DE3042670A1

DE3042670A1 - Vorrichtung zum messen des wirkungsgrades einer feuerung

Info

Publication number: DE3042670A1
Application number: DE19803042670
Authority: DE
Inventors: Howard Alfred Brentwood Essex Buckenham; Hugh Victor Feldman; Paul Harlow Essex Gotley; Richard Hazlemere High Wycombe Buckinghamshire Young
Original assignee: Neotronics Ltd
Current assignee: Neotronics Ltd
Priority date: 1979-11-23
Filing date: 1980-11-12
Publication date: 1981-10-01
Anticipated expiration: 2000-11-13
Also published as: FR2470371A1; JPS5685637A; IN154609B; DE3042670C2; DE3042670C3; CA1159560A; JPH0222341B2; FR2470371B1

Description

Vorrichtung zum Messen des Wirkungsgrades einer Feuerung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen des Wirkungsgrades von Feuerungen, die fossile Brennstoffe verwenden.

Ein bekanntes Verfahren zur Bestimmung des Wirkungsgrades einer Feuerung, beispielsweise eines Heizkessels oder eines Ofens, umfaßt die Messung der Sauerstoff- oder CO₂-Konzentration und der Temperatur der Rauchgase, wobei die Meßwerte mit Hilfe einer Eichtabelle ausgewertet werden, in welcher die Werte für den "Kaminverlust" (Anteil des Wärmeverlustes) und/oder des Wirkungsgrades für unterschiedliche Temperaturen und Sauerstoff- oder CO^-Konzentrationen angegeben sind. Für unterschiedliche Brennstofftypen, z.B. fester Brennstoff, Heizöl oder Erdgas, müssen unterschiedliche Tabellen verwendet werden. Auch abgesehen von den Genauigkeitsbeschränkungen, die mit der Verwendung solcher Tabellen einhergehen, ist die Möglichkeit gegeben, daß die Bedienungsperson die falsche Tabelle verwendet, d.i. eine sich auf einen falschen Brennstoff beziehende Tabelle, oder in der falschen Zeile oder Spalte der Tabelle abliest, oder auch eines oder beide der Meßinstrumente falsch abliest.

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Es wurden unterschiedliche Vorrichtungen mit dem Ziel vorgeschlagen, diese Nachteile durch Verwendung von Einrichtungen zur selbsttätigen Bestimmung des Wirkungsgrades aus Messungen der Temperatur und der O₂- oder C0₂~Konzentration der Rauchgase auszuschalten.

Beispielsweise ist in der GB-Patentanmeldung 2 016 707 eine Vorrichtung zur Durchführung eines vorbestimmten Algorithmus beschrieben, durch welchen der Betriebswirkungsgrad ( YS ) von den Ausgangssignalen von Fühlern für die Temperatur und die Sauerstoffkonzentration der Rauchgase abgeleitet und Korrekturen für die Nichtlinearität der verwendeten O₂" und Temperaturfühler berücksichtigt werden. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die aktuelle 0₂~Konzentration und Rauchgastemperatur nicht gesondert angezeigt werden können, weil die Korrekturfaktoren für die Nichtlinearität der Fühler in diesen einzigen Algorithmus integral einbezogen sind.

Eine andere Vorrichtung ist in der GB-PS 1 562 576 beschrieben, wonach eine elektronische Recheneinrichtung Ausgangssignale eines 0-- oder CO^-Konzentrationsfühlers und eines Temperaturfühlers erhält und den Wirkungsgrad X) in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Formel berechnet, durch welche diese Größe mit der Q~- oder

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C0₂-Konzentration und der Temperatur der Rauchgase verknüpft ist. Bei einer derartigen Vorrichtung wird jedoch eine Linearität der Änderung der erhaltenen Fühlersignale mit den Meßgrößen vorausgesetzt. Dies kann jedoch kaum erreicht werden, insbesondere nicht für Gaskonzentrationsfühler.

Das Problem der Eichung eines 0₂-Konzentrationsfühlers ist in der Abhandlung "Improving the measurement of 0» in flue gases" von Alan M. Crossley in "Power & Works Engineering", Oktober 1979, diskutiert.

Die vorgeschlagene Lösung bedeutet jedoch, daß eine Anzahl von Vergleichsmessungen mit Vergleichsgasen durchgeführt werden müssen, die über den interessierenden Bereich hin unterschiedliche bekannte 0₂-Konzentrationen aufweisen, so daß dieses Verfahren schwerfällig und zeitaufwendig ist.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine zum Messen des Wirkungsgrades einer Feuerung dienende Vorrichtung zu schaffen, durch welche einer oder mehrere der oben angegebenen Nachteile beseitigt oder doch wenigstens wesentlich reduziert sind.

Gemäß der Erfindung weist die Vorrichtung zur Messung des Wirkungsgrades einer Feuerung einen ersten Gasfühler zur

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Erzeugung eines Ausgangssignals, welches mit der Konzentration eines Gasbestandteils der Rauchgase der Feuerung variiert, einen zweiten Temperaturfühler zur Erzeugung eines Ausgangssignals, welches mit der Temperatur der Rauchgase variiert, und eine Recheneinrichtung auf, von welcher das Fühlerausgangssignal empfangen wird, von diesem Meßwerte abgeleitet werden, durch welche die Konzentration des Gasbestandteils und der Temperatur des Rauchgases dargestellt werden, und diese Meßwerte entsprechend einer vorbestimmten Formel verarbeitet werden können, von welcher die Abhängigkeit des Verbrennungswirkungsgrades von der Temperatur der Rauchgase und der Konzentration des Gasbestandteils in den Rauchgasen gegeben ist. Die Recheneinrichtung ist derart beschaffen, daß sie wenigstens einen der Fühler aufgrund einer Vergleichsmessung mit diesem Fühler erreicht, bevor sie von dessen Ausgangssignal einen Meßwert ableitet.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird dies mit einem Fühler, für welchen eine bekannte nichtlineare Abhängigkeit zwischen seinem Ausgangssignal und der zu messenden Größe besteht, durch Berechnung des Wertes eines Koeffizienten einer Gleichung oder Formel erreicht, durch welche die nichtlineare Abhängigkeit von dem Fühlerausgangssignal dargestellt ist, welches bei der Vergleichsmessung

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erhalten wird. Dieser Koeffizient, der als Kalibrierkoeffizient bezeichnet werden kann, wird dann von der Recheneinrichtung zur Ableitung eines Meßwertes der Rauchgas« entsprechend der Gleichung vorwendet, durch welche die nichtlineare Abhängigkeit zwischen dem Fühlerausgangssignal und der zu messenden Größe gegeben ist. In dieser Weise werden gleichzeitig, aufgrund einer einzigen Vergleichsmessung, der Fühler kalibriert und die Nichtlinearität des Fühlersignals selbsttätig kompensiert.

