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Vorrichtung zum Messen des Wärmeverbrauchs
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Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des
Wärmeverbrauches gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie erfahren zum Messen
des Wärmeverbrauchs unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.
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Eine Vorrichtung der eingangs angesprochenen Art ist in der Hauptanmeldung
P 30 10 738.1 beschrieben. Bei den dort im einzelnen erläuterten Ausführungsbeispielen
erfolgt die Ablesung des Uärmeverbrauches entweder zentral, wozu die einzelnen Meßeinheiten,
welche an die wärmeabgebenden Teile thermisch angekoppelt sind, über Leitungen mit
einer Zentraleinheit zu verbinden sind, oder durch Ablesen einer in die einzelnen
Meßeinheiten integrierten Anzeige durch einen Ableser.
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Das Ablesen einer Anzeige ist aber stets mit Fehlermöglichkeiten behaftet
und ermöglicht auch Manipulationen. Die zentrale Ablesung, bei der diese Nachteile
nicht bestehen, erfordert bauliche Änderungen, welche in Altbauten erhebliche Kosten
verursachen.
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Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Vorrichtung gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß auch bei dezentraler
Ablesung des Wärmeverbrauches die Übernahme der Verbrauchswerte zur saisonalen Abrechnung
weitestgehend ohne menschliches Zutun und Möglichkeit einer Manipulation erfolgt.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung gemäß
Anspruch 1.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Stand der Zähleinrichtung
periodisch oder auf externen Befehl in einen
Schreib/Lesespeicher
geschrieben, welcher in vorgegebenen zeitlichen Abständen oder auf externen Befehl
autonatisch in ein Auslesegerät ausgelesen werden kann. Die mit dem Ablesen der
Wärmemeßeinheiten beauftragte Person braucht hierzu nur eine Steckverbindung zwischen
der an dem wärmeabaebenden Teil montierten Meßeinheit und einem tragbaren Auslesegerät
herzustellen.
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Falls gewünscht, kann der jeweilige Verbrauch zusätzlich durch eine
in die Wärmemeßeinheit integrierte Anzeige sichtbar gemacht werden, wie schon in
der Hauptanmeldung im einzelnen beschrieben wurde, man kann hierzu auch dem jeweiligen
Wohnungsinhaber ein einfaches Auslesegerät zur Verfügung stellen, welches ausschließlich
das Auslesen und Anzeigen des Wärmeverbrauches bewerkstelligen kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen
angegeben.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird erreicht,
daß zur erstellung der Verbindung zwischen Auslesegerät und Wärmemeßeinheit nur
wenige Kontakte enthaltende Steckverbindungen verwendet werden können. Dies ist
einerseits im Hinblick auf die Gestehungskosten der in großen Stückzahlen benötigten
N?ärmemeßeinheiten von Vorteil, erleichtert aber auch die Ablesung, da Steckverbindungen
mit wenigen Kontakten sehr leicht hergestellt werden können.
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Außerdem erschwert die serielle Auslesung einer den Wärmeverbrauch
charakterisierenden digitalen Zahl Manipulationen, wie man sie bei Parallelausgabe
durch überziehen eines der Kontaktstifte des Steckers mit isolierendem Lack vornehren
könnte. Bei serieller. Auslesung führt eine solche Mani?ulation dazu, daß überhaupt
kein Meßwert übernommen wird, was leicht als Manipulation erkannt wird.
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Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist im Hinblick
auf eine besonders einfache Ausbildung der Steckverbindung zwischen Wärmemeßeinheit
und Auslesegerät von Vorteil. Auch hier oilt wieder, daß das serielle Einlesen von
Information in den Schreib/Lesespeicher der WärmemeBeinheit Manipulationen erheblich
erschwert.
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Bei einer Wärmemeßeinheit gemäß Anspruch 4 kann man im Schreib/ Lesespeicher
zusätzliche Information speichern, insbesondere Information über den Temperaturgang
der Schwingquarzfrequenz, über die Größe des wärmeabgebenden Teiles, über die Meßstelle
und Code-Information. Vorzugsweise wird dabei die Größe des Schreib/Lesespeichers
dann doppelt so groß gewählt, wie dies zur Speicherung des Meßergebnisses an sich
notwendig ist. Bei der geforderten Genauigkeit der Wärmemessung und bei dem üblichen
Temperaturdrift der Frequenz von auf temperaturabhängiges Arbeiten hin geschnittenen
Schwingquarzen reichen übli-7 cherweise 2 -Speicherzellen zur Speicherung des Meßergebnisses.
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Man hat dann ebenfalls 27, also 128 Speicherzellen für die Zusatzinformation,
was in der Praxis völlig ausreichend ist.
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Dadurch, daß man die Speicherteile zum Reaistrieren des Meßergebnisses
und zum Aufnehmen der Zusatz information gleich groß wählt, gestaltet sich die Adressierung
der Speicherzellen und das serielle Auslesen des Speicherinhaltes besonders einfach.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 ist im winblick auf
ein unbefugtes Abrufen von Daten aus der Wärmemeßeinheit, insbesondere aber im Hinblick
auf ein unbefugtes Einlesen von Daten, insbesondere Manipulationen an der Zähleinrichtung
von Vorteil.
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Bei einer Vorrichtung gemäß Anspruch 6 kann man für die eioentliche
Zähleinrichtung unveränderte integrierte Schaltkreise verwenden, wie sie für Quarzuhren
in großen Stückzahlen und
daher preisgünstig hergestellt werden.
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Bei der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 wird von der
freien Adressierbarkeit des Schreib/Lesespeichers zugleich dazu Gebrauch gemacht,
den Wärmeverbrauch zu integrieren. Es ergibt sich somit ein besonders einfacher
schaltungstechnische1 Aufbau.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 8 ermöglichtauf einfache
Weise die Vorgabe eines Ausgangszählerstandes und das Einlesen von Zusatz information
in den Schreib/Lesespeicher Bei einer Vorrichtung gemäß Anspruch 9 sind diejenigen
Speicherzellen des Schreib/Lesespeichers, welche das Meßergebnis enthalten zu einer
Gruppe von Speicherzellen zusammengefaßt.
