DE3130591A1 - Circuit arrangement for measuring and displaying the quantity of heat dissipated by a heater (radiator) - Google Patents
Circuit arrangement for measuring and displaying the quantity of heat dissipated by a heater (radiator)Info
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Abstract
Description
"Schaltungsanordnung zum Erfassen und Anzeigen der von ei-"Circuit arrangement for detecting and displaying the
nem Heizkörper abgegebenen Wärmemenge" Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erfassen und Anzeigen der von einem Heizkörper abgegebenen Wärmemenge, mit mindestens einem Temperaturfühler, einer Auswerteschaltung, Anzeige- bzw. Zähleinrichtung und Batterie.amount of heat emitted by a radiator " The invention relates to a circuit arrangement for detecting and displaying the from a radiator given amount of heat, with at least one temperature sensor, one evaluation circuit, Display or counting device and battery.
Aus der DE-OS 2 912 522 ist der konstruktive Aufbau einer Vorrichtung zur elektrischen Verbrauchsermittlung einzelner Wärmeverbraucher bekannt, wobei in einem in unmittelbarem Kontakt mit einem Heizkörper angeordneten Gehäuse ein Meßfühler, eine elektrische Auswerteschaltung, eine Anzeigeschaltung mit Zähleinrichtung und Batterieversorgung untergebracht sind.From DE-OS 2 912 522 the structural design of a device is known for determining the electrical consumption of individual heat consumers, with in a housing arranged in direct contact with a radiator Measuring sensor, an electrical evaluation circuit, a display circuit with a counter and battery supply are housed.
Insbesondere bei Zentralheizungsanlagen in Wohnhäusern oder Wohnblocks ist es erforderlich, die anteiligen Heizkosten nach dem tatsächlichen Wärmeverbrauch der einzelnen Mieter möglichst genau umzulegen.Especially with central heating systems in residential buildings or apartment blocks it is necessary to calculate the proportionate heating costs according to the actual heat consumption of the individual tenants as precisely as possible.
Zur Feststellung der von einem Heizkörper abgegebenen Wärmemenge sind Verdunstungszähler weit verbreitet. Sie weisen jedoch keine ausreichende Genauigkeit auf und sind relativ leicht zu inanipulieren.To determine the amount of heat given off by a radiator Evaporation counter widely used. However, they do not have sufficient accuracy and are relatively easy to manipulate.
Es sind auch elektrische Heizkostenverteiler-Systeme bekannt, bei denen die in den einzelnen Heizkörpern abgegebene Wärmemenge bzw. der von einer Wohnung verbrauchte Wärmemengenanteil mittels Temperaturvergleichsmessungen der lSeizkörpertemperatur und der Raumtemperatur festgestellt, ausgewertet und in einer Zentralstelle angezeigt werden. Derartige Systeme sind jedoch sehr aufwendig, insbesondere wcgen des notwendigen hohen Montageaufwandes, Verlegen von Leitungen und dergleichen mehr. Die Installation eines. derartigen Systems erfordert erhebliche Eingriffe in die damit auszustattenden Wohnungen.There are also known electrical heat cost allocation systems which the amount of heat given off in the individual radiators or that of one Apartment consumed heat quantity share by means of temperature comparison measurements of the lThe body temperature and the room temperature are determined, evaluated and combined in one Central office are displayed. However, such systems are very expensive, in particular because of the high assembly costs required, laying cables and the like more. The installation of a. such a system requires significant intervention in the apartments to be equipped with it.