Der Wirkungsgrad der Feuerung kann durch Bestimmung der Wärmeverluste oder Kaminverluste der Rauchgase oder des ietriebswirkungsgrades ( η ) der Feuerung dargestellt wer-

Die besondere vorbestimmte Formel, die zur Berechnung dieser Werte aus den abgeleiteten Meßwerten der Konzentration des Gasbestandteils und der Temperatur der Rauchgase verwendet wird, beruht auf einer vorausgegangenen Berechnung des Kaminverlustes. In dem bevorzugten Anwendungs fall, bei welchem der Gasbestandteil Sauerstoff ist, wird der Kaminverlust vorzugsweise nach der folgenden Formel berechnet:

"i K₃ (T₁ - T₂)

Kaminverlust = ^₇- ^-r—■—

^{%0 %0}

^%02EIN " ^%02AUS

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worin K, eine sich auf die Brennstoffart beziehende Konstante, T.. und Ty äie Temperatur der Rauchgase und eine Bezugstemperatur, z.B. die Umgebungstemperatur, und %O_?„_TN und %Op_jfL die jeweilige prozentuale Sauerstoffkonzentration der Luft, welche der Feuerung zugeführt wird und deren prozentuale Sauerstoffkonzentration nominal im wesentlichen gleich 21 gesetzt werden kann, und der Rauchgase sind.

Alternativ kann der Gasbestandteil, dessen Konzentration gemessen wird, CO₂ sein. In diesem Fall kann der Kaminverlust im wesentlichen nach der folgenden Formel berechnet werden:

Kaminverlust =

%co₂

worin T₁ und T~ die oben angegebene Bedeutung haben, K₁ wiederum eine Konstante ist, die sich auf die Art des verwendeten Brennstoffs bezieht, und %CO- die CO»-Konzentration im Rauchgas ist.

Welche Formel für den Kaminverlust auch immer verwendet wird und unabhängig davon, ob sie auf die O₃- oder CO₂^ Konzentration im Rauchgas bezogen ist, kann vorzugsweise die folgende Formel zur Bestimmung des Betriebswirkungsgrades ( rj ) der Feuerung verwendet werden:

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η = 100 - JR + (Kaminverlust) + K₄ ί Ρ

worin R und P Konstanten sind, die sich auf den Typ der Feuerung und den Feuchtigkeits- und Wasserstoffanteil in den Rauchgasen beziehen, K, und K. Konstanton sind, die sich auf die Art des verwendeten Brennstoffes beziehen, und T₁ und T₂ die oben angegebene Bedeutung haben.

Vorzugsweise kann daher der Temperaturfühler derart beschaffen sein, daß er ein den Wert von (T₁ - T₃) darstellendes Ausgangssignal erzeugt. Beispielsweise kann er ein Thermoelement sein, dessen Kaltlötstelle oder Vergleichsstelle im Betrieb in der Umgebungsluft angeordnet ist, wohingegen die "Heißlötstelle" oder Meßlötstelle den Rauchgasen ausgesetzt ist. Vorzugsweise wird ein Thermoelement mit einer Zweistoffpaarung vom Typ K verwendet.

Vorzugsweise sind unterschiedliche Werte für die Konstanten K₁, K, und K₄ als Bezugskonstanten unterschiedlicher Brennstoff arten, wie fester Brennstoff, Brennöl oder Erdgas, in der Recheneinrichtung gespeichert, wobei die Vorrichtung eine Wähleinrichtung umfaßt, durch welche bestimmt wird, welche der Konstanten in der Berechnung der vorbestimmten Formel verwendet werden soll.

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Um die Betriebsweise der Vorrichtung zu vereinfachen und Fehlermöglichkeiten zu reduzieren, ist die Recheneinrichtung vorzugsweise derart beschaffen, daß sie automatisch einzelne Betriebsstufen von den Vergleichsmessungen für die Kalibrierung über die Ableitung der Meßwerte der Konzentration des Gasbestandteils und der Temperatur aus Messungen in den Rauchgasen bis hin zu der endgültigen Berechnung des Kaminverlustes und/oder des Betriebswirkungsgrades aufgrund durch die Bedienungsperson mit Hilfe von Schaltern oder dergleichen Vorrichtungen eingegebener Befehle durchläuft. Entsprechend kann die Vorrichtung auch Anzeigeeinrichtungen aufweisen, durch welche optisch oder akustisch angezeigt wird, wenn eine oder jede dieser einzelnen Betriebsstufen erfolgreich abgeschlossen ist, so daß dann die entsprechende Schalteinrichtung betätigt werden kann, um die nächste Betriebsstufe zu erhalten.

Die Erfindung wird anhand einer beispielgebenden Ausführungsform und der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer überwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung für den Verbrennungswirkungsgrad,

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Fig. 2 den Innenaufbau eines Mikroprozessors, der einen Teil der Überwachungsvorrichtung aus Fig. 1 bildet,

Fig. 3(a) und 3(b) Schallbilder zweier Verstärkerausführungsformen, die für die Überwachungsvorrichtung aus Fig. 1 geeignet sind, und

Fig. 4 und 5 Fließdiagrainme unterschiedlicher Teile eines Programms, von welchem die Vorrichtung aus Fig. gesteuert wird.

Entsprechend Fig. 1 enthält die Vorrichtung einen Analogmodul 1 mit einem ersten Eingangsanschluß 2 für den Ausgang eines Sauerstoff-Fühlers 3 und einem zweiten Eingangsanschluß 4 für den Ausgang eines Temperaturfühlers 5. Der Analogmodul 1 enthält entsprechende Verstärker zur linearen Verstärkung der Eingangsspannungen an seinen beiden Eingangsanschlüssen, so daß an entsprechenden Ausgangsanschlüssen 7, 8 Vollausschlag-Ausgangsspannungen erzeugt werden, die jeweils der Größe einer Bezugsspannung, typisch 3 Volt, gleichen, die an einem dritten Ausgangsanschluß 9 erzeugt ist.

Die Ausgangsanschlüssen 7, 8, 9 des Analogmoduls 1 sind an entsprechende Eingangsanschlüsse A/D 1, A/D 2 und

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A/D REF eines 8-Bit Mikroporzessorchip 10 angeschlossen, der einen inneren 8-Bit Analogdigitalumsetzer mit zwei Eingangskanälen enthält. Die Anschlüsse A/D 1, A/D 2 bilden die Eingangsanschlüsse für die beiden Kanäle des Analogdigitalwandlers, wohingegen die an den Eingangsanschluß A/D REF von dem Analogmodul 1 gegebene Spannung den oberen Endwert des Umsetzungsbereichs bestimmt. Der in dem vorliegenden Beispiel verwendete Mikroprozessorchip 10 ist eine handelsüblich erhältliche Komponente, die unter der Bezeichnung INTEL (eingetragenes Warenzeichen) 8022 verkauft wird und durch die Intel Corporation of America, USA, hergestellt wird. Sie ist besonders geeignet für den vorliegenden Verwendungsfall, weil sie den erforderlichen Zwei-Kanal-Analogdigitalwandler eingebaut enthält, so daß eine externe Analogdigitalumwandlung des Ausgangssignals des Sauerstoff-Fühlers 3 und des Temperaturfühlers 5 nicht erforderlich ist.