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Beim Aufintegrieren des Wärmeverbrauches werden nur diese Speicherzellen
zyklisch adressiert. Die restlichen Speicherzellen, welche Zusatzinformation enthalten
und ebenfalls zu einer Gruppe zusammengefaßt sind, werden nur beim Auslesen oder
Einlesen des Schreib/Lesespeichers vom Auslesegerät her adressiert.
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Bei einer Vorrichtung gemäß Anspruch 10 sind im Schreib/Lesespeicher
die Bits der das Meßergebnis charakterisierenden digitalen Zahl und die Bits der
Zusatz information willkürlich über den ganzen Speicher verteilbar. Trotzdem ist
sichergestellt, daß die zu Zusatz information gehörenden Bits nicht arithmetisch
verarbeitet werden. Diese Ausbildung der Vorrichtung erschwert eine Manipulation
von Daten noch einmal erheblich.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 11 wird ein zusätzlicher
Schutz der Zusatz information enthaltenden Speicherzellen gegenüber Schreiben erhalten.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 12 ist im Hinblick
auf ein automatisches Ablesen der Wärmemeßeinheiten von Vorteil. Die so aufgezeichneten
Meßergebnisse lassen sich auch leicht in einem zentralen Rechner der Abrechnungsgesellschaft
weiterverarbeiten.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 13 wird erreicht,
daß das Auslesegerät besonders kompakt gebaut und nur geringes Gewicht aufweist.
Da Daten auf magnetischen Datenträgern in hoher Packungsdichte aufgezeichnet werden
können, können die Ableseergebnisse einer Vielzahl von Wohnungen leicht auf dem
Postwege an die Zentrale der Abrechnungsgesellschaft überstellt werden.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 ermöglicht es, die
zunächst noch nicht direkt den Wärmeverbrauch wiedergebenden ausgelesenen Meßergebnisse
in ärneverbrauchswerte umzurechnen. Außerdem kann der Rechner direkt überprüfen,
ob sämtliche Meßeinheiten, die zu einer Wohnung gehören, überprüft wurden, und kann
gegebenenfalls speziell angeben, welche Wärmemeßeinheiten noch abzulesen sind.
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Bei einer Vorrichtung gemäß Anspruch 15 kann dem Auslesegerät leicht
die jeweilige Meßstelle in Form alphanumerischer Daten eingegeben werden. Es können
auch weitere Bemerkungen und Daten, welche für die Abrechnung von Bedeutung sein
können, eingegeben werden.
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Bei einer Vorrichtung gemäß Anspruch 16 kann man die einzelnen Meßeinheiten,
welche Schwingquarze mit fertiaungsbedincter Schwankung des Temperaturganges der
Frequenz enthalten, leicht noch an Ort und Stelle eichen, wobei dann der Norrekturfaktor
entweder auf dem Aufzeichnungsgerät des Auslesegerätes zur späteren zentralen Berücksichtigung
aufgezeichnet wird oder in zusätzliche Speicherzellen des Schreib/Lese-
speichers
eingelesen wird.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 17 wird erreicht,
daß der Korrekturfaktor für den wirklichen Temperaturgang der Frequenz des Schwingquarzes
der betrachteten Meßeinheit zugleich mit dem Ablesen des Wärmeverbrauches überprüft
werden kann. Der jeweils neu gemessene Temperaturfaktor kann dann im zentralen Rechner
zusammen mit dem vor Beginn der Ablesungsperiode gemessenen Korrekurfaktor zur noch
genaueren Bestimmung des Wärmeverbrauches verwendet werden.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 18 wird erreicht,
daß die Referenz-Meßeinheit und die an dem wärmeabgebenden Teil angebaute Meßeinheit
in gutem wärmeleitendem Kontakt sind, also gleiche Temperatur haben.
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Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 19 ist im Hinblick
auf das Vermeiden von Temperaturgefällen zwischen Referenz-Meßeinheit und abzulesender
Meßeinheit von Vorteil.
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Gemäß Anspruch 20 wird auf einfache Weise eine leicht lösbare, thermisch
gut leitende Verbindung zwischen Referenz-Meßeinheit und abzulesender Meßeinheit
erhalten.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 21 ist im Minblick
auf einen einfachen Aufbau des Steckers, auf ein einfaches Anbringen der Referenz-Meßeinheit
im Stecker und auf eine gleichzeitige gute thermische Kooplung zwischen der Referenz-Meßeinheit
und der abzulesenden Ileßeinheit von Bedeutung.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 22 wird erreicht,
daß die Referenz-Meßeinheit und der Ubertragungsblock rasch auf eine Temperatur
aufgewärmt werden können,
welche nahe bei der Temperatur der abzulesenden
Meßeinheit liegt. Bei abgeschaltetem Heizwiderstand läßt man dann den Temperaturausgleich
vollends ablaufen. Das Abschalten des Heizwiderstandes zum richtigen Zeitpunkt kann
leicht unter Vergleich der Ausgangssignale der Referenz-Meßeinheit und der abzulesenden
Meßeinheit vom Auslesegerät bewerkstelligt werden.
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Bei einer Vorrichtung gemäß Anspruch 23 kann man schon im Auslesegerät
die den Wärmeverbrauch implizit wiedergebende "Wärmezeit" durch Vergleich mit einem
Zeit,normal in eine den Wärmeverbrauch besser charakterisierende Zahl umrechnen.
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Die Weiterbildung gemäß Anspruch 24 ist im Hinblick auf eine weitgehende
Standardisierung von Vorrichtungsteilen und auf ein direkt vergleichbares Arbeiten
des Zeitmessers und der eßeinheiten von Vorteil.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 25 wird erreicht,
daß man die sowieso vorhandenen Wärmemesser zugleich als mit sehr hoher Auflösung
arbeitende Temperaturfühler einsetzen kann.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 26 ist im Hinblick
auf besonders niedere Gestehungskosten der in gro-Ben Stückzahlen benötigten Wärmemeßeinheiten
von Vorteil.