Der Erfindung . liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Heizkostenverteiler zu schaffen, der als selbständige Einheit an Heizkörpern befestigbar ist und die Ablesung des von diesem Heizkörper abgegebenen Wärmemengenanteils ermöglicht, wobei eine hohe Betriebssicherheit, Manipuliersicherheit und Anzeigegenauigkeit gefordert ist.The invention . is therefore based on the task of a heat cost allocator to create, which can be attached to radiators as an independent unit and which Reading of the amount of heat given off by this radiator allows, with high operational reliability, manipulation security and display accuracy are required is.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erläuterten Art im wesentlichen ;dadurch gelöst, daß die Auswerteschaltung einen ersten Frequenzgenerator aufweist, der die vom Heizkörpertemperaturftihler gelieferten Ausgangssignale in eine der Heizkörpertemperatur proportionalen Frequenz umsetzt, die einem Mikroprozessor zugeleitet wird, daß eine Flächenbewertungsschaltung vorgesehen ist, die eine der vom Temperaturfühler gelieferte Ausgangsgröße mit einem der wärmeabgebenden Fläche des Heizkörpers proportionalen Faktor dem Mikroprozessor zuleitet , daß dem Mikroprozessor ein Impulszähler nachgeschaltet ist, der über eine Dekodierschaltung eine Anzeigeschaltung ansteuert.According to the invention, this object is achieved in a circuit arrangement essentially of the type explained at the beginning; this is achieved in that the evaluation circuit has a first frequency generator, which from the radiator temperature sensor delivered output signals in a frequency proportional to the radiator temperature converts, which is fed to a microprocessor, that an area evaluation circuit is provided that one of the output variables supplied by the temperature sensor with a factor proportional to the heat emitting area of the radiator to the microprocessor leads to the fact that the microprocessor is followed by a pulse counter that has a decoding circuit controls a display circuit.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ergibt einen Heizkostenverteiler, der leicht an einen jeweiligen Heizkörper anpaßbar ist und alle für die Anzeige des abgegebenen Wärmemengenanteils erforderlichen Faktoren zu berücksichtigen gestattet. Da die Anzeige der abgegebenen Wärmemenge direkt am Heizkörper erfolgt, besteht für den Benutzer die Möglichkeit, durch entsprechendes Heizverhalten seine Energiekosten zu senken bzw. seinen Verbrauch selbst zu überwachen.The circuit arrangement according to the invention results in a heat cost allocator, which is easily adaptable to a respective radiator and all for display of the amount of heat emitted to take into account the necessary factors. Since the amount of heat given off is displayed directly on the radiator, there is for the user the possibility of reducing his energy costs through appropriate heating behavior to reduce or monitor its consumption yourself.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zusätzlich ein Raumtemperaturfühler vorgesehen, dessen Ausgangssignal einem zweiten Frequenzgenerator zugeführt wird, der mit dem Mikroprozessor verbunden ist und dessen Ausgangsfrequenz im Mikroprozessor von der Ausgangsfrequenz des ersten Frequenzgenerators subtrahiert und weiterverarbeitet wird.According to a preferred embodiment of the invention is additionally a room temperature sensor is provided, the output signal of which is sent to a second frequency generator which is connected to the microprocessor and its output frequency subtracted in the microprocessor from the output frequency of the first frequency generator and is further processed.
Gemäß einem ersten Autf.ührungsbeispiel der Erfindung wird in vorteilhafter Weise er Verwendung eines temperaturabhängigen Widerstandes im Heizkörpertemperaturfühler und Raumtemperaturfühler j e eine Sp annungsfrequenzw andlerstufe als Frequenzgenerator vorgesehen.According to a first exemplary embodiment of the invention, it is more advantageous Way he use of a temperature-dependent resistor in the radiator temperature sensor and room temperature sensors each have a voltage frequency converter stage as a frequency generator intended.
Gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bei Verwendung temperaturabhängiger Widerstände im Heizkörpertemperaturfühler uhd Raumtemperaturfühler je ein astabiler Multivibrator vorgesehen, - wobei die Impulsdauer der von den astabilien Multivibratoren gelieferten Rechteckimpulsfolgen proportional der Heizkörpertemperatur bzw. proportional der Raumtemperatur sind.According to a modified embodiment of the invention, in Use of temperature-dependent resistances in the radiator temperature sensor and room temperature sensor an astable multivibrator each provided, - the pulse duration being that of the astable Multivibrators supplied square pulse trains proportional to the radiator temperature or proportional to the room temperature.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, der Mikroprozessor mit einem steuerbaren Thermostatventil verbunden ist.It is particularly advantageous if, according to a development of the Invention, the microprocessor is connected to a controllable thermostatic valve.
