 ist getaktet mit einem 50Hz-Eingangssignal, das vom Ausgang des Verstärkers 40 entnommen wird und am Testpunkt TP15 in Fig. 11 dargestellt ist. Das resultierende Ausgangssignal B am Flip-Flop 50 ist am Testpunkt TP2 in Fig. 11 dargestellt, woraus ersichtlich ist, daß das Signal B nur für die zweiten 10ms des Signals C am Testpunkt TP1 hoch ist (Fig. 11).

Das Ausgangssignal B von der Taktgebereinheit 4 wird zum Temperaturwandler 10 geleitet, und das Ausgangssignal C wird sowohl zum Temperaturwandler 10 als auch zum Strömungswandler 6 gemäß Fig. 5 geleitet.

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Gemäß Fig. 4 ist der Strömlings wandler 6 ein elektromagnetischer Strömungswandler, in dem ein Magnetkern 52 so angeordnet ist, daß er zwei Pole 54 und 56 auf entgegengesetzten Seiten eines Wasserrohre 58 bildet.

Obwohl das Wasserrohr 58 grundsätzlich zylindrisch ist, ist der Querschnitt zwischen den Polen 54 und 56 rechteckig gestaltet, um Ungenauigkeiten der Messung infolge von ungleichmäßiger Strömung des Wassers über den Querschnitt zu reduzieren. Der Übergang vom Kreis-

IQ querschnitt des Rohres 58 aus nichtrostendem Stahl in einen rechteckigen Querschnitt aus elektrisch isolierendem Material wird erreicht durch die Verwendung einer aus isolierendem Kunststoff geformten Auskleidung 60 des Rohrs 58, die einerseits den Beanspruchungen des hydraulischen Drucks gewachsen ist und andererseits den zwei Erfordernissen genügt, nämlich daß dieser Leitungsabschnitt nichtmagnetisch ist und einen hohen elektrischen Widerstand aufweist. Zusätzlich ist die Gleichförmigkeit des Wasserströmungsprofils verbessert durch Anordnung eines Venturirohrs am Polspalt, um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen und so das Ausgangssignal des Strömungswandlers 6 für eine vorgegebene Strömung durch das Rohr 58 zu erhöhen.

über Leiter 62 und 64 wird Strom einer Spule 66 zuführt, die um einen Schenkel des Kerns 52 gewickelt ist. Dadurch wird ein magnetisches Feld erzeugt, das in dem Wasserelektrolyten zwischen den Polen 54 und 56 aufgebaut wird. Ein Paar von Elektroden 58 und 70 ist innerhalb des Einsatzes 60 derart angeordnet, daß der zwlsehen ihnen gebildete Spalt sich senkrecht zum magnetischen Feld erstreckt. Eine Strömung der elektrisch leitenden Flüssigkeit durch das Magnetfeld induziert zwischen den Elektroden 68 und 70 eine Spannung, die von der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit abhängt. Mit den Elektroden 68 und 70 sind Leiter 72 und

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74 verbunden, um einen Pfad für ein Ausgangssignal vom Strömungswandler 6 zu bilden, das von der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers durch das Rohr 58 abhängt.

Es ist ersichtlich, daß das von den Leitern 72 und 74 geführte Spannungssignal proportional ausschließlich zur Strömungsgeschwindigkeit des Wassers gemacht werden kann, d.h. unbeeinflußt von der Dichte, der Viskosität, der Leitfähigkeit, dem Druck oder der Temperatur der Flüssigkeit, die im Rohr 58 strömt, wenn der vom Wasser durch die äußeren elektrischen Schaltkreise (Fig. 5) gezogene Strom gering ist. Die induzierte Spannung kann in bekannter Weise ausgedrückt werden durch die Formel

V=KxBxVxD,

wobei V die induzierte Spannung, K eine Konstante, 5 die Stärke des magnetischen Feldes, V die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und D der Abstand der Elektroden 68 und 70 bedeuten.

