DE3235257A1

DE3235257A1 - Verfahren und vorrichtung zur direkten messung der von einem stroemungsmittel uebertragenen waermemenge

Info

Publication number: DE3235257A1
Application number: DE19823235257
Authority: DE
Inventors: Uwe 8152 Feldkirchen Knauss
Original assignee: Cazzaniga SpA
Current assignee: Watts Industries Italia SRL
Priority date: 1981-09-23
Filing date: 1982-09-23
Publication date: 1983-04-07
Also published as: US4485449A; IT1139480B; CA1180118A; IT8124091A0

Description

-3-

K 14 618

Verfahren und Vorrichtung zur direkten Messung der von einem Strömungsmittel übertragenen Wärmemenge

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Anlage zur direkten kontinuierlichen Messung von Wärmemengen, die durch ein Strömungsmittel an einen Austauscher zum Erwärmen oder Kühlen von Räumen übertragen wird, und das Sammeln, Speichern und Fernübertragen der Hauptparameter des Systems sowie zugeordnete Einrichtungen, die das Funktionieren der Vorrichtung kontrollieren.

Vorrichtungen zur direkten Messung der Wärmemenge, die durch ein Strömungsmittel übertragen wird, sind bekannt, sie weisen aber manche Probleme hinsichtlich der Stabilität ihrer Funktion im Zusammenhang mit der Bezugsspannung bzw. dem Bezugsstrom auf, was zu ungenauer Wirkungsweise führt. Insbesondere beschreibt die US-PS 3,617,713 eine Vorrichtung, die Temperaturunterschiede und Wärmemengen in einem bewegten Strömungsmittel mittels Signalen mißt, die proportional zum Temperaturunterschied zwischen zwei Punkten der Strömungsmittelleitung sowie zu einem durch ein Volumenmeßgerät gemessenes Strömungsvolumen sind. Dies gibt allerdings nicht die absolute Gewißheit, daß bei einer Nulldifferenz der Temperaturen kein Aufsummieren der Wärmemenge erfolgt.

In ähnlicher Weise beschreibt ein Artikel mit dem Titel "New resistance to frequency converter for temperature measurements in calorimeters" von P. Friedi und P. Seyfried, veröffentlicht in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Band IM-24, Nr. 4, S. 322-324 vom Dezember 1975, eine Schaltung zur Messung des Temperaturunterschiedes zwischen dem Eingang und dem Ausgang von Wärmetauschern mittels Widerstandsthermometern. Zwei thermometrische Widerstände sind Teil eines Widerstand/Frequenz-Wandlers, wobei die Frequenz proportional zu dem Unterschied des Widerstandswertes ist. Außerdem hängt die Frequenz von einigen Widerständen und einem zusätzlichen Kondensator ab. Diese Schal-

tung wurde für die Verwendung in einem einfachen und zuverlässigen Kalorimeter für Haushaltszwecke hergestellt. Eine solche Schaltung vermag jedoch nicht mögliche thermische Abweichungen aufgrund der Änderung der Spannung und der Umgebungstemperatur zu kompen s ie ren.

Zur Überwindung der oben erwähnten Nachteile bekannter Vorrichtungen wurde erfindungsgemäß eine Vorrichtung

zur unmittelbaren Messung der Wärmemenge gebaut, die von einem Strömungsmittel Übertragen wird. Diese Vorrichtung weist die folgenden Merkmale auf:

a) einen Zulauf-Temperaturmeßfühler, der an der Zulaufleitung des Strömungsmittels angeordnet ist;

b) einen Rücklauf-Temperaturmeßfühler, der an der Rücklaufleitung des Strömungsmittels angeordnet ist;

c) einen horizontalen oder vertikalen Volumenmeßfühler, der an der Rücklaufleitung des Strömungsmittels angeordnet ist;

d) einen mit dem obengenannten Volumenmeßfühler verbundenen Impulsgenerator, der einen elektrischen Impuls jedesmal dann erzeugt, wenn ein bestimmtes Volumen des rückfließenden Strömungsmittels den Meß-