Um bei Batteriebetrieb die Lebensdauer der Batterie zu erhöhen und den Zeitraum zwischen zwei Batteriewechseln zu vergrößern ist es vorteilhaft, wenn die Schaltung im Standby-Betrieb arbeitet.To increase the service life of the battery in battery operation and It is advantageous to increase the time between two battery changes if the circuit works in standby mode.
Dazu ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in vorteilhafter Weise eine Timer-Stufe und eine Schaltstufe vorgesehen, die bewirkt, daß lediglich zu bestimmien festen Zeiten die Batteriespannung an die schaltungsanordnung gelegt und eine Temeratur-Frequenzwandlung vorgenommen wird.In a further embodiment of the invention, this is advantageous Way a timer stage and a switching stage is provided that only causes The battery voltage is applied to the circuit arrangement at certain fixed times and a temperature-frequency conversion is carried out.
Eine besonders kompakte und-leicht zu montierende Ausbildung der Schaltungsanordnung ergibt sich dann, wenn alle Schaltstufen der Auswerteschaltung in einem, an einem Heizkörper befestigbaten, Gehäuse angeordnet sind.A particularly compact and easy-to-assemble design of the circuit arrangement results when all switching stages of the evaluation circuit in one, on one Fasten radiators, housings are arranged.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert, die schematisch zwei Ausführung sbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltungsan Ordnung darstellen. Dabei zeigt: Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.Further details, features, and advantages of the invention will become apparent with reference to the drawings explained in more detail, the schematically two execution examples of the Represent circuit arrangement according to the invention. It shows: Fig. 1 schematically a first embodiment of the circuit arrangement according to the invention, and FIG. 2 shows another embodiment of the invention.
Grundlage der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und 2 ist die bekannte Gleichung: Q = α . F . t . (TH - TR) Q = abgegebene Wärmemenge α = Wärmeübergangszahl F = wärmeabgebende Fläche t = Meßzeit TH = mittlere Temperatur des 'Heizkörpers TR = mittlere Temperatur des Raumes.The basis of the circuit arrangement according to FIGS. 1 and 2 is known Equation: Q = α. F. t. (TH - TR) Q = amount of heat given off α = heat transfer coefficient F = heat-emitting surface t = measuring time TH = mean temperature of the 'radiator TR = mean temperature of the room.
Im allgemeinen kann angenommen werden, daß die Raumtemperatur TR = 200C = constant ist. Die wirklich vorhandene jeweilige mittlere Raumtemperatur ist meßtechnisch sehr schwer zu erfassen bzw. leicht zu manipulieren ist, wenn man sie messen will.In general, it can be assumed that the room temperature TR = 200C = constant. The actual prevailing mean room temperature is It is very difficult to measure or manipulate if you use them want to measure.
Ferner kann die Wärmeübergangszahl α vereinfacht als Konstante angenommen werden, obgleich sie sich tatsächlich in Abhängigkeit der Luftgeschwindigkeit am Heizkörper ändert.Furthermore, the heat transfer coefficient α can be simplified as a constant can be assumed, although they actually depend on the air speed changes on the radiator.
Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 und 2 weist einen Heizkörpertemperaturfühler 1 auf, der zur Erfassung der mit@leren Heizkörpertemperatur dient. Beispielsweise kann dazu ein temperaturabhängiger Widerstand (PTC- oder NTC-Widerstand) vor- gesehen sein. Dem Heizkdrpertemperaturfühler ist ein erster Frequenzgenerator 3 nachgeschaltet, der vorzugsweise durch eine Spannungsfrequenzwandlerstufe gebildet ist. Ferner ist ein WRaumtemperaturfühler 11 vorgesehen, der mit einem zwei--ten TErequenzgenerator 13 verbunden ist. Die beiden Frequenzgeneratoren steuern einen Mikroprozessor 4 an, der die Ausgangssignale der Frequenzgeneratoren verarbeitet und über einen Impulszähler 5 und einer Dekodier-Treibereinheit 6 einer Anzeigeeinheit 7 zuleitet Ferner ist eine mit dem Mikroprozessor 4 verbundene Flächenbewertungsschaltung 2 vorgesehen.The circuit arrangement according to FIGS. 1 and 2 has a radiator temperature sensor 1, which is used to record the average radiator temperature. For example a temperature-dependent resistor (PTC or NTC resistor) can be provided for this. seen be. A first frequency generator 3 is connected downstream of the radiator temperature sensor, which is preferably formed by a voltage frequency converter stage. Furthermore is a W room temperature sensor 11 is provided, which is connected to a second TE frequency generator 13 is connected. The two frequency generators control a microprocessor 4 which processes the output signals of the frequency generators and a pulse counter 5 and a decoding driver unit 6 of a display unit 7 is also fed an area evaluation circuit 2 connected to the microprocessor 4 is provided.
Die Temperatur TH des Heizkörpers und die Temperatur TR des Raumes bzw. einer Festtemperatur Etc = 20 K werden mittels des Heizkörpertemperaturfühlers 1 und des Raumtemperaturfühlers 11 erfaßt und, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Frequenzgeneratoren 3 und 13 als 5pannungsfrequenzwandlerstufen ausgebildet sind, diesen zugeführt. Dort werden sie in eine der Heizkörpertemperatur proportionale Frequenz fH bzw. der Raumtemperatur proportionale Frequenz fR umgewandelt.The temperature TH of the radiator and the temperature TR of the room or a fixed temperature Etc = 20 K are measured by means of the radiator temperature sensor 1 and the room temperature sensor 11 detected and, according to a preferred embodiment of the invention, in which the frequency generators 3 and 13 as 5 voltage frequency converter stages are designed to be fed to this. There they are in one of the radiator temperature proportional frequency fH or the room temperature proportional frequency fR converted.
Im angeschlossenen Mikroprozessor 4 werden diese beiden Frequenzen subtrahiert und die Frequenzdifferenz wird mit dem aus der Flächenbewertungsschaltung 2 stammenden Signal entsprechend der Fläche des Heizkörpers korrigiert.In the connected microprocessor 4, these two frequencies subtracted and the frequency difference becomes with that from the area evaluation circuit 2 corrected signal according to the area of the radiator.
Den Mikroprozessor 4 steuert dann, wie beschrieben, die Anzeigeeinheit 7, gegebenenfalls ein Thermostatventil 16 und den Timer 10.The microprocessor 4 then controls the display unit as described 7, possibly a thermostatic valve 16 and the timer 10.
Der Timer 10 legt über einen Schalter 8 die Spannung einer Batterie 9 mit einem Tastverhältnis von z.B. 1:1000 an die einzelnen Schaltstufen.The timer 10 sets the voltage of a battery via a switch 8 9 with a duty cycle of e.g. 1: 1000 to the individual switching stages.
Dieses Tastverhältnis wird vom Mikroprozessor 4 in einer Korrekturrechnung berücksichtigt. Prinzipiell gilt, daß die Einschaitdauer des Timers 10 sehr viel größer als l/fH gewählt ist.This duty cycle is calculated by the microprocessor 4 in a correction calculation considered. In principle it applies that the switch-on duration of the timer 10 is very long greater than l / fH is selected.
Anstelle einer Spannungsfrequenzwandlerstufe kann auch ein Temperaturstromwandler verwendet werden, dessen Ausgangsgröße dann ein der Temperatur proportionaler Strom l(TH) ist.Instead of a voltage-frequency converter stage, a temperature current converter can also be used are used, the output variable of which is then a current proportional to the temperature l is (TH).