Der Mikroporozessorchip 10 weist außerdem drei Eingangs/ Ausgangsbereiche 12, 13, 14 für jeweils acht Leitungen auf. Drei der Eingangs/Ausgangsleitungen des ersten Bereichs sind an einen Dreiweg-Brennstoffwählschalter 16 angeschlossen, wohingegen drei weitere Leitungen an emtsprechende Schalter 17, 18, 19 zum Wählen eines von drei unterschiedlichen Arbeitsprogrammen angeschlossen sind, die in

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einem Lesespeicher mit einer Kapazität von 2K (8-Bit)-Worten in dem Mikroprozessorchip 10 gespeichert sind.

Der zweite Bereich 13 ist mit cjiner seiner Eingangs/Ausgangsleitungen an einen Oszillator 20 angeschlossen, der einen Lautsprecher 21 zum Ausstrahlen eines akustischen Warntons speist, wenn eine Sauerstoffkonzentrationsmessung durchgeführt ist. Eine andere Leitung dient als Anschluß für den Motor 22 einer Luftsaugpumpe zum Einsaugen von Luft in den Sauerstoff-Fühler 3, bevor eine Sauerstoffkonzentrationsmessung durchgeführt werden soll. Zwei andere Eingangs/Ausgangsleitungen des zweiten Bereichs 13 und die acht Eingangs/Ausgangsleitungen des dritten Bereichs 14 sind an entsprechende Eingänge eines Anzeigemoduls 24 angeschlossen.

Der Anzeigemodul 24 enthält drei alpha-numerische Sieben-Segment-Anzeigefelder 25a, 25b, 25c, die von sieben der Eingangs/Ausgangsleitungen des dritten Eingangs/Ausgangsbereichs 14 des Mikroprozessors 10 getrieben sind, eine Gruppe von drei Anzeigelampen 26a, 2£, 26c, die von der achten Eingangs/Ausgangsleitung des Bereichs 14 gesteuert sind, um anzuzeigen, welche der drei Größen aus Temperatur, Sauerstoffprozentzahl oder Wirkungsgrad auf den alphanumerischen Anzeigefeldern 25a, 25b, 25c_ angezeigt wird,

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und zwei weitere Anzeigelampen 27, 28, die von den beiden an den Anzeigemodul 24 angeschlossenen Eingangs/ Ausgangsleitungen des Bereichs 13 gesteuert sind und von denen die eine Anzeigelampe 27 anzeigt, wenn der Sauerstoff-Fühler erfolgreich kalibriert ist und die andere Anzeigelampe 28 anzeigt, wenn eine Sauerstoffkonzentrationsmessung erfolgreich abgeschlossen ist.

Andere Anschlüsse des Mikroprozessorchips umfassen Stromanschlüsse 30, 31, an welche eine stabilisierte Stromquelle 32 von +5V angeschlossen ist, und ein Paar Quarzsteueranschlüsse 34, 35, über welche ein Zeitelement 36 zur Steuerung des Taktes eines inneren quarzgesteuerten Schwingzeitkreises angeschlossen ist, der in den Mikroprozessorchip 10 eingebaut ist. Im vorliegenden Beispiel besteht das Zeitelement 36 aus einem 15k Widerstand, durch welchen die Taktperiode des Prozessors auf 5με gesetzt wird, was eine Instruktionszykluszeit von 150με (30 Taktperioden) ergibt.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm des Innenaufbaus des Mikroprozessorchips 10, der einen Zeitgeber 40 aufweist, dessen Zeitperiode von dem Zeitelement 36 (Fig. 1) bestimmt ist und welcher die Zeitdauer der Instruktionsphase des Mikroprozessors über einen 8-Bit-Zontralrechner (CPU) 41 steuert. Der Zentralrechner 41 führt verschiedene

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arithmetische Operationen durch und steuert die verbleibenden Bereiche des Mikroprozessors in Übereinstimmung mit Programminstruktionen, die in einem Lesespeicher (ROM) gespeichert sind, der bereits erwähnt wurde. Der Mikroprozessor enthält auch einen Datenspeicher 43 mit einer Kapazität von 64 8-Bit-Worten, welcher während des Betriebs sowohl zum Einlesen von Daten als auch zum Auslesen von Daten zugänglich ist, einen 8-Bit-Zeitschalter/Meßwertzähler 44 und einen Zweikanal-Analogdigitalwandler 45 mit 8-Bit, der oben im Zusammenhang mit dem Analogmodul 1 (Fig. 1) bereits erläutert ist. Der Zentralrechner 41, der Programmspeicher 42, der Datenspeicher 43, der Zeitschalter/Meßwertzähler 44 und der Zweikanal-Analogdigitalwandler 45 sind sämtlich miteinander und mit den drei Eingangs/Ausgangsbereichon 12, 13, 14 mittels eines inneren Verteilernetzes 47 zusammengeschaltet.

Der erforderliche Verstärkungsfaktor der entsprechenden Verstärker in dem Analogmodul 1 aus Fig. 1 zur Einstellung der Ausgangssignale des Sauerstoff-Fühlers 3 und des Temperaturfühlers 5 auf einen Skalenendwert von etwa 3 Volt ist abhängig von dem Meßbereich, der von diesen beiden Ausgangssignalen abgedeckt wird. Der erforderliche maximale Bereich der Sauerstoffkonzentrationen, die von dem Sauerstoff-Fühler 3 gemessen werden sollen, beträgt im vor-

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liegenden Beispiel von 0 bis 22% (20,9% ist die nominale Sauerstoffkonzentration der Umgebungsluft).

Eine besonders geeignete Ausführungsform des Sauerstoff-Fühlers ist diejenige, die im Handel unter der Bezeichnung "C/S" verfügbar ist und von City Technology Limited, London, hergestellt wird. Wenn sie mit einem Widerstand von 47 Ohm belastet ist, gibt sie eine Skalenendwert-Ausgangsspannung von 47 mV für die Sauerstoffkonzentration der Umgebungsluft (20,9%). Diese Ausführungsform eines Sauerstoff-Fühlers arbeitet nach einem elektrolytischen Prinzip. Der Fühler weist einen eigenen Netzteil und eine Diffusionsbegrenzung auf und besteht vom Grundaufbau her aus einer Metallanode, dem Elektrolyten und einer Luftkathode. Die Diffusion des Sauerstoffs zu der Luftkathode wird von einer kapillaren Diffusionswand gesteuert.

Der dem Sauerstoff-Fühler zugeordnete Verstärker in dem Analogmodul 1 kann daher einen Verstärkungsgrad von etwa 60 für die Verstärkung auf eine Skalenendwert-Ausgangsspannung von 3 Volt für ein Eingangssignal von 50 mV haben, durch welches eine maximale Sauerstoffkonzentration von etwa 22% angegeben wird.

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Eine bevorzugte Ausführungsform des Temperaturfühlers ist ein Thermoelement mit einer "Typ K"-Zweistoffpaarung, wie es in British Standard B.S.Nr. 4937, Teil 4:1973 definiert ist, wobei der Ausgang des Thermoelementes mit der Temperatur um etwa 4,1 mV pro 100⁰C variiert, was ein Skalenendwertsignal von etwa 41 mV bei 1000⁰C, der oberen Grenze des interessierenden Temperaturbereichs, ergibt. Wiederum ist ein Verstärkungsfaktor von 60 für das Ausgangssignal dieses Thermoelementes geeignet, so daß eine Skalenendwert-Ausgangsspannung von etwa 2,6 Volt für eine Fühlerausgangsspannung von 45 mV erhalten wird.