¹^ fühler durchströmt hat;

e) ein Programmierungsgerät, dessen Triggereingang mit dem obengenannten Impulsgenerator verbunden ist;

f) eine doppelte Stromquelle, welche wechselweise beide Temperaturmeßfühler mit einem konstanten Strom speist;

g) einen Filter, das am Spannungsausgang beider Temperaturmeßfühler angeordnet ist;

h) zwei Schalter, von denen während eines ersten bestimmten Zeitintervalls nach der Aufnahme jedes Triggerimpulses von dem Programmierungsgerät jeweils der eine offen und der andere geschlossen ist, wobei der erste Schalter mit dem obengenannten Zulauf-Temperaturmeßfühler und der zweite mit dem obengenannten Rücklauf-Temperaturmeßfühler verbunden ist;

i) einen Taktgeber;

j) einen Analog-Digital-Wandler, der mit beiden Schaltern verbunden ist und durch das obige Programmie rungsgerät derart betrieben wird, daß er während des

obengenannten ersten bestimmten Zeitintervalls einen 35

Kondensator mit einem von der Rücklauftemperatur abhängigen Strom auflädt, und diesen Kondensator während eines zweiten Zeitintervalls mit einem konstanten Strom, der sich in Abhängigkeit von der Differenz

zwischen Zulauf- und Rücklauftemperatur ändert, bis auf eine von der Zulauf-Temperatur abhängende Spannung entlädt, und mit einer Torschaltung, die nur während dieses zweiten veränderlichen Zeitintervalls öffnet, um die Impulse durchzulassen, die vom obengenannten Taktgeber herkommen, so daß nach jedem Impuls, der von diesem Impulsgenerator kommt, eine bestimmte Anzahl von Taktimpulsen geliefert wird, die von dem Unterschied zwischen der Zulauf- und Rücklauftemperatur abhängt; und

k) einen Zähler für die Taktimpulse, die durch diesen Analog-Digital-Wandler hindurchlaufen.

Nach einer Ausbildung der vorliegenden Erfindung wurde auch eine Anlage für die unmittelbare Messung und Berechnung der von einem Strömungsmittel übertragenen Wärmemenge mit den folgenden Merkmalen geschaffen:

a) zahlreiche Vorrichtungen der oben erwähnten Art;

b) einige Einheiten zum Einspeichern der Daten, die ²^ von derartigen Vorrichtungen geliefert werden;

c) einen ersten Modem mit einer relativen Systemkopplung, welches mit dieser Speichereinheit verbunden ist, wobei dieses erste Modem mittels einer Fernsprechleitung mit einem zweiten Modem verbunden ist; und

d) ein zentraler Prozeßrechner, der mit diesem zweiten Modem mittels einer Systemkoppelung derart verbunden ist, daß er alle von den einzelnen Vorrichtungen gelieferten Meßwerte sammelt, ein Alarm-

signal erzeugt, wenn die Daten einer bestimmten Messung der Wärmeenergie verglichen mit vorausgehenden Meßwerten logisch nicht zu erwarten sind und die empfangenen Daten verarbeitet.

Nach einer anderen weiteren Ausbildung der Erfindung wurde ein Verfahren für die direkte Messung der von einem Strömungsmittel übertragenen Wärmemenge mit den folgenden Merkmalen ermittelt:

.••4 ··

a) Messen der Temperatur des Strömungsmittelzulaufs;

b) Messen der Temperatur des Strömungsmittelrücklaufs;

c) Messen des Volumens des Strömungsmittelrücklaufs;

d) Erzeugen eines Impulses jedesmal dann, wenn ein bestimmtes Rücklauf-Strömungsmittelvolumen durchläuft;

e) Betätigen eines Programmierungsgerätes jedesmal dann, wenn dieser Impuls erzeugt wird;

f) Erzeugen zweier elektrischer Signale, die jeweils proportional zur Zulauf- und Rücklauftemperatur sind;

g) Filtern dieser elektrischen Signale;

h) Vorsehen eines Schalters, der vom genannten Programmierungsgerät für ein erstes bestimmtes vom Beginn der Betätigung an gerechneten Zeitintervalls geschlossen wird, durch den das von der Rücklauftemperatur abhängende Signal abgegeben wird, und eines zweiten Schalters, der für das verbleibende Zeitintervall geschlossen ist, durch den das elektrische Signal, das von der Zulauftemperatur abhängt, abgegeben wird; i) Erzeugen von Taktimpulsen;