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Man braucht nämlich die Schwingquarze nicht prë.zise abzustimmen,
kann diese vielmehr direkt mit den fertigungsbedingten Toleranzen verwenden.
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Mt der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 27 wird auf einfache
Weise und ohne bauliche Maßnahmen eine sehr präzise Abrechnung des Wärmeverbrauches
möglich, welche auch den Wärmeströmen innerhalb eines Gebäudes zwischen verschiedenen
Wohnungen durch Wände und Decken und der
Außentemperatur Rechnung
trägt.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen: Figur
1: bei a) eine schematische Ansicht einer an einem Heizkörper angebrachten Wärmemeßeinheit,
bei b) eine schematische Ansicht eines Raumes eines Gebäudes, dessen Wände mit mehreren
Wärmemeßeinheiten versehen sind, und bei c) eine Aufsicht auf ein Gerät zum Auslesen
der Wärmemeßeinheiten; Figur 2: ein Blockschaltbild einer Wärmemeßeinheit und eines
mit ihr zusammenarbeitenden Auslesegerätes; Figur 3: ein Blockschaltbild einer abgewandelten
Wärmemeßeinheit und des mit ihr zusammenarbeitenden Auslesegerätes; Figur 4: ein
Blockschaltbild einer weiter abgewandelten Wärmemeßeinheit; Figur 5: ein Blockschaltbild
einer weiter abgewandelten Wärmemeßeinheit; und Figur 6: einen vertikalen Schnitt
durch einen Stecker, über welchen das Auslesegerät mit den Wärrnemeßeinheiten verbindbar
ist.
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In Figur 1 erkennt man zwei Rippen 10 und 12 eines Heizkörpers einer
Zentralheizungsanlage. An die Heizkörperrippen 10 und 12 sind Schenkel 14 einer
Halterung 16 aus Blech angeschweißt.
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Letztere weist ferner von einem olattenförmigen Bodenabschnitt 18
umgekantete Ränder 20, 22 auf.
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In dem durch die Schenkel 14, den Bodenabschnitt 18 und die Ränder
20, 22 begrenzten wannenförmigen Raum findet eine insgesamt mit 24 bezeichnete ärmemeßeinheit
Aufnahme (vergl.
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auch Figur 6). Durch eine an nicht gezeigten Nasen der Ränder 20,
22 abgestützte gewellte Feder 26 wird die ebene Rückseite des aus wärmeleitendem
Material gefertigen Gehäuses der Wärmemeßeinheit 24 in flächiger Anlage am ebenen
Bodenabschnitt 18 der Halterung 16 gehalten, ggf. unter Zwischenschaltung einer
plastisch verformbaren Schicht aus gut wärmeleitendem Material, wenn die beiden
Berührflächen von Halterung 16 und Wärmemeßeinheit 24 nicht genau plan bearbeitet
sind. Ein durch eine Plombe 28 geschlossener Plombierdraht 30 verhindert ein nicht
autorisiertes Entnehmen der Meßeinheit 24 aus der Halterung 16.
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Der Bodenabschnitt 18 weist zum Rauminneren und ist auf seiner Außenseite
mit einer die Meßstelle charakterisierenden eingeprägten Kennzeichnung 32, z.B.
einer Buchstaben/Zahlenkombination versehen. Im Bodenabschnitt 18 ist ferner eine
oestreckte Ausnehmung 34 vorgesehen, durch welche in der Wärmemeßeinheit 24 vorgesehene
Steckbuchsen 36 zugänglich sind.
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Einzelheiten der Wärmemeßeinheit 24 werden später unter Bezugnahme
auf die Figuren 2 - 5 noch genauer beschrieben.
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In die Steckbuchsen 36 passen Kontaktstifte 38 eines Steckers 40,
dessen Einzelheiten später unter Bezugnahme auf Figur 6 besprochen werden. Der Stecker
40 ist an einem Verbindungskabel 42 befestigt, über welches ein intelligentes tragbares
Auslesegerät 44 mit einer Wärmemeßeinheit 24 verbunden werden kann. Der elektronische
Aufbau des Auslesegerätes 44 wird ebenfalls später genauer beschrieben. In Figur
1 ist erkennbar, daß das Auslesegerät 44 ein Schreibmaschinen-Tastenfeld 46 zur
Eingabe von Daten, einen Nadeldrucker 48 zur Ausgabe von Ableseprotokollen, ein
Magnetaufzeichnungsgerät 50 zur Aufzeichnung der Meßergebnisse für eine Weiterverarbeitung
in
einem Rechner und eine elektrisch beheizte Eichplatte 52 aus gut wärmeleitendem
Material aufweist.
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Die Eichplatte 52 ist über eine isolierende Schaumstoffwanne 54 in
das Gehäuse des Auslesegerätes 44 eingebaut. Eine als Normal dienende Wärmemeßeinheit
56 ist über eine Halterung 58 fest auf der Eichplatte 52 angebracht. Die Bärmemeßeinheit
56 ist in der Halterung 58 genauso durch eine Feder fixiert und durch. eine Verplombung
gesichert, wie dies obenstehend für die Wärmemeßeinheit 24 unter Bezugnahme auf
die Halterung 16 schon beschrieben wurde. Für die Wärmemeßeinheit 56 ist die Temperaturabhängigkeit
der Frequenz eines in ihr enthaltenen Schwingquarzes, welcher als eigentlicher Temperaturfühler
dient, im Labor genau bestimmt worden. Die Eichplatte 52 trägt ferner eine zweite
Halterung 60, in welche eine zu eichende Wärmemeßeinheit in genau gleicher Weise
eingesetzt werden kann wie die Wärmemeßeinheit 56 in die Halterung 58.