Damit eine Gesamt-Instrumentengenauigkeit innerhalb von - 1% erhalten wird, halten die Verstärker in dem Analogmodul, der eine handelsübliche Ausführungsform sein kann, eine Genauigkeit von besser als - 1% über einen Arbeitstemperaturbereich von 20⁰C hin, wobei jegliche temperaturbedingte Abweichung selbsttätig kompensiert ist, damit eine Neukalibrierung während des Betriebs nicht erforderlich ist.

Aus den Fig. 3(a) und 3(b) sind nur als Beispiel zwei alternative geeignete Ausführungsformen der mit Gleichstrom betreibbaren Verstärkerschaltung zur Verstärkung der Ausgangssignale der Fühler 3, 5 ersichtlich. In der

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Schaltung aus Fig. 3a wird ein Doppeltransistor-Vorverstärker T1, T2 (beide sind vorzugsweise von demselben Chip) verwendet, wohingegen die Schaltung aus Fig. 3b eine Ausgangsdiode D1 verwendet, wobei der Eingang auf Massepotential bezogen ist.

Die von dem Analogmodul 1 linear verstärkten Fühlerausgangssignale werden dann an entsprechende Kanäle des 8-Bit-Analogdigitalwandlers 45 des Mikroprozessors 10 über die Eingangsanschlüsse A/D 1, A/D 2 gegeben. Beide Kanäle des Analogdigitalwandlers 45 sind derart ausgelegt, daß ein digitaler oberer Grenzwert von 256 bei einer maximalen Eingangsspannung von 3 Volt erzeugt wird, die von der Bezugsspannung bestimmt ist, welche auf den Anschluß A/D REF gegeben wird. Jedes Inkrement des Digitalbereichs entspricht daher etwa 12 mV. Das Ergebnis der Analogdigitalumwandlung kann für beide Kanäle über das innere Verteilungsnetz 47 während des Programmlaufs aus dem Analogdigitalwandler 45 ausgelesen werden.

Bevor diese Werte jedoch für eine genaue Messung verwendet werden können, müssen der Temperaturfühler 5 und der Sauerstoff-Fühler 3 kalibriert werden, weil keiner von ihnen eine Ausgangsspannung hat, die linear mit den von ihnen gemessenen Meßgrößen verknüpft ist. In beiden

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" ²⁷ " 30A267Q

Fällen wird der Digitalwert des Fühlersignals korrigiert.

Der Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung des Sauerstoff-Fühlers und des aufgenommenen aktuellen Sauerstoffanteils ist expotentional:

C = 1 - exp ~- (I)

worin C die Sauerstoffkonzentration, ausgedrückt als gebrochene Zahl (z.B. 0,209 in Umgebungsluft), S das Ausgangssignal des Fühlers und k eine Konstante bedeuten.

Das Entwickeln des Exponentialgliedes ergibt:

expr- = 1 - ü +
^{K K}

so daß C = S/k als erste Näherung, und S S

^{c =} k ⁽¹ ~2F~⁾
als zweite Näherungslösung angesehen werden kann.

C = § (1 -₂|-) (III)

Bevor jedoch der Wert von C, der Sauerstoffkonzentration, aus der einen oder anderen dieser Näherungsgleichungen berechnet werden kann, muß zunächst der Wert von k, der Kalibrierkonstanten, hergeleitet werden. Dies erfolgt dadurch, daß eine anfängliche Kalibriermessung der Sauerstoffkonzentration eines Vergleichsgases, z.B. Umgebungsluft, durchgeführt wird und unter Bezeichnung des sich er-

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gebenden, analogdigital umgewandelten Digitalwertes mit S', die nominale, als gebrochene Zahl ausgedrückte Sauerstoffkonzentration der Umgebungsluft C - 0,209 k entsprechend der folgenden Gleichung berechnet wird, die aus Gleichung I abgeleitet ist:

1-C
= 4,2651 x S¹ (für Umgebungsluft als Vergleichsgas).

Wenn aus dem anfänglichen Kalibriermeßwert S¹ ein Wert für k bestimmt ist, wird dieser Wert gespeichert und als Kalibrierkonstante bei der Bestimmung der aktuellen Sauerstoffkonzentration mit Gleichung I oder eher mit einer der vereinfachten Näherungsgleichungen (II) oder (III) (in diesem Beispiel Gleichung (III), aus einer nachfolgenden Messung verwendet.

Das Thermoelement 5 mit einer Zweistoffpaarung vom "Typ K" erzeugt eine Äusgangsspannung, die im wesentlichen linear über den größten Teil des interessierenden Bereichs, d.i. 50 bis 1000⁰C, ist.

Die Kalibrierung des Thermoelementes ist jedoch erforderlich, und dies wird am einfachsten durch eine geeignete Einstellung der Kompensationsspannung des zugeordneten Verstärkers in dem Analogmodul, bevor eine Rauchgasmessung

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durchgeführt wird, und zwar aufgrund einer Messung in der Umgebungsluft erreicht, bei welcher die Ausgangsspannung des Thermoelementes null sein muß, weil beide Lötstellen auf derselben (Umgebungs-) Temperatur sind.

Wenn eine Rauchgasmessung durchgeführt wird, wird von dem Thermoelement selbsttätig die Temperaturdifferenz zwischen dem Rauchgas und der Umgebung angegeben.

Alternativ kann der Mikroprozessor 10 zur Speicherung eines dem Ausgangssignal des Thermoelementes bei der Vergleichsmessung in Umgebungstemperatur entsprechenden Wertes und zur Subtraktion dieses Bezugswertes von dem entsprechenden Meßwert ausgelegt sein, der von dem Thermoelement bei der Messung im Rauchgas gegeben wird.

Die Meßlötstelle des Thermoelementes 5 und der Sauerstoff-Fühler 3 sind beide im Innenraum eines gemeinsamen hohlen Meßkopfes untergebracht. Eine kleine, motorgetriebene Pumpe 22 wird von dem Mikroprozessor 10 zum Einsaugen von Luft in den Meßkopfinnenraum betätigt, wenn eine Sauerstoffmessung durchgeführt werden soll.