Das von der Flächenbewertungsstufe 2 gelieferte Signal, das der wärmeabgebenden Fläche des Heizkörpers proportional ist kann z.B. über eine externe Verdrahtung in den Mikroprozessor 4 eingegeben werden. Dieser Faktor ist wichtig, da die abgegebene Wärmemenge nicht nur von der Temperatur des Heizkörpers abhängt, sondern auch von dessen wärmeabgebender Oberfläche.The signal supplied by the area evaluation stage 2, that of the heat emitting The area of the radiator is proportional, e.g. via external wiring can be entered into the microprocessor 4. This factor is important as the given The amount of heat depends not only on the temperature of the radiator, but also on its heat-emitting surface.
Im Impulszähler 5 kann die der mittleren Heizkörpertemperatur proportionale Frequenz H mit einem Faktor N beliebig heruntergeteilt werden, vorzugsweise derart, daß in einer Ausgangsimpulsfolge ein einzelner Impuls entweder 1 kWh oder ein 1/10 kWh entspricht. Es sind auch andere Tastverhältnisse möglich, beispielsweise um die abgegebene Wärmemenge in der Einheit kcal zu zählen.In the pulse counter 5, the mean radiator temperature proportional Frequency H can be divided down by a factor N, preferably in such a way that that in an output pulse train a single pulse is either 1 kWh or a 1/10 kWh corresponds. Other pulse duty factors are also possible, for example around to count the amount of heat given off in the unit kcal.
Die Impulse können in der Impulszählerstufe 5 aufsummiert werden, so daß am Ausgang der Impulszählerstufe 5 die Summe aller Zählimpulse proportional der vom Heizkörper in einem Zeitraum t abgegebenen Wärmemenge ist.The pulses can be added up in pulse counter stage 5, so that at the output of the pulse counter stage 5 the sum of all counting pulses is proportional is the amount of heat given off by the radiator in a period of time t.
Die weitere Verarbeitung erfolgt in einer Dekodier-Treiberschaltstufe 6. Die Ausgangsgröße der Impulszählerstufe 5 liegt beispielsweise binär kodiert vor und wird in der Dekodier-Treiberstufe 6 dekodiert. Der Treiber Steuert dann eine Anzeigeeinheit 7 an, und die Wiedergabe - der Messung kann dabei in der an sich bekannten 4 1/2-stelligen LCD-Anzeige erfolgen.The further processing takes place in a decoding driver switching stage 6. The output variable of the pulse counter stage 5 is, for example, binary-coded and is decoded in the decoding driver stage 6. The driver then controls a display unit 7 on, and playback - the measurement can take place in the per se known 4 1/2 digit LCD display.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Schaltstufen dieselben wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, als Frequenzgeneratoren dienen jedoch astabile Multivibratoren 14 bzw. 15. Diese astabilen Multivibratoren 14, 15 liefern Rechteckimpulsfolgen, deren Impulsdauer proportional der Heizkörpertemperatur TH bzw. proportional der Raumtemperatur TR ist. Wird die Raumtemperatur als konstant angenommen, kann ein Wert von TC = 20 K eingesetzt werden. Der nachgeschaltete Mikroprozessor 4 erfaßt diese Impulsbreiten, berechnet ihre Differenz und bewertet diese Differenz entsprechend der Fläche des Heizkörpers an dem gemessen wird.In the embodiment of the invention shown in FIG the switching stages are the same as in the embodiment of FIG Frequency generators are used, however, astable multivibrators 14 and 15, respectively. These astable ones Multivibrators 14, 15 deliver square-wave pulse trains whose pulse duration is proportional the radiator temperature TH or proportional to the room temperature TR. Will the Assuming room temperature to be constant, a value of TC = 20 K can be used. The downstream microprocessor 4 detects these pulse widths and calculates theirs Difference and evaluates this difference according to the area of the radiator which is measured.