Um Fehler bei der Messung der Strömungsgeschwindigkeit auf ein Mindestmaß zu reduzieren, welche Fehler von der Polarisation an den Flächen zwischen den Elektroden und dem Wasser auftreten können, und um ferner die Betriebsleistung des Strömungswandlers 6 auf ein Mindestmaß zu verringern, wird der Spule 66 Strom intermittierend zugeführt, und es wird die Änderung in der induzierten Spannung auf den Leitern 72 und 74 mit eingeschaltetem Magnetfeld und ausgeschaltetem Magnetfeld gemessen.

In Fig. 5 ist das Schaltbild des Strömungswandlers 6 dargestellt. Die Feldspule 66 erzeugt ein gleichförmiges Magnetfeld von ungefähr 0,5 Tesla über eine Länge von 20mm des Rohreinsatzes 60. Dies reicht aus, um eine Potentialdifferenz von 0,7 Millivolt pro Meter pro Sekunde durchschnittlicher Strömungsgeschwindigkeit zu induzieren. Das Magnetfeld wird dadurch konstant gehalten, daß ein Rückkopplungssignal von der Spule 66 zu einem steuernden

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1 Operationsverstärker 76 auf der Leitung 78 gegeben wird, welches Signal proportional zum Strom in der Feldspule ist. Eine solche Regelung gewährleistet, daß irgendeine Änderung in der Speisespannung oder im Widerstand der Feld-. spule 66 die Spannung auf den Leitern 72 und 74 nicht beeinflußt. Ferner erlaubt dies die Bereitstellung eines Magnetflusses, der für eine Periode von ungefähr 15ms konstant ist. Wenn auch eine solche Regelung nicht Jede Änderung in der Permeabilität des magnetischen Kreises des Strömungswandlers 6 auslöschen kann, so sind solche Änderungen doch gewöhnlich vernachlässigbar.

Die intermittierende Erregung des Magnetfeldes wird erreicht durch Ein- und Ausschalten des Erregerstroms mithilfe des Taktsignals C durch einen als integrierte Schaltung ausgebildeten Verstärker 76 und Transistoren 80 und 82. Während der Einschaltperiode steigt der Strom ungeprüft an, bis nach etwa 5ms die SpannungsrUckkopplung zum Verstärker 76 gleich der Spannung am Widerstand 84 ist, die auf 1V festgesetzt wird durch geeignete Wahl des Werts des Widerstands 86. Auf dieser Stufe des Zyklus steuert der Verstärker 76 den Strom derart, daß die Spannung am Testpunkt TP3 auf dem Leiter 78 bei 1V oberhalb des negativen Leiters 76 bleibt, wie in Fig. 11 dargestellt ist. Nachdem der Strom durch das Taktsignal C abgeschaltet ist, fällt er exponentiell ab, wird aber abgeleitet durch die Kurzschlußdiode 88, so daß der Abfall am Testpunkt TP3 nicht auftritt.

Um die Größe der Wärme zu bestimmen, die zum Radiatorsystem übertragen wird, muß die Strömungsgeschwindigkeit des hindurchfließenden Wassers, wie sie durch den Durchflußmesser nach Fig. 4 und 5 bestimmt ist, mit dem Temperaturabfall des Wassers kombiniert werden. Die Messung des Abfalls der Wassertemperatur wird anhand Fig. 6 und 7 geschrieben.

Da^ dem Radiatorsystem zugeführte heiße Wasser wird durch einen ersten Rohrabschnitt 90 und das das Radiator-

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system verlassende kühlere Wasser wird durch einen zweiten Rohrabschnitt 92 geleitet. Die Rohrabschnitte 90 und 92 sind Bestandteil des Rohres 58, das für die Messung der Strömungsgeschwindigkeit benutzt wird. Temperaturempfindliche Widerstände 94 und 96 sind zum Abfühlen der Wassertemperatur in den Rohrabschnitten 90 bzw. 92 angeordnet. Die Widerstände 94 und 96, die als Platinfilm-Sensoren ausgebildet sind, bilden zwei Arme einer Wheatstone-Brücke, deren beide anderen Arme durch die festen Widerstände 98 und 100 gebildet werden. Der Strom wird der Brücke zwischen der Verbindung 102 der Widerstände 94 und 98 und der Verbindung 104 der Widerstände 96 und 100 zugeführt. Die Verbindung 106 zwischen den Widerständen 94 und 96 und ein Abgreifpunkt entlang der Widerstandskette 98-100 sind an Leiter 108 bzw. 110 angeschlossen, um ein Ausgangssignal von diesem Temperatur-BrUckenkreis zu erzeugen. Dieser Temperatur-Brückenkreis wird anhand Fig. 7 näher beschrieben.