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Es wurde herausgefunden, daß die fertigungsbedingte Abweichung des
Temperaturganges der Frequenz einer Wärmemeßeinheit von einer Sollcharakteristik
darin besteht, daß die entsprechende Frequenzkurve in Ordinatenrichtung parallel
zur Sollkurve verschoben ist. Durch Berücksichtigung eines einzigen Korrekturwertes
läßt sich somit ein mit fertigungsbedingten Fehlern behafteter Meßwert einer Wärmemeßeinheit
auf den richtigen Meßwert einfach umrechnen. Dieser Korrekturwert läßt sich für
jede Wärmemeßeinheit vor dem Einbau in die Halterung 16 unter Verwendung des intelligenten
Auslesegerätes 44 hestimen, wenn ein Betriebsartenschalter 62 in die Stellung "Grundeichung"
gestellt ist. Die Temperatur der Eichplatte 52 für diese Grundeichung kann an einem
Drehknopf 64 eingestellt werden.
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Da die Wärmeabgabe eines Heizkörpers 66 in einem betrachteten
Raum
68 nicht nur von der Temperatur des Heizkörpers selbst sondern auch von der Außentemperatur
abhängt und für eine gerechte Abrechnung auch die Wärmeströme innerhalb des Gebäudes
zu berücksichtigen sind, ist neben der vom Heizkörper 66 getragenen Wärmemeßeinheit
24 eine weitere t.7ärmemeßeinheit 70 an der Innenwand zum benachbarten Raum und
eine weitere Wärmemeßeinheit 72 auf der Außenseite einer geeigneten, nicht direkt
der Sonneneinstrahlung ausgesetzten Gebäudewand angebracht. Diese Wärmeeinheiten
werden beim Ermitteln des Wärmeverbrauches im Raum 68 mit abgelesen, und aus diesen
drei Ablesewerten berechnet dann der zur Abrechnung verwendete Rechner den Wärmeverbrauch
im Raum 68. Es versteht sich, daß die Wärmeeinheit 72 für jedes Gebäude oder sogar
für eine Gruppe benachbarter Gebäude nur einmal voraesehen zu werden braucht, und
daß Wärmemeßeinheiten 70 nur in denjenigen Gebäudewänden (und ggf. Gebäudedecken)
benötigt werden, welche verschiedene Wohnungen gegeneinander abgrenzen.
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Wie Figur 6 zeigt, hat der Stecker 44 ein durch einen aus schlecht
wärmeleitendem Kunststoff gespritzten Deckel 74 verschlossenes Gehäuse 76, welches
ebenfalls aus schlecht wärmeleitendem Kunststoff gespritzt ist. An die Umfangswand
des Gehäuses 76 ist ein Vorsprung 78 angeformt, in welchen vergrößerten Durchmesser
aufweisende Köpfe 80 der Kontaktstifte 38 und entsprechende Köpfe 82 weiterer, in
entgegengesetzte Richtung weisender Kontaktstifte 84 eingebettet sind. An die Kontaktstifte
38 und 84 sind Einzelleiter 86 angeschlossen, welche ebenfalls in das Kunststoffmaterial
des Gehäuses 76 eingebettet sind und an das Verbindungskabel 42 angeschlossen sind.
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Ein Wärmeübertragungsblock 88 findet im Gleitsitz in Steckrichtung
verschiebbar im Gehäuse 76 Aufnahme. Seine Abmessung in Steckrichtung ist geringfügig
größer als die Abmessung des Vorsprunges 78 in dieser Richtung. Eine Aus-
nehmung
90 des Wärmeübertragungsblockes 88 übergreift den Vorsprung 78 formschlüssig im
Gleitsitz. In dem Wärmeübertragungsblock 88 ist ein Heizwiderstand 92 formschlüssig
in eine angesenkte Bohrung 94 eingesetzt und ist über flexible Leiter 96 ebenfalls
an das Verbindungskabel 42 angeschlossen.
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In in Steckrichtung verlaufenden, nach vorne frei auslaufenden Schlitzen
98 des Gehäuses 76 sind Schwenkriegel 100 vorgesehen, welche durch nicht gezeigte
Drahtfedern in die in der Zeichnung wiedergegebene Sperrstellung vorgespannt sind,
in welcher sie mit ihren Riegelabschnitten 102 die Ränder 20 und 22 der Halterung
16 übergreifen. Betätigungsabschnitte 104 der Schwenkriegel 100 stehen über die
Außenfläche des Gehäuses 66 über.
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Der Wärmeübertragungsblock 88 liegt mit seiner in der Zeichnung rechts
gelegenen Stirnfläche an dem Bodenabschnitt 18 der Halterung 16 an. Mit seiner in
der Zeichnung links oelegenen Stirnfläche liegt der Wärmeübertragungsblock 88 am
Bodenabschnitt 18' einer weiteren Halterung 16' an, welche sich von der Halterung
16 nur dadurch unterscheidet, daß sie keine Schenkel 14 hat. In der Halterung 16'
ist eine Referenz-Wärmemeßeinheit 24' durch eine Feder 26' festgelegt,und die Steckbuchsen
38' der Wärmemeßeinheit 24' sind auf den Kontaktstiften 84 verschiebbar. Die Halterung
16' und die Referenz-Wärmemeßeinheit 24' sind durch eine elastische Gummischicht
106 in Steckrichtung vorgespannt. Auf diese Weise ist bei auf die Halterung 16 aufgesetztem
Stecker 40 ein gut wärmeleitender Flächenkontakt zwischen der Referenz-Wärmemeßeinheit
24' und dem Bodenabschnitt 18 der Halterung 16 gegeben, an welchem die Wärmemeßeinheit
24 ebenfalls flächig anliegt. Damit sind die beiden Wärmemeßeinheiten 24 und 24'
auf gleicher Temperatur.