Die Stromversorgung der Schaltungsanordnung erfolgt aus einer Batterie 9. Gemäß einer Weiterbildung ist eine Timer-Stufe 10 und eine Schaltstufe 8 vorgesehen. Beispielsweise wird zu bestimmten festen Zeiten, z.B. jede Minute vom Timer 10 der Schalter 8 betätigt und damit die Batteriespannung U für z.B.The circuit arrangement is supplied with power from a battery 9. According to a further development, a timer stage 10 and a switching stage 8 are provided. For example, at certain fixed times, e.g. every minute from timer 10, the Switch 8 is actuated and thus the battery voltage U for e.g.
1 sec. an die Schaltstufen gelegt und die beschriebene Temperatur-Frequenzwandlung vorgenommen.1 sec. Applied to the switching stages and the temperature-frequency conversion described performed.
Durch ein Tastverhältnis 1 min/1 sec kann die Lebensdauer der Batterie 9 außerordentlich verlängert werden. Es braucht nicht näher erwähnt zu'werden, daß die Schaltstufen Timer 10, Impulszähler 5, Dekodier-Treiber 6 und LCD-Anzeige 7 immer an der Batteriespannung U liegen müssen, um einerseits das Integrationsergebnis (Inhalt des Impulszählers) nicht zu verlieren und andererseits eine kontinuierliche Anzeige sicherzustellen.A duty cycle of 1 min / 1 sec can extend the life of the battery 9 can be extended extraordinarily. It goes without saying that the switching stages timer 10, pulse counter 5, decoding driver 6 and LCD display 7 must always be due to the battery voltage U in order to achieve the integration result on the one hand (Contents of the pulse counter) not to be lost and on the other hand a continuous one Ensure display.
Die Anzeigeeinheit 7 kann auch als Rollen-Zählwerk ausgebildet sein. Die Batterie 9 kann auch durch eine wieder aufladbare Akku zelle ersetzt sein.The display unit 7 can also be designed as a roller counter. The battery 9 can also be replaced by a rechargeable battery cell.
Die Erfindung ist somit nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen und Weiterbildungen sowie Teil-und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen.The invention is thus not limited to those shown and described Embodiments limited. It also includes all professional modifications and further developments as well as partial and sub-combinations of the described and / or features and measures shown.
Bezugseichenliste 1 Heizkörper-Temperaturfühler 41 2 Flächenbewertungsschaltung 42 3 erster Frequenzgenerator 43 4 Mikroprozessor 44 5 Impulszähler 45 6 Dekodier-Treiber 46 7 Anzeigeeinheit 47 8 Schalter 48 9 Batterie 49 10 Timer (Zeitschaltkreis) 50 11 Raumtemperaturfühler 51 12 52 13 zweiter Frequenzgenerator 53 14 erster astabiler Multivibrator 54 15 zweiter astabiler Multivibrator 55 16 Thermostatventil 56 17 57 14 erster astabiler Multivibrator 54 15 zweiter astabiler Multivibrator 55 16 Thermostatventil 56 17 57 18 58 19 TH = Heizkörpertemperatur 59 20 TR = Raumtemperatur 60 21 61 22 62 23 63 24 64 25 65 26 66 27 67 28 68 29 69 30 70 31 71 32 72 33 73 34 74 35 75 36 76 37 77 38 78 39 79 40 80Reference character list 1 Radiator temperature sensor 41 2 Area evaluation circuit 42 3 first frequency generator 43 4 microprocessor 44 5 pulse counter 45 6 decoding driver 46 7 Display unit 47 8 Switch 48 9 Battery 49 10 Timer (time circuit) 50 11 room temperature sensor 51 12 52 13 second frequency generator 53 14 first astable Multivibrator 54 15 second astable multivibrator 55 16 thermostatic valve 56 17 57 14 first astable multivibrator 54 15 second astable multivibrator 55 16 Thermostatic valve 56 17 57 18 58 19 TH = radiator temperature 59 20 TR = room temperature 60 21 61 22 62 23 63 24 64 25 65 26 66 27 67 28 68 29 69 30 70 31 71 32 72 33 73 34 74 35 75 36 76 37 77 38 78 39 79 40 80
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Also Published As
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