Es kann gezeigt werden (British Standard BS. No. 845:1972), daß der Wärmeverlust in trockenen Rauchgasen, bezogen auf den Netto-Wärmewert (Kaminverlust) gegeben ist durch:

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K₁ (T₁ - t„)
Kaminverlust = (V)

worin K₁ eine Konstante in Abhängigkeit von der Brennstoff art, T- die Rauchgastemperatur und T„ die Umgebungstempera tur sind. Der Ausdruck %CO~ ist durch die Formel gegeben:

%O
%CO₂ = (1 - -jf— ) χ K₂ (VI)

worin K₂ der maximale theoretische %CO--Wert ist. Durch Ein setzen der Gleichung VI in Gleichung V und durch die Defini tion von

K_ = —=z— wird erhalten:
3 K₂

K-(T - T-)
Kaminverlust = ^(VII)

Die Differenz zwischen der Rauchgastemperatur und der Umgebungstemperatur (T₁ - Τ«) ist selbsttätig durch den Thermoeleraentmeßwert gegeben, weil seine kalte oder Bezugslötstelle auf Umgebungstemperatur ist, und der Wert %O„ ist durch den Sauerstoff-Fühler-Meßwert gegeben. Durch Einsetzen dieser Werte in die Gleichung (VII) wird die Kaminverlustmessung erhalten, wobei die folgenden Werte von K₁, K„ und K, für festen Brennstoff, Brennöl und Erdgas verwendet werden:

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	0	^K1	1	K	2	0	^K3	0	K₃ (gerundet)
fester Brennstoff	0	,65	1	8,	5%	0	,73784	0	,738
Brennöl	0	,56	1	5,	5%	0	,75871	0	,759
Erdgas	,38	1,	8%	,67627	,676

Die oben angegebenen Korrekturen der Analogdigitalwandlersignale für die Ausgangsgrößen des Thermoelementes und des Sauerstoff-Fühlers werden automatisch in den Mikroprozessor 10 eingegeben. Für das Thermoelementsignal bedeutet dies einfach, das Analogdigitalwandlersignal mit einem konstanten Faktor von 4,835 zu multiplizieren, wohingegen im Falle des Sauerstoff-Fühlers eine anfängliche Kalibriermessung (S¹) in der Umgebungsluft durchgeführt wird, damit dadurch der Wert der Kalibrierkonstanten k aus Gleichung (IV) (k = 4,2651 χ S') bestimmt wird, und dann wird dieser Konstantenwert zur Berechnung der Sauerstoffkonzentration der Rauchgase aus dem Meßwert S einer sich anschließenden Messung unter Verwendung von Gleichung (III) berechnet, wie dies oben erläutert ist. Unter Verwendung dieser Werte wird dann der Kaminverlust aus Gleichung (VII), oder der aus dem Kaminverlust abgeleitete Wirkungsgrad berechnet, wobei ein geeigneter Wert für die Konstante K, in Abhängigkeit von der Brennstoffart gewählt wird. Die drei unterschiedlichen K-Werte sind in dem Lesespeicher 42 des Mikroprozessors 10 gespeichert.

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Es wird nun der Kalibrier- und Meßvorgang der überwachungseinrichtung des Verbrennungswirkungsgrades beschrieben. Das Hauptprogramm ist durch das Flußdiagramm in Fig. 4 gegeben und besteht aus einem "Kalibrierprogramm", einem "Betriebsprogramm" und einer Berechnung des Kaminverlustes (Wirkungsgrades) . Zusätzlich ist ein ünterbrechungsprogramm vorgesehen, das aus Fig. 5 ersichtlich ist und welches kontinuierlich mit einer Zykluszeit von 2 ms läuft und dazu dient, die Anzeigeeinrichtung auf den neuesten Stand zu bringen, die Zeitspur zu halten und den Inhalt der Anzeigeeinrichtung auf einen erforderlichen Wert, z.B. die O₃-Konzentration oder den Kaminverlust, zu ändern, wenn immer der Wählschalter 19 der Anzeigeeinrichtung betätigt wird.

Entsprechend Fig. 4 bleiben beim Einschalten der überwachungsvorrichtung die alphanumerische Anzeigevorrichtung 25 und die Anzeigelampen 27, 28 ausgeschaltet. Die Bedienungsperson bringt dann den Meßkopf, der die "heiße" Lötstelle des Thermoelementes 5 und den Sauerstoff-Fühler 3 enthält, in die ümgebungsatmosphäre und betätigt den Kalibrierschalter 17. Hierdurch wird das gestrichelt eingerahmte "Kalibrierprogramm" des Hauptprogrammes eingeleitet, so daß der Pumpenmotor 22 eingeschaltet wird, eine Zeitspanne von 5 Sekunden abgewartet wird und das Wandlerergebnis am Kanal A/D 1 des Analogdigitalwandlers 4 5 gelesen wird.

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Wenn dieser Ablesewert zwischen 220 und 250 entsprechend einer Sauerstoffkonzentration von 20 bis 22% liegt, wird der Motor 22 ausgeschaltet. Falls nicht, werden weitere Ablesungen durchgeführt, bis eine Ablesung zwischen 220 und 250 erhalten ist, wodurch der Motor 22 ausgeschaltet wird.

Dieser abgelesene Wert (S") wird dann als korrespondierend zu 20,9%, der nominalen (^--Konzentration in der Umgebungsluft, gesetzt und zur Berechnung der Kalibrierkonstanten k aus Gleichung (IV) verwendet, d.i. durch ihre Multiplikation mit 4,265. Die in dieser Weise berechnete Kalibrierkonstante wird dann im Datenspeicher 43 zwischenzeitlich gespeichert und die Kalibrieranzeigelampe 27 wird eingeschaltet. Hierdurch wird der Bedienungsperson angezeigt, daß die Kalibrierung des O₂~Fühlers abgeschlossen ist und daß der Fühlermeßkopf in das Rauchgas einzusetzen ist, und daß der Betätigungsschalter 18 zu betätigen ist. Hierdurch wird das "Betriebsprogramm" des Hauptprogramms eingeleitet, was mit einer Pause von 15 Sekunden geschieht, nach welcher das Wandlerergebnis am Kanal A/D 2 des Wandlers 45 gelesen wird. Eine zweite Ablesung des Wandlerkanals A/D 2 wird 5 Sekunden später durchgeführt und mit der ersten Ablesung verglichen. Falls die beiden Werte um zwei oder weniger entsprechend einer Temperaturdifferenz von etwa 10⁰C oder weniger differieren, wird dieser Temperaturwert er-

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faßt und der Pumpenmotor 22 wird zur Vorbereitung der Sauerstoff konzentrationsmessung in den Rauchgasen eingeschaltet. Falls die oben angegebene Differenz überschritten ist, wird der Vorgang alle 5 Sekunden wiederholt, bis die Differenz zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Ablesungen kleiner oder gleich 2 ist.

Nachdem der Pumpenmotor 22 des Meßkopfes eingeschaltet ist, verstreicht eine Pause von 5 Sekunden und dann wird die Ablesung (S) am Kanal A/D 1 durchgeführt. Dann wird die "Ablesung erfolgf-Anzeigelampe 28 eingeschaltet und nach einer weiteren Pause von 10 Sekunden wird ein akustisches Warnsignal durch Betätigung des Oszillators 20 eingeschaltet, der den Lautsprecher 21 treibt, um anzuzeigen, daß der Meßkopf aus dem Rauchgas herausgenommen werden kann. Der Pumpenmotor 22 wird dann ausgeschaltet.