Als integrierte Schaltungen ausgebildete Verstärker 112 und 114 empfangen die Signale D und E (Testpunkte TP4 bzw. TP5 in Fig. 11) vom Strömungsmeßkreis nach Fig. 5. Die verstärkten Signale werden über die Transistoren 116 und 118 durch die Sensoren 94 und 96 für die heiße und die kalte Temperatur hindurchgeleitet. Der die Sensoren 94 und 96 (heiß und kalt) verbindende Widerstand 122 gewährleistet, daß der Sensorstrom proportional zur Spannung von den Elektroden 68 und 70 des Strömungsmessers 6 ist. Durch diese Mittel wird der durch die Temperatursensoren fließende Strom derart gesteuert, daß er protortional zu derjenigen Spannung ist, die dem Strömungsgeschwindigkeitssignal D/E analog ist. Wenn der Strom durch die Temperatur sensor en in dieser Weise gesteuert wird, ist der Spannungsabfall an jedem Temperatursensor proportional zum zugehörigen Widerstand. Dementsprechend ist das Spannungssignal bei

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Brückenungleichgewicht, das über die Leiter 108 und 110 auf einen als integrierte Schaltung ausgebildeten Verstärker 120 gegeben wird, proportional dem Produkt des elektrischen Analogons der Wasserströmung und der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sensoren für heiß und kalt. Die Verstärkung durch den Verstärker 120 ist derart eingerichtet, daß jeweils 10OmV seines Ausgangssignals F einer übertragung von 1kW Leistung zum Radiatorsystem entspricht.

Wellenformen, die die an den Temperatursensoren 94 und 96 für heiß und kalt entwickelten Spannungen darstellen, sind an den Testpunkten TP6 und TP7 in Fig. 12 dargestellt.

Das Signal F, wie es am Testpunkt TP8 (Fig. 12) dargestellt ist, entspricht der Stromwellenform in der Feldspule 66 des Strömungsmessers 6 mit einer Amplitude, die proportional der Wärmeleistung ist.

Die Multiplikation, die innerhalb des Temperaturwandlerkreises gemäß Fig. 7 stattfindet und die Ausgangssignale des Strömungsmessers und der Temperatursensoren kombiniert, wird durchgeführt ohne zusätzliche

die

Ungenauigkeit, über die individuellen Fehler des Temperaturwandlers und des Strömungswandlers, gesondert genommen, hinausgeht. Ferner wird die eigene Nichtliniaritat eines Ausgangssignals einer Wheatstone-Brücke, die auftritt, wenn Spannungsbetrieb angewandt wird, vollständig vermieden.

Die Widerstände 124 und die Kapazität 126 in Fig. 7 sind mit den Eingangsverstärkern 112 und 114 derart verknüpft, daß eine Rückkopplungsschleife erzeugt wird. Diese Anordnung steuert die Frequenzabhängigkeit der Verstärker derart, daß langsame Spannungsänderungen unterhalb 0,01Radian pro Sekunde gedämpft werden im Verhältnis 100 zu 1 in bezug auf sich schneller ändernde Spannungen. Dies reduziert die Wirkung jedes

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elektrochemischen Rauschens, das am integrierten Verstärkerkreis 120 auftritt, und führt ferner zu einer automatischen Nullkorrektur für die Gleichstromverstärker 112 und 114.