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Um nach dem Anbringen des Steckers 40 an der Halterung 16
möglichst
rasch die Temperaturgleichheit zwischen den beiden Wärmemeßeinheiten 24 und 24'
herzustellen, wird unter Steuerung durch das intelligente Auslesegerät 44 der Heizwiderstand
92 solange geheizt, bis die Temperatur des Wärmeübertragungsblockes 88 und der Halterung
16' sowie der Referenz-Wärmemeßeinheit 24' im wesentlichen mit der Temperatur der
Wärmemeßeinheit 24 übereinstimmt. Dies läßt sich leicht anhand der von den beiden
Wärmemeßeinheiten abgegebenen Signale feststellen. Dann wird der Heizwiderstand
92 abgeschaltet, und nach Verstreichen einer mit Sicherheit zur Einstellung gleicher
Temperaturverteilung ausreichenden vororogrammierten Wartezeit leitet dann das Auslesegerät
44 die eigentliche Messung ein. Diese besteht in der Übernahme des Meßergebnisses
und der Bestimmung des Korrekturfaktors für die jeweilige Wärmemeßeinheit 24 gegenüber
der geeichten Referenz-Wärmemeßeinheit 24'. Beide Werte werden auf dem Magnetbandaufzeichnungsgerät
50 zur Weiterverarbeitung abgespeichert.
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Nach Drücken der Betätigungsabschnitte 104 läßt sich der Stecker 40
leicht von der Wäremeßeinheit 24 abziehen und anschließend auf eine andere Wärmemeßeinheit
aufschieben.
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Figur 2 zeigt Einzelheiten des schaltungstechnischen Aufbaus der Wärmemeßeinheit
24 und des Auslesegerätes 44.
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Ein Schwinggabel-Schwingquarz 108, welcher bei Raumterperatur bei
32 kHz schwingt, ist so geschnitten, daß eine große Temperaturabhängigkeit seiner
Eigenfrequenz erhalten wird.
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Der Ausgang des Schwingquarzes 108 ist mit einem Vorteiler 110 verbunden,
dessen Ausgang ein Signal mit einer Frequenz von 128 Hz bereitstellt. Mit diesem
Signal ist ein Zähler 112 beaufschlagt, welcher aus Einzelzählern 112a- 112f zusammengesetzt
gezeigt ist, welche an ihren Uberlaufausgängen in Abständen von Sekunden, Minuten,
Stunden, Tagen, Monaten und Jahren Impulse abgeben.
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Die Schaltkreise 110 und 112 sind in den in aroßen Stückzahlen hergestellten
und daher preisgünstig erhältlichen integrierten Schaltkreisen für Quarzuhren enthalten,
welche zur Realisierung der Wärmemeßeinheit 24 nach Figur 1 verwendet werden können.
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An den Ausgängen der Einzelzähler 112a - 112f wird der jeweilige Zählerstand
in Form zweistelliger BCD-codierter Zahlen bereitgestellt. Die Ausgänge der Einzelzähler
112a - 112f sind mit einem 48 Bit langen Unterbereich 114b eines Schieberegisters
114 verbunden. Dessen Gesamtlänge beträgt beim hier betrachteten Ausführungsbeispiel
128 Bit. Hiervon ist ein 16 Bit großer Unterbereich 114a aus einem Festwertspeicher
116 einlesbar, welcher eine Identifizierungsnummer enthält, die der betrachteten
Wärmemeßeinheit 24 speziell zugeordnet ist. Ein weiterer, 64 Bit großer Unterbereich
114c des Schieberegisters 114 dient zur Aufnahme variabler Information, z.B. der
Korrekturfaktor für den jeweiligen Schwingquarz 108, die Größe des der Meßstelle
zugeordneten Heizkörpers und Code-Inrmation. Der 64 Bit lange Unterbereich 114c
des Schieberegisters 114 ist an einen Komparator 118 angeschlossen, welcher mit
seinem zweiten Eingang an einen die Code-Information enthaltenden Festwertspeicher
120 angeschlossen ist. Der Komparator 118 kann über eine Steuerleitung 122 vom Auslesegerät
44 her aktiviert werden und setzt dann, wenn der Inhalt des Festwertspeichers 120
mit dem Codeinhalt des Unterbereiches 114c des Schieberegisters 114 übereinstimmt,
die Einzelzähler 112a - 112f auf Null zurück, bzw. veranlaßt bei entsprechender
Ausbildung der Einzel zähler dieselben zur Übernahme der zugeordneten Bits des Unterbereiches
114b des Schieberegisters 114 als Ausgangszählerstand.
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Das Schieberegister 114 ist so ausgebildet, daß es Daten an den in
der Zeichnung oben liegenden Paralleldatenübertragunasklemmen DP parallel einlesen
und ausgeben kann, wenn eine
Paralleltaktsteuerklemme TP mit Signal
beaufschlagt wird.
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Diese Klemme ist mit dem Ausgang des Einzelzählers 112a verbunden,
welcher in Abständen von 1 Sekunde einen Impuls abgibt.
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Das Schieberegister 114 hat ferner eine Serielldatenübertragungsklemme
DS, über welche Daten seriell ein- oder ausgelesen werden können, wenn eine Serielltaktsteuerklemme
TS mit Signal beaufschlagt wird. Letztere ist mit dem Ausgang eines UND-Gliedes
124 verbunden, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Vorteilers 110 und dessen
zweiter Eingang mit einer zum Auslesegerät 44 führenden Steuerleitung 126 verbunden
ist.
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Eine Datenleitung 128 verbindet die Serielldatenübertragunasklemme
DS des Schieberegisters 114 mit dem Auslesegerät 44.
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Die drei Leitungen 122, 126 und 128 sind über das Verbindunoskabel
42 mit einem Eingabe/Ausgaberegister 130 verbunden, welches einem Mikroprozessor
132 zugeordnet ist. Mit diesem sind als weitere periphere Geräte verbunden eine
Echtzeituhr 134, die Referenz-Wärmemeßeinheit 24', das Magnetbandaufzeichnungsgerät
50 und der Nadeldrucker 48.
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Die Echtzeituhr 134 hat gleichen Aufbau wie die durch den Schwingquarz
108, den Vorteiler 110 und den Zähler 112 oebildete Wärmezeituhr", nur ist ihr Schwingquarz
in für Quarzuhren üblicher Weise so geschnitten, daß seine Arbeitsfrequenz temperaturunabhängig
ist. Falls aewünscht, kann die Echtzeituhr zusätzlich ein Rundfunkempfangsteil aufweisen
und so automatisch in regelmäßigen Abständen auf die behördliche Normalzeit gestellt
werden.
