DE2949346C2

DE2949346C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Wärmeflußmessung

Info

Publication number: DE2949346C2
Application number: DE2949346A
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8200 Rosenheim Krause
Original assignee: Individual
Current assignee: KRAUSE, GERHARD, 8200 ROSENHEIM, DE
Priority date: 1979-12-07
Filing date: 1979-12-07
Publication date: 1983-01-27
Also published as: DE2949346A1

Description

rate an eine Reziprokwert-Differenz- bzw. -Summenbildungsstufe angeschlossen sind, daß der Ausgang der Reziprokwert-Differenzbildungsstufe gegebenenfalls über ein Konstantfaktorglied an den einen Eingang eines Multiplikators angeschlossen ist und daß der Ausgang ότ Reziprokwert-Summenbildungsstufe über eine am Ausgang ein Temperatursignal in Abhängigkeit von der Schallgeschwindigkeit abgebende Funktionsstufe an den anderen Eingang des Multiplikators angeschlossen ist. to

Bevorzugt wird für die Zwecke der Erfindung ein _1_

Strömungsgeschwindigkeitsmeßgerät verwendet, wie _fjj

es in der DE-OS 29 43 810 beschrieben ist Weitere Laufzeitmeßgeräte, die für die Zwecke der Erfindung geeignet sind, sind in den folgenden Schriften beschrieben: DE-PS 12 44 451, DE-AS 2153 432. DE-OS 22 01 702, DE-PS 23 51 290, DE-OS 24 31 346 und DE-OS 26 54 763.

Die auf diese Weise vorgenommene Messung der Temperatur mit Hilfe der Schallgeschwindigkeit hat den Vorteil, daß keine zusätzliche Messung erforderlich ist. sondern aus den für die Geschwindigke^; smessung ohnehin erforderlichen Informationen alle zur Bestimmung des Wärmeflusses erforderlichen Größen abgeleitet werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß im Rohr selbst für die Messung kein Hindernis angeordnet werden muß und daß nicht nur die Rohrwandtemperatur gemessen wird, sondern die mittlere Temperatur der Flüssigkeit (oder des Gases) über den Rohrdurchmesser erfaßt wird.

Gegebenenfalls kann außer der Eingangstemperatur auch noch die Auslaßtemperatur nach der erfindungsgemäßen oder einer anderen Methode gemessen und von der Eingangstemperatur abgezogen werden. Hierdurch kann unmittelbar der Wärmeverbrauch bestimmt werden. Einfacher ist es jedoch, wenn die Auslaßtemperatur für ein ganzes Haus oder Gebäude zentral gemessen und dieser Wert abgezogen wird.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der 7 iichnung beschriebenen dieser zeigt

Fig. I ein schematiscties Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Wärmeflußmessung und

F i g. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform.

In der F : g. 1 ist schematisch ein U förmig gekrümmtes HeizungMohr 18 ge/e.gt. welches in Richtung des Pfeiles ν von warmem Wasser durchflossen wird. An den Stirnseiten des Steges des U-förmigen Rohres 18 sind I lltraschallschwingc ■ 10, 20 eingebaut, welche abwechselnd als Sende- und [-mpfangsschwinger dienen. Sie '-enden zeitlich nacheinander Schallstrahlen zum jeweils gegenüberliegenden Wandler, was durch Doppelpfeile angedeutet ist. Die ausgesandten Schall-Strahlen sind in der angedeuteten Weise rechteckimpulsformig

I !ber synchron geschaltete vorzugsweise elektrische Schalter 21, 22 werden die Wandler IS, 20 abwechselnd an l.auf/eitmeßgeräic 11, 12 angelegt ßeim Anlegen der Wandler 19. 20 am 1 aufzeitmeßgerat 11 dient der Wandler 19 als Sendewandler und der Wandler 2Ö als Empfangswandler, Beim Anliegen am Laüfzehmeßgerät 12 ist der Wandler 20 der Sehdewandier Uriel der Wandler 19 der Empfangswandlef.

Demgemäß bestimmt das Laufzeitmeßgerät 11 die Laufzeit t/, der Impuise in Richtung der Strömungsgeschwindigkeit ν zwischen den Wandlern 19, 2O₁ Das Laufzeilmeßgerät 12 gibt ein Ausgangssignäl t_r ab.

welches der Zeit entspricht, die die Impulse vom Wandler 20 entgegen der Strömungsgeschwindigkeit ν bis zum Wandler 19 benötigen.

Diese Art der Laufzeitmessung ist z. B. in der DE-OS 29 43 810 beschrieben.

Die Ausgänge der Laufzeitmeßgeräte 11, 12 sind an eine Reziprokwert-Differenzbildungsstufe 13 angeschlossen, in der ein Signal gemäß folgender Beziehung gebildet wird:

J_

tr

Das Ausgangssignal der Stufe 13 ist also der Strömungsgeschwindigkeit ν proportional.