Wie weiter oben erläutert worden ist, wird der Betrieb des Strömungswandlers 6 pulsiert, so daß auch das Ausgangssignal F des Schaltkreises nach Fig. 7 pulsiert wird. Das Ausgangssignal F wird zusammen mit den Ausgangssignalen B und C der Taktgeberschaltung nach Fig.

3 verwendet als Eingangssignal für die Abfrage- und Speichereinheit 8, die im einzelnen in Fig. 8 dargestellt ist. Die Schaltung nach Fig. 8 mißt die Höhe des Impulssignals F für die Wärmeleistung und wandelt es in eine kontinuierliche Spannung gleicher Größe um. Die Abfrage- und Speichereinheit 8 ist derart ausgebildet, daß sie das Signal F während der zweiten Hälfte des 20ms-Impulses am Testpunkt TP1 (Fig. 11) abfragt, wenn der magnetische Fluß des Strömungsmessers 6 konstant gehalten wird. Das Signal F weist den erforderlichen Impuls der Wärmeleistung auf, dem jedes elektrochemische Restrauschen zusammen mit jedem Gleichstromdriften der Verstärker 112, 114 und 120 des Wandlerkreises nach Fig. 7 überlagert ist.

Die Schalter 128 und 130 bilden einen Teil eines viereranalogen (quad-analogue) Schalters. Der Schalter 128 ist normalerweise geschlossen, um das Ausgangsende des Kondensators 132 auf Massepotential zu halten. Wenn das Eingangssignal C vom Taktgeberkreis 4 nach unten verläuft (wie am Testpunkt TP1 in Fig. 11 dargestellt), wird der Schalter 128 geöffnet und der Kondensator 132 von Masse isoliert. Wenn das Eingangssignal B von der Taktgebereinheit 4 ins Positive verläuft, wie beim Testpunkt TP2 in Fig. 11 dargestellt, wird der Schalter 130 geschlossen, so daß der Kondensator 132 mit einem weiteren Kondensator 134 verbunden ist. Am Ende der 20ms-Periode des Taktgebersignals C werden die Schalter 128 und 130

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28A6538 in ihre ursprüngliche Lage zurückgesetzt, wobei ein Teil der Ladung auf dem Kondensator 132 zum Kondensator 134 übertragen worden ist oder umgekehrt. Auf diese Weise verlangt letztlich der Kondensator 134 ein Potential, das gleich der Höhe des Impulses des Eingangssignals F vom Temperaturwandler 10 ist. Der Kondensator 134 ist an einen als integrierte Schaltung ausgebildeten Verstärker 136 angeschlossen, der als Pufferverstärker mit dem Verstärkungsfaktor eins mit außerordentlich hoher Eingangsimpedanz und niedriger Ausgangsimpedanz ausgebildet ist. Das Ausgangssignal G des Verstärkers I36 ist eine Gleichspannung, die proportional zur Wärmeleistung ist, die zu dem Radiatorsystem übertragen wird.

Die Funktion der Schalter 128 und 130 resultiert in einer Extraktion der der Wärmeleistung entsprechenden Spannung aus dem Eingangssignal F, wobei das elektrochemische Rauschen und die Gleichstrom-Driftsignale, die weiter oben erwähnt worden sind, fast vollständig ignoriert werden.

Das Ausgangssignal G der Abfrage- und Speichereinheit 8 wird einem Integrator 12 zugeführt, der anhand Fig. 9 näher beschrieben wird. Der Integrator 12 ist ein Spannungs—in-Frequenz-Konverter, dessen Ausgangszählung proportional der Wärmeenergie ist. Das Signal G wird zu einem als integrierte Schaltung ausgebildeten Verstärker 138 geleitet, der das Wärmeleistungssignal mit einer Zeitskala von ungefähr 100ms integriert, d.h. das Ausgangssignal des Verstärkers 138 am Testpunkt TP10 (Fig. 13) verläuft ins Negative mit einer Geschwindigkeit von 10V pro Sekunde für Jedes Volt des Signals G. Sobald das Integral -3,5V erreicht, schaltet der als integrierte Schaltung ausgebildete Verstärker 140 um und sein Ausgangssignal geht von -6V auf +6V über und verbleibt dort für ungefähr 4ms in Abhängigkeit von positiver Rückkopplung, die über den Kondensator 142 zugeführt wird. Das Ausgangssignal H am Testpunkt TP11 (Fig. 13)