Die von den Kanälen des Analogdigitalwandlers während des oben beschriebenen Abschnittes des Programms abgenommenen Werte stellen lediglich eine digitale Form der Werte der Ausgangssignale der zugehörigen Fühler 3, 5 dar. Wie weiter oben bereits beschrieben, erfordern diese Werte eine Korrektur, um sie in den aktuellen Sauerstoffkonzentrationswert und den aktuellen Temperaturwert umzuwandeln. Damit dies geschieht, wird der unkorrigierte Sauerstoffkonzentrations-

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wert aus dem Kanal A/D 1 des Analogdigitalwandlers 45 durch die Sauerstoff-Fühler-Kalibrierkonstante k, die vorher bestimmt wurde, dividiert, so daß der Wert Jt = S/k abgeleitet wird (worin S das Analogdigitalumwandlungsergebnis aus der Rauchgas-Sauerstoffkonzentrationsmessung wie in den Gleichungen (I) , (II) und (III) ist) . Dieser Wert wird dann für die Gleichung (III) zur Berechnung des korrigierten Sauerstoff konzentrationswertes C in folgender Weise verwendet:

C = *( 1 - K/2) , worin K. = S/k.

Dieser Wert von C ist daher die Bruchzahlen-Konzentration des Sauerstoffs in den Rauchgasen und wird zwischenzeitlich gespeichert, während der unkorrigierte Temperaturwert aus dem Kanal A/D 2 des Wandlers 45 korrigiert wird, indem er mit einem festen Korrekturfaktor von 4,835 multipliziert wird, so daß ein Digitalwert entsprechend der Differenz der Temperaturen der Rauchgase und der Umgebungsluft erhalten wird. Nach einer Pause von 10 Sekunden wird das von dem Lautsprecher 21 abgegebene akustische Warnsignal abgeschaltet, wodurch angezeigt wird, daß der Brennstoffwählschalter 16 auf die entsprechende Brennstoffart einzustellen ist, um die Berechnung des Wirkungsgrades oder des Kaminverlustes einzuleiten. Hierdurch wird bestimmt, welcher der drei unterschiedlichen Werte für die Konstante

130040/0912 -36-

K₃ (sie beträgt 0,738 für festen Brennstoff, 0,759 für Brennöl und 0,676 für Erdgas) zusammen mit der korrigierten Temperaturdifferenz (T₁-T₀) und dem korrigierten O₀-Konzentrationswert (C) bei der Berechnung der Gleichung (VII) verwendet wird. Die Warnlampe 27 wird dann eingeschaltet und die "Ablesung durchgeführt"-Lampe 28 wird ausgeschaltet. Weitere Rauchgasmeßwerte können abgerufen werden, beispielsweise aus unterschiedlichen Bereichen des Rauchgases, indem der "Betriebsschalter¹¹ 18 wiederholt betätigt wird.

Wenn einmal die korrigierten Werte für die Temperatur, die Sauerstoffkonzentration und den Kaminverlust bestimmt sind, werden diese Werte in entsprechenden Pufferspeichern B1, B2 und B3 (nicht gezeigt) gespeichert und dort zur Verfügung gehalten für ihren Abruf in die drei alphanumerischen, 7-Segment-Anzeigefelder 25a, 25b, 25c des Anzeigemoduls 24. Dies wird durch das "ünterbrechungsprogramm" durchgeführt, dessen Flußdiagramm aus Fig. 5 ersichtlich ist und welches von dem "Anzeigewählschalter" 19 gesteuert ist.

Dieses Unterprogramm wird zyklisch in regelmäßigen Intervallen, 2 ms im vorliegenden Beispiel, wiederholt und zu Beginn jedes Zyklus wird ein innerer 8-Bit-Zähler um einen Zählwert von 1 fortgeschaltet. Ein vollständiger Zählzyklus dauert daher 256 χ 2 ms = 0,512 Sekunden und dies wird als

130040/0912 -37-

- sr-

Taktzeit zur Zeitsteuerung der verschiedenen Pausen verwendet, die beim Ablauf des Hauptprogramms auftreten.

Die Vorrichtung, soweit sie bisher beschrieben ist, ist geeignet zur automatischen Berechnung des Wärmeverlustes oder Kaminverlustes der Rauchgase der Feuerung. Wie jedoch bereits weiter oben angegeben, kann sie leicht modifiziert werden, um alternativ oder zusätzlich eine Angabe des Prozentwirkungsgrades ( η ) der Feuerung aufgrund der abgeleiteten Meßwerte der Sauerstoffkonzentration und der Temperaturdifferenz entsprechend der obigen Beschreibung anzuzeigen.

Die Berechnung von Vj , basierend auf dem Bruttoheizwert des Brennstoffs, kann dadurch erreicht werden, daß der Mikroprozessor 10 für die Durchführung der folgenden Rechnung programmiert wird:

Vj =100 -JVi-K₃(T₁ -T₂) +K₄ ^Pt(T₁-T₂)Ji (VIII)

21 -^%02

worin R eine Konstante ist, die sich auf die Strahlungsverluste der Feuerung bezieht (typisch zwischen 3% und 10%), K. eine Konstante ist, die sich auf die Art des verwendeten Brennstoffs bezieht, P eine Konstante ist, die sich auf den Wasserstoff- und Feuchtigkeitsanteil der der Feuerung zugeführten Luft bezieht (in diesem Beispiel nominal gesetzt zu

130040/0912 ~³⁸"

" ³⁸ " 30A2670

1121,4) und K₃, T. und T₂ die weiter oben bereits gegebene Bedeutung haben.

Der zweite Ausdruck in der eckigen Klammer ist der Kaminverlust aus Gleichung (VII), so daß dieser Wert einfach in die Gleichung (VIII) eingesetzt werden kann, falls er vorher berechnet ist. Wie weiter oben für die Konstante K₃ beschrieben, können auch unterschiedliche Werte für die Konstante K4 zusätzlich gespeichert und aufgrund der Betätigung des BrennstoffWählschalters 16 abgerufen werden, was auch für einen Bereich von P-Werten gilt, die entsprechend der Art der Feuerung ausgewählt werden. Typische Werte für K. sind wie folgt:

fester Brennstoff 0,00409 Brennöl 0,00512

Erdgas 0,00828

Wenn es erforderlich ist, den Kaminverlust aus der prozentualen COj-Konzentration in den Rauchgasen zu messen und daher ein CO^-Fühler anstelle des beschriebenen O₂-Fühlers verwendet wird, kann Gleichung (V) anstelle der Gleichung (VII) verwendet werden. Unterschiedliche Werte der Konstanten K₁ , die weiter oben für unterschiedliche Brennstoff arten aufgelistet sind, können dann gespeichert und

130Q4Q/0912

30A2670

durch Betätigung des Brennstoffwählschalters 16 selektiv abgerufen werden. Die Kalibrierung und die Linearisierung sind dabei in modifizierter Form durchzuführen, damit die andere Abhängigkeit der Änderung des CC^-Fühlerausgangssignals mit der Meßgröße berücksichtigt wird; hier können jedoch ähnliche Prinzipien angewendet werden, wie weiter oben für die Kalibrierung des O^-Fühlors erläutert.

Wenn einmal der Kaminverlust berechnet ist, kann dieser Wert als zweiter Ausdruck in der eckigen Klammer der Gleichung (VIII) zur Bestimmung des prozentualen Wirkungsgrades ( v\ ) verwendet werden.