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Die oben beschriebene, elektrisch durch eine eingebaute Batterie autarke
Wärmemeßeinheit 24 und das oben beschriebene Auslesegerät 44 werden wie folgt verwendet:
Vor
dem Einbau der Meßeinheit 24 in die Halterung 16 wird diese auf der Eichplatte 52
angebracht und der Schwingauarzkorrekturfaktor wird vom Auslesegerät 44 bestimmt
und auf dem Magnetbandaufzeichnungsgerät 50 abgespeichert. Danach wird die Meßeinheit
24 in die Halterung 16 eingesetzt, mit der Feder 26 festgeklemmt, und der Plombierdraht
30 und die Plombe 28 werden angebracht. Danach wird der Stecker 40 in die Meßeinheit
24 eingesteckt, und in das Schieberegister 114 wird vom Auslesegerät 44 die genaue
Echtzeit zusammen mit der Code-Information, der Information über die Größe des Heizkörpers
und dem Schwingquarzkorrekturfaktor einaegeben. Der nun an beiden Eingängen mit
gleicher Codeinformation beaufschlagte Komparator 118 spricht nun an, und es wird
dann der Unterbereich 114b des Schieberegisters 114 als Ausgangszählerstand in den
Zähler 112 übernommen. Hierauf wird das Schieberegister 114 vom Auslesegerät 44
mit beliebiger, nicht die Code-Information enthaltender Information überschrieben,
und der Stecker 40 wird abgezogen.
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Die Wärmemeßeinheit 24 stellt nun jede Sekunde den bisherigen Wärmeverbrauch
in Form einer Zeitangabe im Schieberegister 114 bereit. Falls gewünscht, kann man
die Klemme TP des Schieberegisters 114 auch mit dem Minutenausgang des Einzelzählers
112b verbinden.
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Nach Ablauf einer Heizperiode wird das Auslesegerät 44 wieder an die
Wärmemeßeinheit 24 angeschlossen, und bei Bereitstellung-eines Steuersignales auf
der Steuerleitung 126 wird der Inhalt des Schieberegisters 114 seriell ausgelesen.
Dies kann aus Sicherheitsgründen mehrfach erfolaen, wobei dann das Auslesegerät
44 die Kennung für die Wärmemeßeinheit 24, welche dem Festwertspeicher 116 entnommen
ist, zugleich als Markierung für den Anfang des Inhaltes des Schieberegisters 114
benützt.
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Soll der Inhalt des Schieberegisters 114 auch durch den Inhaber der
Wohnung ausgelesen werden können, so kann man diesem ein einfaches Anzeigegerät
zur Verfügung stellen, welches keine Code-Information enthält und nur zum Auslesen
des Schieberegisters 114 befähigt ist und den Unterbereich 114b in Form einer Zahl
anzeigt.
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Man kann eine an einer Raumwand angeordnete Wärmemeßeinheit 70 während
der Ableseperiode auch zugleich als Temperaturfühler mit Einleitersignalübermittlung
verwenden, indem man die in der Zeichnung untere Eingangsklemme des UND-Gliedes
124 an den Sekunden- oder Minutenausgang des Zählers 112 anschließt und die Leitung
128 mit einer Regeleinheit der Raumklimatisierungsanlage verbindet , welche entweder
die Änderung des Inhaltes des Unterbereiches 114b digital auswertet oder die Abweichung
der Auslesetaktfrequenz von der exakten 128 Hz-Taktfrequenz ermittelt und als Maß
für die Ist-Temperatur im Raum nimmt.
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Zum Ablesen des Wärmeverbrauches nach einer Heizperiode wird nach
Anbringen des Steckers 40 vom Auslesegerät 44 der Inhalt des Schieberegisters 114
ausgelesen und auf dem Magnetbandaufzeichnungsgerät 50 festgehalten, und falls in
den Stecker 40 eine Referenz-Wärmemeßeinheit 24' integriert ist, wird zugleich in
der schon beschriebenen Art und Weise der Korrekturfaktor für die Wärmemeßeinheit
24 neu bestimmt und ebenfalls magnetisch aufgezeichnet. Dann wird das Schieberegister
114 vom Auslesegerät 44 her mit der echten Uhrzeit gefüllt und der Stand des Zählers
112 entsprechend korrigiert, wie oben schon beschrieben wurde.
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Das Auslesegerät 44 überprüft nach ihm über das Magnetaufzeichnungsgerät
50 eingegebenen Daten, ob sämtliche Wärmemeßeinheiten einer Wohnung bzw. eines Hauses
überprüft wurden und druckt die Meßergebnisse auf dem Nadeldrucker 48 als Beleg
aus.
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Nach Ablesen aller Wärmemeßeinheiten eines Hauses oder einer Gruppe
von Gebäuden wird die vom Magnetbandaufzeichnungsgerät 50 beschriebene Bandkassette
entnommen und zur Erstellung der Endabrechnung an ein Rechenzentrum des Abrechnungsunternehmens
gesandt, was einfach auf dem Postwege erfolgen kann.
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Die Aufzeichnungen auf der Magnetbandkassette können zugleich zur
Kontrolle des Ablesers und zur Lohnabrechnung für den Ableser verwendet werden.
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Man erkennt, daß bei dieser Art der Ermittelung des Wärmeverbrauches
Manipulationen oder unbeabsichtigte Fehler ausgeräumt sind. Die Ablesung kann auch
durch ungeübte Personen wie Hausmeister vorgenommen werden, und. auch die Weiterverarbeitung
der Meßergebnisse erfolgt ohne menschliches Zutun rein maschinell und fehlerfrei.
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Figur 3 zeigt eine abgewandelte Wärmemeßeinheit 24*. Das Schieberegister
114 und die niederfrequenten Zählerstufen sind hier durch einen Schreib-Lesespeicher
(RAM) 136 welcher 2N getrennt adressierbare Speicherzellen zu jeweils einem Bit
aufweist, und durch einen Binäraddierer ersetzt, welcher zwischen die Datenausganasklemme
DO und die Dateneingangsklemme DI des Schreib/Lesespeichers 136 geschaltet ist und
seinerseits einen Inverter 138, einen diesem nachgeschalteten Verzögerungskreis
140 und ein getaktetes RS-Flipflop 142 (Carry-Flipflop) sowie ein exklusives ODER-Glied
144 aufweist. Die Eingänge des exklusiven ODER-Gliedes 144 sind mit der Datenausgangsklemme
DO des Schreib/Lesespeichers 136 bzw. dem 111-Ausgang des Flipflops 142 verbunden.