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schließt einen Schalter 144 und öffnet, durch Erregung eines Transistors 146, einen Schalter 148. Die Schalter 144 und 148 bilden zusammen mit den Schaltern 128 und 130 der Abfrage- und Speichereinheit 8 eine einzige viereranaloge (quad-analogue) Schaltereinheit. Die Funktion der Schalter 144 und 148 injiziert eine feste Ladung, die gleich der negativen Spannung auf dem Leiter 26 multipliziert mit dem Wert des Kondensators 150 ist, in die summierende Verbindung des Verstärkers 138. Dies setzt die Ausgangsspannung am Testpunkt TP10 des Verstärkers 138 auf angenähert Null Volt zurück, und es wird der Prozeß unbegrenzt wiederholt.

Der Vorteil dieser Methode der Rückstellung des Integrators besteht darin, daß die Genauigkeit der Rück-Stellungsfrequenz nur von den Werten des Eingangswiderstandes 152, des Kondensators 150 und der Spannung auf dem Leiter 26 abhängt, jedoch überhaupt nicht vom Wert des Rückkopplungskondensators 154 oder der Spannungsstabilität des Vergleichsverstärkers 140.

Di_e Digitalimpulse, die das Ausgangssignal H des Integrators 12 aufweisen, bilden das Eingangssignal eines siebenstufigen Binärzählers 144 der Auszähl- und Anzeigeeinheit 14, wie in Fig. 10 dargestellt ist. Das Ausgangssignal des Zählers 144 ändert sich einmal von -6V auf +6V für jeweils jeden 128 Eingangsimpulse. Jede Änderung schaltet den Transistor 146 an, was einen elektromagnetischen Zähler 148 um einen Schritt vorwärts treibt. Der Zähler 148 zeigt auf diese Weise in digitaler Form eine Menge thermischer Energie an, die zum Radiatorsystem übertragen wird, und er ist derart ausgebildet, daß jede Einheit 0,1kWh (Kilowattstunden) darstellt.

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Es ist ersichtlich, daß die hierin als Beispiel beschriebenen Wärmemesser nach der Erfindung auf diese Weise eine Darstellung der Wärmeenergie erzeugen, die z.B. durch ein Heißwasser-Radiatorsystem benutzt wird, und zwar ohne daß irgendeine Impedanz für die Wasserströmung besteht. Ferner können die Wärmemesser mit jedem elektrisch leitenden strömenden Medium benutzt werden, das wässrig oder auch nichtwässrig sein kann, und zwar einschließlich eines elektrolytischen Schlammes oder einer elektrolytischen pumpfähigen Masse.

Es wird ferner bemerkt, daß auch andere Einrichtungen als der speziell beschriebene elektromagnetische Strömungswandler und als die speziell beschriebenen temperaturempfindlichen Widerstände verwendet werden können, um die Strömungsgeschwindigkeit bzw. die Temperaturdifferenz eines strömenden Mediums abzufühlen, abzutasten oder dergleichen.

Patentanwälte Dipl.-Ing. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter Kosel

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Claims

DIPL-ING. HORST ROSE DiPL-ING. PcTER KOSEL 3353 Bad Gandershelm, 25. OiU. 1978 Postfach 129 Hohenhöfen 5 Telefon: (05382) 2842 Telegramm-Adresse: Siedpatenl Bsdgandershelm Unsere Akten-Nr. · ' ·. -S- ISS CLORIUS LIMITED Gesuch vom ??; ~i, \ iq;n Patentansprüche

1.JWärmemesser, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer Messung, die die Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums wiedergibt, durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer Messung, die die Temperaturdifferenz des strömenden Mediums zwischen zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Stellen wiedergibt, und ferner durch eine Einrichtung, die als Eingangssignal zu einer ersten der Meßeinrichtungen ein Signal liefert, das das Ausgangssignal der jeweils anderen Meßeinrichtung wiedergibt, wodurch das von der ersten Meßeinrichtung erhaltene Ausgangssignal den Betrag der Wärme wiedergibt, die mit dem strömenden Medium zwischen den im Abstand voneinander angeordneten Stellen ausgetauscht worden ist.

2. Wärmemesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Eingangssignal für die erste Meßeinrichtung liefernde Einrichtung derart ausgebildet ist, daß sie als das Eingangssignal zur Meßeinrichtung für die Temperaturdifferenz ein Ausgangssignal der Meßeinrichtung für die Strömungsgeschwindigkeit liefert.

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3. Wärmemesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung für die Strömungsgeschwindigkeit eine elektromagnetische Induktionsvorrichtung ist.

4. Wärmemesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Induktionsvorrichtung magnetische Polstücke aufweist, die auf entgegengesetzten Seiten einer das strömende Medium führenden Leitung derart angeordnet sind, daß sie zwischeneinander einen Polspalt bilden, ferner Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Feldes zwischen den Polstücken und schließlich ein Paar von Elektroden, die auf entgegengesetzzen Seiten der Leitung derart angeordnet sind, daß sie zwischeneinander einen Elektrodenzwischenraum bilden, und daß der Polspalt sich im wesentlichen senkrecht zum Elektrodenzwischenraum erstreckt.

5. Wärmemesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die das Magnetfeld erzeugenden Mittel einen Operationsverstärker, eine magnetische mit den Polstücken verbundene Feldspuleneinrichtung und Mittel für die Zuführung eines Signals als Rückkopplungssignal zu dem Operationsverstärker aufweisen, das proportional zum Stromfluß in der Feldspuleneinrichtung ist.

6. Wärmemesser nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die das Magnetfeld erzeugenden Mittel derart ausgebildet sind, daß sie die Polstücke intermittierend erregen.

7. Wärmemesser nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Polspalt und der Elektrodenzwischenraum mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt ausgebildet sind.

8. Wärmemesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Temperaturdifferenz messende Einrichtung temperaturempfindliche Widerstands-

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mittel aufweist.

9. Wärmemesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturempfindlichen Widerstandsmittel zwei Platinfilm-Sensoren aufweisen, die in einer Wheatstone-Brückenschaltung angeordnet sind.

10. Wärmemesser nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Leitung zur Strömungsführung für das strömende Medium und ferner dadurch, daß die die Temperaturdifferenz messende Einrichtung temperaturempfindliche Widerstandsmittel aufweist, daß die die Strömungsgeschwindigkeit messende Einrichtung Mittel zur Erzeugung eines im wesentlichen gleichgerichteten, die Leitung durchdringenden magnetischen Feldes und ein Paar von ebenen Elektroden aufweist, die in der Leitung derart angeordnet sind, daß sie sich parallel zum magnetischen Feld erstrecken, und daß ferner Mittel vorgesehen sind, die einen Strom durch die temperaturempfindlichen Widerstandsmittel leiten, der proportional zu der zwischen den Elektroden induzierten Spannung ist.

11. Wärmemesser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die das magnetische Feld intermittierend erregen.

12. Wärmemesser nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturempfindlichen Wider-Standsmittel einen Teil einer Wheatstone-Brückenschaltung bilden und daß ein das Ausgangssignal der Wheatstone-Brückenschaltung wiedergebendes Signal zu einer Anzeigeeinrichtung geleitet wird, um dadurch die Wärmeleistung anzuzeigen, die mit dem strömenden Medium zwischen den im Abstand angeordneten Stellen ausgetauscht worden ist.

13. Wärmemesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Leitung, die einen im wesentlichen rechteckigen Strömungskanal für das strömende Medium bildet, und ferner dadurch, daß die Einrichtung

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zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit und die Einrichtung zur Messung der Temperaturdifferenz auf dieser Leitung angeordnet sind.

Patentanwälte Djpl.-Ing. Korst Rose Dipl.-Ing, Peter Kosel

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