Zusätzlich zu den weiter oben gegebenen Schritten wird durch das "ünterbrechungsprogramm" die Eingangsleitung des Zugriffsbereichs 12 des Mikroprozessors 10 überwacht, an welche der Anzeigewählschalter 19 angeschlossen ist, um festzustellen, ob dieser während des vorausgegangenen Zyklus betätigt wurde. Falls dies der Fall war, wird durch das "Unterbrechungsprogramm" die Information auf der Anzeigeeinrichtung gegen die Information aus einem anderen der drei Pufferspeicher BO, B1, B2 ersetzt, was durch Auswahl unterschiedlicher Werte von χ = 0, 1 oder 2 erfolgt. Wenn beispielsweise die Anzeigeeinrichtung den im Pufferspeicher BO enthaltenen Temperaturwert anzeigt, dann wird

13O0A0/0912 "⁴⁰"

durch die Betätigung des Anzeigewählschaltors 19 χ = 0 auf X = 1 geändert, so daß di.e angezeigte Information gegen die aus dem Pufferspeicher B1 ausgetauscht wird, d.i. den korrigierten Sauerstoffkonzentrationswert. Wenn dar Anzeigewählschalter erneut niedergedrückt wird, ändert sich χ von χ = auf χ = 2, so daß nun in der Anzeigeeinrichtung 25 die Information aus dem Pufferspeicher B2 angezeigt wird, d.i. der Kaminverlustwert. Durch erneute Betätigung des Anzeigewählschalters wird χ von χ = 2 auf χ = 0 geändert, so daß der ursprünglich angezeigte Temperaturwert aus dem Pufferspeicher BO zurückgerufen wird.

Gleichzeitig mit der angezeigten Information leuchtet eine der drei Anzeigelampen 26a, 26b, 26c auf, um anzuzeigen, welche Information gegenwärtig angezeigt wird.

Der Zweck des Vergleichens aufeinanderfolgender Ablesungen der Temperaturfühler-Ausgangssignale am Kanal A/D 2 des Analogdigitalwandlers 45 im Abstand von 5 Sekunden, bis aufeinanderfolgende Ablesungen um weniger als einen vorbestimmten Betrag differieren, ist es, zu gewährleisten, daß die Temperatur des Temperaturfühlers angestiegen ist und sich auf die aktuelle Temperatur der Rauchgase stabilisiert hat.

Es ist ersichtlich, daß die speziell beschriebene Vorrich-

130040/0912

tung lediglich eine bevorzugte Ausführungsform ist und daß zahlreiche Abwandlungen innerhalb der Erfindung durchgeführt werden können. Beispielsweise können andere Ausführunysformen des Temperaturfühlers und des Sauerstoff- oder CO„-Fühlers verwendet werden, wodurch Modifikationen unter anderem für die verwendeten Verfahren zur Kalibrierung und Linearisierung der Ausgangssignale der Fühler erforderlich sind. Beide Fühler können eine nichtlineare Kennlinie haben, was dazu führt, daß eine nichtlineare Korrektur auch für das Ausgangssignal des Temperaturfühlers erforderlich ist. Weiter ist die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform des verwendeten Mikroprozessors beschränkt. Es können auch andere Ausführungsformen des Mikroprozessors verwendet werden, sei es, daß sie einen Analogdigitalwandler bereits enthalten oder nicht. Falls erforderlich, kann auch eine externe Analogdigitalumwandlung in einfacher Weise angewendet werden. Der Bereich von Brennstoffen, für welchen die Vorrichtung vorgesehen ist, kann zweckentsprechend variiert oder ausgedehnt werden, um andere Brennstoffarten durch entsprechende Wahl der Konstanten K~ und K. in den Gleichungen (VII) und (VIII) einzubeziehen.

1300A0 /091 2

Claims

PATE NTA-N' WA'trTE ' ■'

zugelassene Vertreter beim Europäischen Palentamt Dipl.-Ing. Hans-Martin Viering · Dipl.-Ing. Rolf Jentschura ■ Steinsdorfstraße 6 · D-8000 München 22

Anwaltsakte 3751 12. Novembor 1980

NEOTRONICS LIMITED

Parsonage Road, Takeley, Bishops Stortford, Hertfordshire / Großbritannien

Vorrichtung zum Messen des Wirkungsgrades einer Feuerung

PATENTANSPRÜCHE

(O Vorrichtung zum Messen des Wirkungsgrades einer Feuerung, mit einem ersten Gasfühler zur Erzeugung eines Ausgangssignals, welches mit der Konzentration eines Gasbestandteils des Rauchgases der Feuerung variiert, einem zweiten Temperaturfühler zur Erzeugung eines Ausgangssignals, welches mit der Temperatur des Rauchgases variiert, und einer Recheneinrichtung, von welcher von den erhaltenen Ausgangssignalen Meßwerte ableitbar sind, durch welche die Konzentration des Gasbestandteils und die Temperatur

i/w 130 0 AO /09 12 _₂-

SteinsdorfstraDe 6 Telex: 5 212 306 jepa d Postscheck München 3067 26-801

D-8000 München 22 Telegramm: Stelnpat München Bayerische Vereinsbank München 567 635

Telefon: (0 89) 29 34 13 Telekopierer: (0 89) 222 066 Raiffeisenbank München 0321818

(0 89) 29 34 14 (Siemens CCITT Norm Gruppe 2) Deutsche Bank München 2 711 687

des Rauchgases angegeben werden, und die Meßwerte entsprechend einer vorbestimmten Formel auswertbar sind, welche den Verbrennungswirkungsgrad in Abhängigkeit von der Temperatur des Rauchgasas und der Konzentration des Gasbestandteils des Rauchgases angibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (10) derart betreibbar ist, daß durch sie wenigstens einer (3) der Fühler (3, 5) vor der Ableitung eines Meßwertes von dem Fühlerausgangssignal mit einem Vergleichsmeßwert aus einer mit diesem Fühler (3) durchgeführten Vergleichsmessung eichbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (10) für die Eichung des Gasfühlers (3) aus einer Vergleichsmessung in einem Vergleichsgas bekannter Konzentration des Gasbestandteils betreibbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruchn 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (10) zur Ableitung des Meßwertes von dem Fühler-Ausgangssignal entsprechend einer Formel betreibbar ist, durch welche der Zusammenhang zwischen Änderungen des Fühlcrausgangssigmils mit der Meßgröße und der Meßgröße gegeben ist.