Dessen Rückstelleingang R ist über den Verzögerungskreis 140 und den Inverter 38
ebenfalls mit der Datenausgangsklemme DO des Schreib/Lesespeichers 136 verbunden,
sein Setzeingang S ist mit der berlaufkleme O eines zur zyklischen Adressierung
des Schreib/Lesespeichers 136 verwendeten Vorzählers 146 verbunden. Dieser erhält
am
Eingang ein Signal mit einer Frequenz von etwa 128 Hz, welches über einen Zwischenteiler
148 mit einem Teilfaktor zwei von einem ein 256 Hz-Signal abgeleitet ist, das ein
Vorteiler 150 bereitstellt. Letzterer ist an den Ausgang eines Schwinggabel-Schwingquarzes
152 angeschlossen, welcher wieder so geschnitten ist, daß sich seine Eigenfrequenz
stark mit der Temperatur ändert.
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Das Ausgangssignal des Vorteilers 150 wird direkt auf die Einlesetaktklemme
TI und über einen Inverter 154 auf die Auslesetaktklemme TO des Schreib-Lesespeichers
136 gegeben.
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Eine Datenausgabeleitung 156 ist an die Datenausgangsklemme DO des
Schreib/Lesespeichers 136 angeschlossen. Eine Dateneinleseleitung 158 ist mit einer
Eingangsklemme eines UND-Gliedes 160 verbunden, dessen zweite Eingangsklemme mit
einer Einlesesteuerleitung 162 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gliedes 160 ist
über ein ODER-Glied 164 mit der Dateneingangsklemme DI des Schreib/Lesespeichers
136 verbunden. Dessen zweite Eingangsklemme ist mit dem Ausgang eines UND-Gliedes
166 verbunden, dessen einer Eingang über einen Inverter 168 ebenfalls mit der Einlesesteuerleituna
162 verbunden ist und dessen anderer Angang mit dem Ausgang des exklusiven ODER-Gliedes
144 verbunden ist. Das Signal auf der Einlesesteuerleitung 162 wird über eine schnelle
monostabile Kippschaltung 167 auch zum Rückstellen der Teiler 148, 150 und des Vorzählers
146 verwendet.
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Die oben beschriebene Meßeinheit 24* arbeitet folgendermaßen: Die
verschiedenen (bei den oben angegebenen Frequenzverhältnissen in der Praxis 128)
Speicherzellen des Schreib/Lesespeichers 136 werden in einer Sekunde ("ärmezeit")
einmal zyklisch durchadressiert. Jedes Adressignal steht für 1/128 Sek. an. Jede
Sekunde wird durch einen Überlaufimpuls des
Vorzählers 146 das
Flipflop 142 gesetzt. Das exklusive ODER-Glied 144 setzt nun alle ankommenden binären
Einsen in binäre Nullen um, ebenso wird die erste ankommende binäre Null in eine
Eins umgesetzt. Die so umgesetzten Daten werden über die Dateneingangsklemme DI
wieder in den Schreib/Lesespeicher 136 eingelesen. Alle nachfolgenden an der Datenausganasklemme
DO bereitgestellten Bits werden unverändert über das exklusive ODER-Glied 144 wieder
über die Dateneingabeklemme DI des Schreib/Lesespeichers 136 eingelesen. Auf diese
Weise erfolgt gleichzeitig ein periodisches Auslesen des Wärmeverbrauches ("Wärmezeit")
und ein Addieren von Sekundenimpulsen zum Zwecke der Integration des Wärmeverbrauches.
Die Schaltung erhält offensichtlich durch dieses Zusammenfassen von Schnittstellenfunktion
und Zählfunktion im Schreib/Leseseicher 136 einen besonders einfachen Aufbau.
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Ein Schutz gegen Manipulation kann bei der Ausführungsform nach Figur
3 dadurch erhalten werden, daß man die Steckbuchse für die Einlesesteuerleitung
162 durch die Halterung 16 abdeckt und die jährliche Verbrauchsbestimmunq unter
Berücksichtigung der Ablesung der letzten Periode vornimmt.
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Ein erstes Einlesen des Schreib/Lesespeichers 136 ist nämlich nur
nach einem Auswechseln der Batterie erforderlich, wozu die Plombe 28 der Halterung
16 sowieso zerstört werden muß und die Wärmemeßeinheit 24* der Halterung 16 entnommen
werden muß.
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Sollen im Schreib/Lesespeicher 136 zusätzliche Informationen über
den Korrekturfaktor des Schwingquarzes 152 und/oder die Größe des der Meßeinheit
zugeordneten Heizkörpers und/oder Code-Information gespeichert werden, die dann
automatisch zusammen mit dem Wärmeverbrauch zyklisch ausaegeben werden, so kann
man die Schaltung wie in Figur 4 gezeigt abwandeln.
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Schon unter Bezugnahme auf Figur 3 besprochene Schaltungsteile sind
wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen
und brauchen nicht
noch einmal im einzelnen erläutert zu werden.
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Der Vorteiler 150, der Zwischenteiler 148 sowie der Vorzähler 46 sind
als ein Vorzähler 170 zusammengefaßt gezeigt, dessen erste Ausgangsklemme zur Vorgabe
des Auslesens bzw.
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Einlesens des Schreib/Lesespeichers 136 verwendet wird, dessen zweite
Ausgangsklemme zum Takten des Flipflops 142 verwendet wird, dessen nachfolgende
Ausgangsklemmen (in der Praxis bei den oben beschriebenen Frequenzverhältnissen
8) zum Adressieren des Schreib/Lesespeichers 136 verwendet werden und dessen letzte
Ausgangsklemme zum Rückstellen des Vorzählers 170 beim Auslesen des Wärmeverbrauches
verwendet wird, während die vorletzte Ausgangsklemme zum Zurückstellen des Vorzählers
170 beim normalen Meßbetrieb verwendet wird.