j) Mittels des obengenannten Programmierungsgeräts ° wird ein Analog-Digital-Wandler, der mit den beiden Schaltern verbunden ist, zum Laden eines Kondensators mit einem Strom betrieben, der während dieses ersten bestimmten Zeitintervalls von der Rücklauftemperatur abhängt, und dieser Kondensator wird während eines

zweiten Zeitintervalls mit einem sich in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Zulauf- und Rücklauftemperatur ändernden Strom bis auf eine Spannung entladen, die von der Zulauftemperatur abhängt, und die Taktimpulse durch eine Torschaltung werden nur während

dieses zweiten variablen Zeitintervalls geliefert, so daß nach jedem dieser bestimmten Strömungsmittelvolumen entsprechenden Impuls eine bestimmte Anzahl von Taktimpulsen abgegeben wird, welche von der je-

5235257

* ie · ·^ö

4* Il

weiligen Differenz zwischen Zulauf- und Rücklauftemperatur abhängt; und

k) Zählen der Taktimpulse, welche durch die obengenannte Torschaltung hindurchlaufen. 5

Die vorliegende Erfindung bietet somit im Vergleich mit der bekannten Technik viele Vorzüge. Die Probleme bezüglich der Funktions- bzw. Betriebsstabilität im Zusammenhang mit der Bezugsspannung bzw. dem Bezugsstrom wurden mittels neuartiger elektronischer Einrichtungen mit niedrigen Kosten gelöst. Insbesondere herrscht hier die absolute Gewißheit, daß bei Nulldifferenz der Temperaturen keine Energiesummierung stattfindet. Jede mögliche Wärme-

¹^ abweichung infolge der Änderung der Spannung und Umgebungstemperaturen wird mittels einer speziellen automatischen Null-Rückstellschaltung kompensiert. Die Wärmemengenmessung wird für jedes vom Volumenmeßfühler stammende Signal sehr rasch und diskon-

^O tinuierlich durchgeführt, um Fehler zu vermeiden. Die automatische Hochfrequenzkommutation beider Stromgeneratoren für die Messung der Temperaturen arbeitet derart, daß auftretende Unterschiede kompensiert werden. Die automatische Kompensation der Verbindungsleitungen der Temperaturmeßfühler arbeitet derart, daß die Messung der Temperaturdifferenz nicht von der Länge der Leitungen beeinflußt wird. Es besteht eine Unempfindlichkeit gegenüber inneren Störquellen.

Das System ist so flexibel, daß es an jeden Volumen-

meßfühler und an Impulsgeneratoren jeden Typs und mit jeder Zuordnung zwischen Strömungsvolumen und Impuls angeschlossen werden kann. Es ist insgesamt möglich, die vollständigen Summierungsdaten zu

sammeln, diese zu speichern, auszudrucken und fernzu-35

übertragen. Die Wirkungsweise des gesamten Systems kann auch im eingebauten Zustand mühelos kontrolliert werden.

Weitere Vorzüge ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und werden dort hervorgehoben. Die bevorzugte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird hier beispielhaft und ohne Beschränkung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, das die Wärme/Volumen-Kurven für die Wärmewiderstandscharakteristik in Abhängigkeit von der Differenz der Temperatur des in den Wärmetauscher eintretenden

und austretenden Strömungsmittels darstellt;
Fig. 2 ein Blockschaltbild, das die Vorrichtung zur Messung der Wärmemenge gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild, das den

Analog-Digital-Wandler der Vorrichtung in Fig. 2 zeigt;

Fig. 4 ein Diagramm, das die verschiedenen Kurven ^O der Auf- und Entladung des Kondensators

der integrierenden Schaltung des Wandlers in Fig. 3 zeigt;
Fig. 5 ein schematisches Schaltbild, das eine

Brückenschaltung für die Wärmemessung gemaß der bekannten Technik zeigt;

Fig. 6 ein Blockschaltbild, das eine Brücke für die Messung des Temperaturunterschiedes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 7 ein Blockschaltbild, das eine Hilfsvor-

richtung bzw. Unterstation für Datensammlung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 ein Blockschaltbild, das Details eines

Teils der Hilfsvorrichtung bzw. Unter-35

station in Fig. 7 zeigt;

Fig. 9 ein anderes detaillierteres Blockschaltbild eines Teils der Hilfsvorrichtung bzw. Unterstation in Fig. 7;