-3-

130040/0912
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (10) für die Ableitung des Wertes eines Koeffizienten aus der den Zusammenhang zwischen Änderungen des Fühlerausgangssignals mit der Meßgröße und der Meßgröße gebenden Formel und für die nachfolgende Verwendung des Koeffizienten zur Ableitung des Meßwertes betreibbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (10) zur Auswertung des folgenden Zusammenhangs zwischen der Änderung des Ausgangssignals des Gasfühlers (3) und der Meßgröße betreibbar ist:

Konzentration

(als gebrochene Zahl) = 1 - exp (- S/k)

worin S den Wert des Ausgangssignals des Gasfühlers (3) und k den Koeffizienten bedeuten.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (10) zur Ableitung der Größe des Koeffizienten gemäß der folgenden Formel betreibbar ist:

k =

log

e-

1 - C

130040/0912

worin S¹ den Wert des Ausgangssignals des Gasfühlers (3) bei der Vergleichendes sung, und C die als gebrochene Zahl geschriebene Konzentration des Gasbestandteils des Vergleichsgases bedeuten.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (10) für die Eichung des Gasfühlers (3) aufgrund einer Vergleichsmessung in der Umgebungsluft ausgelegt ist, wobei der Wert S¹ als der nominellen Konzentration des Gasbestandteils in der Umgebungsluft entsprechende Größe gesetzt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rocheneinrichtung für die Ableitung eines Meßwertes der Konzentration des Gasbestandteiles entsprechend folgender Formel betreibbar ist:

als Zahlenbruch ausgedrückte Konzentration des Gasbestandteils = S/k (1 - S/2k)

worin S das Ausgangssignal des Gasfühlers (3) aus der Messung in dem Rauchgas bedeutet.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (10) bei

130040/0912

_ 5 —

einer Vergleichsmessung der Konzentration des Gasbestandteils in Umgebungsluft oder einem anderen Vergleichsgas für die selbsttätige Erfassung des Wertes des Ausgangssignals des Gasfühlers (3) und das Vergleichen desselben mit dem Wert einer gespeicherten Größe, die den geschätzten Wert des Ausgangssignals des Fühlers für die nominelle und bekannte Konzentration des Gasbestandteils in dem Vergleichsgas darstellt, und - bei Feststellung einer Differenz der verglichenen Werte, die außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, - für die Wiederholung des Vergleichs nach einer vorbestimmten Zeitspanne betreibbar ist, bis die Differenz der verglichenen Werte in den vorbestimmten Bereich fällt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer und/oder akustischer Signalgeber (21) vorgesehen ist, der auf das Vorliegen des Ergebnisses einer Vergleichsmessung der Konzentration des Gasbestandteiles anspricht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dor Gasfühler (3) ein elektrochemisch arbeitender Sauerstoff-Fühler ist.

1300A0/0912 ~⁶~
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch

gekennzeichnet/ daß der Temperaturfühler (5) für die Erzeugung eines Ausgangssignals ausgelegt ist, das mit der Differenz zwischen der Rauchgastemperatur und einer Bezugstemperatur variiert.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (5) ein Thermoelement ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

daß das Thermoelement ein solches mit einer Zweistoffpaarung vom Typ K mit einer im wesentlichen linearen Änderung seines Ausgangssignals mit dem Meßwert über den interessierenden Bereich hin ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (10) beim
Ableiten eines Meßwertes aus dem Ausgangssignal des
Temperaturfühlers (5) zum automatischen Erfassen des Wertes des Temperaturfühler-Ausgangssignals, zum
Speichern des erfaßten Wertes für eine vorbestimmte
Zeitspanne, und dann zum erneuten Erfassen des Wertes des Temperaturfühler-Ausgangssignals,zum Vergleichen der beiden erfaßten Werte, und zur Wiederholung dieses Vorganges betreibbar ist, bis die Differenz zwi-

-7-

130040/0912

sehen zwei aufeinanderfolgend erfaßten Werten unterhalb einer vorbestimmten Grenze liegt, um dann den einen dieser beiden Werte als den Meßwert festzuhalten.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (24; 27, 28) zum Erzeugen eines visuellen und/oder hörbaren Signals vorgesehen ist, wenn Meßwerte der Temperatur und der Gaskonzentration des Gasbestandteiles des Rauchgases abgeleitet sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (10) für die Eichung des Temperaturfühlers (5) aus einer Vergleichsmessung der Bezugstemperatur betreibbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für den Verbrennungswirkungsgrad eine Angabe des Wärmeverlustes oder Kaminverlustes der Heizfeuerung anzeigbar ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasfühler (3) ein Sauerstoff-Fühler ist und die Recheneinrichtung für die Verarbeitung der folgen-

130040/0912

den vorbestimmten Formel zur Berechnung des Wärmeverlustes oder Kaminverlustes programmiert ist:

K (T - T) Wärmeverlust =

^%02EIN " ^%O2AÜS

worin K, eine sich auf den Brennstoff der Feuerung beziehende Konstante, T₁ und T₂ die Rauchgastemperatur und eine Bezugstemperatur, und %0_„ und %0_

^CiJLIM ZAUu

die prozentualen (^-Konzentrationen in der zugeführten Verbrennungsluft und im Rauchgas sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für den Verbrennungswirkungsgrad eine Angabe des Betriebswirkungsgrades (*) ) anzeigbar ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasfühler (3) ein Sauerstoff-Fühler ist und die Recheneinrichtung für die Verarbeitung der folgen den vorbestimmten Formel zur Berechnung des Betriebswirkungsgrades programmiert ist:

= 100 -

K-. (T₁ - T₀)

%O„EIN - %Ο """

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worin R eine sich auf den Typ der Heizfeuerung beziehende Konstante, K₃ und K₄ sich auf den Typ des verwendeten Brennstoffes beziehende Konstanten, P eine sich auf den Feuchtigkeits- und Wasserstoffanteil der der Heizfeuerung zugeführten Verbrennungsgase beziehende Konstante, T₁ und T- die Temperatur des Rauchgases und eine Bezugstemperatur, und %Ο«ΕΙΝ und %O₂AUS die prozentualen 0_-Konzentrationen der zugeführten Verbrennungsluft und der Rauchgase sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß in der Recheneinrichtung (10) unterschiedliche Werte der Konstanten K₃ und/oder K₄ für unterschiedliche Brennstofftypen gespeichert sind und eine Einrichtung (16) zum selektiven Abrufen der unterschiedlichen Werte für ihre Verwendung in der Berechnung der vorbestimmten Formel vorgesehen ist.
23. Vorrichtung nach einom der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigeeinrichtung (24) zum Anzeigen von Meßwerten vorgesehen ist, die von der Recheneinrichtung für die Konzentration des Gasbestandteiles und die Temperatur der Rauchgase sowie das Ergebnis der Berechnung der vorbestimmten Formel unter Verwendung dieser Meßwerte abgeleitet werden.

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-10-
24. Vorrichtung zum Messen des Wirkungsgrades einer

Feuerung, mit einem Gasfühler, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Wert mit der Konzentration eines Gasbestandteiles der Rauchgase der Feuerung variiert, einem Temperaturfühler, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Wert mit der Temperatur der Rauchgase variiert, wobei wenigstens eines der Ausgangssignale nicht-linear mit dem Meßwert variiert, und einer Recheneinrichtung,
welche die Ausgangssignale der Fühler erhält, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (10) derart beschaffen ist, daß sie die Nicht-Linearität durch eine von der bekannten Abhängigkeit zwischen dem Fühler-Ausgangssignal und der gemessenen Größe abgeleitete
Korrektur unter Erzeugung entsprechender Ausgangswerte korrigiert, die im wesentlichen linear mit unterschiedlichen Werten der gemessenen Größen variieren,
und diese Ausgangswerte bei der Berechnung einer vorbestimmten Formel verarbeitet, die den Verbrennungsgrad zu der Temperatur der Rauchgase und der Konzentration des Gasbestandteils in den Rauchgasen in Beziehung
setzt.

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