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Hierzu sind die beiden letztgenannten Ausgangsklemmen mit ersten Eingängen
von UND-Gliedern 172, 174 verbunden, deren Ausgänge über ein ODER-Glied 176 zusammengefaßt
sind. Dessen Ausgang wird über ein weiteres ODER-Glied 178 mit dem Signal auf der
Einlesesteuerleitung 162 zusammengefaßt; der Ausgang des ODER-Gliedes 178 ist mit
dem Eingang der monostabilen Kippstufe 167 verbunden.
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Der Schreib/Lesespeicher 136 hat 2N+1 Speicherzellen, von denen aber
wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 nur 2N zum Speichern der den Wärmeverbrauch
charakterisierenden "Wärmezeit" verwendet werden. Die zweite, obere Hälfte des Schreib/Lesespeichers
136 enthält die Informationen über Korrekturfaktor, Heizkörpergröße und Code-Information.
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Liegt kein Signal auf der Einlesesteuerleituna 162, so wird die obere
Speicherhälfte überhaupt nicht adressiert und die Schaltung arbeitet genauso wie
die Schaltung nach Figur 3. Liegt ein Einlesesteuersignal an, so werden auch die
Speicherzellen in der oberen Speicherhälfte adressiert,
und ihr
Inhalt wird auf der Datenausgabeleitung 156 zusammen mit dem Inhalt der unteren
Speicherhälfte bereitgestellt.
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Die ausgelesenen Daten können in Auslesegerät 44 weiterverarbeitet
werden und entweder unverändert (Fortschreibung der Verbrauchsmessung, keine Neubestimmung
des Korrekturfaktors) wieder in den Schreib/Lesespeicher 136 zurückveführt, wie
durch die Schleife 180 im Auslesegerät 44 angedeutet, oder das Auslesegerät 44 füllt
den Schreib/Lesespeicher neu, wobei die "ärmezeit" wieder in Einklang mit der Echtzeit
gebracht wird und/oder ein neuer Schwingquarzkorrekturfaktor eingegeben wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 enthält die untere Hälfte
des Schreib/Lesespeichers 136 die Information über den Wärmeverbrauch, die obere
Hälfte des Schreib/Lesespeichers 136 Code-Information, den Schwingquarzkorrekturfaktor
und Information über die Heizkörpergröße usw. Um Manipulationen am Inhalt des Schreib/Lesespeichers
136 weiter zu erschweren, kann man bei der Ausführungsform nach Figur 5 die zusätzliche
Information und die Information über den Wärmeverbrauch in von Wärmeeinheit zu Wärmeeinheit
verschiedener Weise willkürlich auf beliebiae Speicherzellen des Schreib/Lesespeichers
136 verteilen.
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Hierzu weist die in Figur 5 gezeigte Wärmemeßeinheit 24*** einen Festwertspeicher
182 auf, der ebenso wie der Schreib/ Lesespeicher 136 einzeln adressierbare Speicherzellen
zu einem Bit enthält und mit denselben Signalen vom Vor zähler 170 her adressiert
wird. Dabei steht eine binäre Eins in einer Speicherzelle des Festwertspeichers
182 dafür, daß die entsprechende Speicherzelle des Schreib/Lesespeichers 136 arithmetisch
zu verarbeitende Information über den Wärmeverbrauch enthält, eine binäre Null dafür,
daß die entsprechende Speicherzelle des Schreib/Lesespeichers 136 Zusatzinformation
enthält, die bei der Fortschreibung des Wärmeverbrauches nicht arithmetisch verarbeitet
werden darf.
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Die Datenausgangsklemme DO des Festwertspeichers 182 ist mit einer
Eingangsklemme eines UND-Gliedes 184 verbunden, dessen andere Eingangsklemme mit
dem Ausgang des Inverters 138 und dessen Ausgangsklemme mit dem-Eingang des Verzögerungskreises
140 verbunden ist. Damit ist sichergestellt, daß nur solche vom Datenausgang DO
des Schreib/Lesespeichers 136 ausgegebene binäre Nullen das Flipflop 142 zurückstellen
können, welche zu arithmetisch zu verarbeitenden Bits des den Wärmeverbrauch charakterisierenden
Teiles des Inhaltes des Schreib/Lesespeichers 136 gehören.
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Der Datenausgang DO des Festwertspeichers 182 ist ferner mit dem Eingang
eines weiteren UND-Gliedes 186 verbunden, welches am anderen Eingang mit der 256
Hz-Ausgangsklemme des Zählers 170 verbunden ist und welches am Ausgang mit der Einlesetaktsteuerklemme
TI des Schreib/Lesespeichers 136 verbunden ist. Damit sind solche Speicherzellen
bei der periodischen Durchadressierung des Schreib/Lesespeichers 136 gegen ein Überschreiben
geschützt, welche Zusatzinformation enthalten, da bei der Adressierung dieser Speicherzellen
eine binäre Null am Ausgang des Festwertspeichers 182 ausgegeben wird.
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Der Festwertspeicher 182 ist ein elektrisch programmierbarer Festwertspeicher
(EPROM) und wird in der Fabrik für die verschiedenen Wärmemeßeinheiten unterschiedlich
eingelesen. Die entsprechende Information wird nur in Rechner des Abrechnungsunternehmens
gespeichert; sie kann weder aus der W=rmemeßeinheit, in welcher alle Teile mit Ausnahme
der Batterie mit dem Gehäuse vergossen sind, noch beim Auslesen der Wermemeßeinheit
mit einem Auslesegerät bestimmt werden, da man es den verschiedenen seriell ausgelesenen
Bits nicht ansehen kann, ob sie Zusatz information oder einen Teil der den Tlärmeverbrauch
angebenden digitalen Zahl darstellen. Auf diese Weise sind Manipulationen an den
Meßergebnissen in gezielter Weise nicht möglich.
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