Der Ausgang des Laufzeitmeßgerätes 11 ist außerdem an eine Reziprokwert-Bildungsstufe 14 angelegt, in

der das Eingangssignal nach der Funktion —verarbeitet

wird. Dieses Signal ist der Summe Jer Strömungsgeschwindigkeit und der Schallgeschwindigfceit proportional.

Die Ausgangssignale der Stufen 13, 14 werden gegebenenfalls über je ein Konstantfaktorglied 23, 23' an eir.c Differenzbildungsstufe 15 angelegt, deren Ausgang einer Funktionsstufe 16 zugeführt ist, welche als Speicher mit Tabellenwerten ausgeführt sein kann oder die eingegebene Gleichung

löst. Der funktionell Zusammenhang zwischen der Temperatur und der Schallgeschwindigkeit in dem strömenden Medium muß also bekannt sein und in die Funktionsstufe 16 eingegeben werden. So entsteht am Ausgang der Stufe 16 ein elektrisches Signal, das der Temperatur Tdes strömenden Fluids entspricht. Dieses Signal wird an einen Multiplikator 17 angelegt, dessen anderem Eingang das Strömungsgeschwindigkeitssignal ν z'igeführt wird. Am Ausgang des Multiplikators 17 kann dann gegebenenfalls ein weiteres Konstantfaktorglied 24 eingeschaltet sein. An dessen Ausgang liegt dann ein Signal

ν Τ

vor, welches gleich dem Wärmtfluß Q/t (Wärmemenge pro Zeiteinheit) entspricht.

Besonders einfach gestaltet sich die Messung bei Gasen, weil hier der Zusammenhang /wischen Schallgeschwindigkeit und absoluter Temperatur linear ist.

Statt der Reziprokwerte !//können auch Frequenzen gemessen und in dem vorstehenden Sinne zur Messung der verschiedenen Geschwindigkeiten herangezogen werden.

Für den Fall, daß hinter den Konstantfaktorgliedern 23, 23' Signale vorliegen sollen, die proportional /u ν bzw. (v + cj sina. "iuß das Ghee! 23 den Übertragungsfaktor L und das Glied 23' proportional zu 0.5 L sein. Dabei ist Ldie Länge der akustischen Meßstrecke.

Der Übersichtlichkeil halber ist in den Figuren eitle Multiplikation mit den richtigen Faktoren angenommen. Bei praktischen Geräten können die Signale auch Vielfache dieser V'r.rte haben, wenn das bei der Funktion T — /^/berücksichtigt wird.

Nach Fi g. 2 können, an die Laufzeitmeßgeräte 11,12 sowohl eine Reziprokwert-Differenzbildungsstufe 13 als

auch eine Reziprokwerl-Summenbildungsslufe 13' mit dem Übertragungsfaktor

angeschlossen sein. Die Ausgänge 2^/Z>und lc/L dieser Stufen 13, 13' werden über ein Konstantfaktorglied 23' zur Multiplikation mit einem Faktor L/2 bzw. eine Funktionsslufe 16' zur Bildung der Funktion T= — · f(c) ah die beiden Eingänge des Multiplikators

17 angelegt. Das Ergebnis ist das gleiche wie bei dem Aiisführurigsbeispiei nach Fi g* I;

Der in Fig.2 im einzelnen nicht dargestellte Anschluß der Laufzeitmeßgeräte 11, 12 an die Wandler 19, 20 erfolgt iii der gleichen Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. I.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wärmeflußmessung von in Rohrleitung strömenden Fluiden, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Schallgeschwindigkeit (c) gemessen wird, daß aus dem funktionellen Zusammenhang zwischen der Schallgeschwindigkeit und der Temperatur für das betreffende Fluid die Temperatur (T) ermittelt wird to und daß die zur Geschwindigkeit (v) proportionale Größe mit der zur Temperatur (T) proportionalen Größe multipliziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeiten (th, t_r) einer Schallwelle entlang einer in Richtung der Strömungsgeschwindigkeit (v) verlaufenden, bestimmten Meßstrecke (A)

in entgegengesetzten Richtungen gemessen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, ΟλΒ die reziproken Werte der Laufzeiten gebildet und voneinander subtrahiert werden, daß das Ergebnis mit einem der reziproken Werte so linear kombiniert wird, daß man die Schallgeschwindigkeit (c) erhält, und daß die aus der Schallgeschwindigkeit (c) erhaltene Temperatur (T) mit der Strömungsgeschwindigkeit ^!multipliziert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reziproken Werte der Laufzeiten gebildet und einmal zueinander addiert und einmal voneinander subtrahiert werden, so daß ein der Schallgeschwindigkeit (c) bzw. der .Strömungsgeschwindigkeit (v) proportionales Signal gebildet wird, daß aus der Schallgeschwindigkeit ein Temperatursignal (T) gebildet wird, und daß die aus der Schallgeschwindigkeit ^erhai.jne Temperatur (T) mit der Strömungsgeschwindigkeit (v) multipliziert wird.

5. Schalturgsanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß zwei Laufzeitmeßgeräte (11, 12) an eine Reziprokwert-Differenzbildungsstufe (13) und eines <Jer Laufzeitmeßgeräte (11) an eine Reziprokwer'-ßildungsstufe (14) angeschlossen sind, daß der Ausgang der Reziprokwert Differenzbildungsstufe (13) und die Reziprokwert-Bildungsstufe (14) an eine 4s Differenzbildungsstufe (15) angelegt sind, welche iber eine am Ausgang ein Temperatursignal in Abhängigkeit von der Schallgeschwindigkeit (c) tbgebende Funktionsstufe (16) an einem Multiplikator (17) anliegt, und daß dem anHeren Eingang des so Multiplikators (17) der Ausgang der Reziprokwert-Differen/bildungsstufe (13) zugeführt ist.

6. Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß zwei Laufzeitmeßgeräte (11, 12) an eine ss Reziprokwert-Differenz- bzw. Summenbildungsstufe (1 3, 1 3) angeschlossen sind, daß der Ausgang der Reziprokwert-Differenzbildung.stufe (13) gegebenenfalls über ein Konstantfaktorglied (23') an den «inen Fingiing eines Multiplikators (17) angeschlos sen ist und daß der Ausgang der f^eziprökwert-SuiTl· niefib!ldungsstufe(13') übereinö am Ausgang ein Temperatursignal in Abhängigkeif Vöri der Schallgeschwindigkeit (c) abgebende Funktionsstufe (16) an den anderen Eingang des Multiplikators (17) angeschlossen ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Wärmeflußmessung von in Rohrleitungen strömenden Medien, insbesondere erwärmtem Wasser, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Fluides gemessen wird.

Es ist bereits ein Wärmezähler mit einem Leitwerk, welches dem zu messenden Wasserstrom eine rotierende Bewegung erteilt, bekannt (DE-OS 22 50 704). In dem rotierenden Wasserstrom läuft ein Körper aas ferromagnetisehem Material um. Das hierdurch außerhalb des Wasserrohres induzierte Magnetfeld wird für die Registrierung eines sowohl der Durchflußmenge als auch der Temperaturdifferenz proportionalen Wärmestromes ausgenutzt. Abgesehen davon, daß sich auch dieser bekannte Wärmezähler leicht manipulieren läßt, ist er sehr aufwendig und kompliziert aufgebaut und erfordert eine genaue Anpassung des spezifischen Gewichtes des rotierenden Körpers an das Wasser, in dem er angeordnet ist.

Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit denen einerseits eine sehr genaue Erfassung des Wärmeflusses möglich ist. welche aber andererseits gegen einfache betrügerische Eingriffe von außen weitgehend sicher sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß auch die Schallgeschwindigkeit gemessen wird, daß aus dem funktionellen Zusammenhang zwischen der Schallgeschwindigkeit und der Temperatur für das betreffende Fluid die Temperatur ermittelt wird und daß die zur Geschwindigkeit proportionale Größe mit der zur Temperatur proportionalen Größe multipliziert wird. Bevorzugt wird das Verfahren so ausgestaltet, daß die Laufzeiten einer Schallwelle entlang einer in Richtung der Strömungsgeschwindigkeit verlaufenden bestimmten Meßstrecke und in der entgegengesetzten Richtung gemessen wird. Nach einer ersten A'isführungMorm ist dabei vorgesehen, daß die reziproken Werte der Laufzeiten gebildet und voneinander substrahiert werden, daß das Ergebnis mit einem der reziproken Werte so linear kombiniert wird, daß man die Schallgeschwindigkeit erhält, und daß die aus der Schallgeschwindigkeit erhaltene Temperatur mit der Strömungsgeschwindigkeit multipliziert wird.

Eine weitere Ausführungsform kann so ausgebildet sein, daß die reziproken Werte der Laufzeiten gebildet und einmal zueinander addiert und einmal voneinander subtrahiert werden, so daß ein der Schallgeschwindigkeit bzw. der Strömungsgeschwindigkeit proportionales Signal gebildet wird, daß aus der Schallgeschwindigkeit ein Temperatursigna¹ gebildet wird, und daß die aus der Schallgeschwindigkeit erhaltene Temperatur mit der Strömungsgeschwindigkeit multipliziert wird

Eine erste bevorzugte Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß zwei l.aufzeitmeßgeräte an eine Reziprokwert-Differcnzbildungsstufe und eines der Laufzeitmeßgeräte an eine Reziprok wert Bildungsstufe angeschlossen sind, daß der Ausgang der Reziprokwert-Differenzbildungsstufe und die Rezi prökwert-Bildungsslufe an eine Differenzbildungsstufe angelegt sind, welche über eine am- Ausgang ein Temperatursighäl in Abhängigkeit von der Schallgeschwindigkeit abgebende Funktionsstufe an einem Multiplikator anliegt, und daß dein anderen Eingang des Multiplikators der Ausgang der Reziprokwert'Diffe· renzbildungsstufe zugeführt ist. Eine weitere Ausfüfv füngsföfm ist so ausgebildet, daß zwei Laiifzcitmeßge^