-fr

Fig. 10 ein Diagramm, das die Anordnung des

achtstelligen Informationskanals zeigt, der bei der Hilfsvorrichtung bzw. Unterstation in Fig. 7 verwendet wird; und Fig. 11 eine elektrische Schaltung des Testmoduls

für die Einrichtung in Fig. 2*

Die Definition der physikalischen Größe der Wärmemenge auf dem Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann wie folgt ausgedrückt werden:

Q=| m c_p (t) dt (1) J t2

hierbei ist:

Q = Wärmemenge (Wärmeenergie) in kWh c = spezifische Wärme

(Maximale Wärmekapazität)

t₁ und t~ = Temperatur des Strömungsmittels in ⁰C, das in den Wärmetauscher eintritt und diesen verläßt, m = Masse des Strömungsmittels in kg.

Für die kontinuierliche Messung der Masse m ist es erforderlich, das Volumen mittels des Volumenmeßfühlers zu messen. Somit gilt m = j* (t) · V, wobei

S (t) = Dichte (Gewicht/Volumen in kg/m³) und

V = Kondensiertes Strömungsmittelvolumen in m³ ist.

r^t1

Daher ist Q=V $ (t) c (t) dt (2)

^fc2

Der Wert dieses Integrals für Wasser und verschiedene Werte von t.. und t₂ wurde errechnet und durch die PTB in Berlin, Veröffentlichung 84 6/74 von Dr. H. Magdeburg, mit dem Titel "Tabelle des Wärme-Strömungskoeffizienten für Wasser zur Kontrolle von Wärmemeßgeräten" zu Tabellen zusammengefaßt. Für t.. und t₂ erhalten wir aus (1)

Q = ία Ct₁ C₁. - t₂ c_p2) (3)

p1 = mittlere spezifische Wärme (Wärme

mengenkapazität) bei tmittlere spezifische Wa mengenkapazität) bei t„,

c - = mittlere spezifische Wärme (Wärme-

wobei sich hiervon für Wasser ergibt

^(t1^C _P1

mit

S=-, ν = Massenvolumen in m³/kg.

Mit dem Koeffizienten K (t.,t„) ergibt sich

-,

Q - V ■ 1 · Ct₁ - t₂) · K (t_1ft₂) ₍₄₎

(K = der volumetrische Wärmekoeffizient in kWh · m • °c-¹).

Die Temperatur wird ihrerseits mittels Thermowiderständen gemessen, für welche

t = R - X (R) (5)

wobei Pf(R) die nichtlineare Kennlinie des Thermowiderstandes und R der eigene Widerstandswert des Thermowiderstandes für t ist.

Aus den Gleichungen (4) und (5) erhält man

= V- [(R₁) · X(R₁) - (R₂) · W₂)J * K (R₁

wobei sich mit

R₁ (R₁) - R₉ (R₉)

R₁ - R

■ ergibt

Q = V- (R₁- R₂) · X*(R_rR₂) · K (R^R₂).

Die tabellierten experimentellen Werte von K zeigen dessen Abhängigkeit von den Temperaturen t₁ und t„ und jeweils von R₁ und R₂, die wegen der Verwendung von Platin für den Wärmewiderstand vereinfacht ist und einfach linear nur von der Differenz (R₁ - R₉.)

wie folgt abhängt:
20

K (R₁,R₂) · K* (R₁, R₂) = Fc₁ + C₂ (R₁ - R

Hieraus ergibt sich:
Q = V- (R₁- R₂) · Jc₁ + C₂ (R₁ - R₂)J (6)

mit C₁ = 2,975 kWh m~³ Ohm"¹

C- = 0,00155 kWh m"³ Ohm"¹.

Der Terminus (6) ist etwa eine lineare Näherung der

mit einer gestrichelten Linie in Fig. 1 gezeigten Wärmemenge, wobei Fig. 1 auch die Konstanten C₁ und C₉, das Volumen V und die Differenz R₁ - R₀ des Widerstandes zwischen den beiden Zulauf- und Rücklaufwiderständen zeigt. Der Terminus (6) gestattet in

einem Temperaturbereich von 10⁰C bis 150⁰C für die Zulauftemperatur (t^) und von 10⁰C bis 110⁰C für die Rücklauftemperatur (t„) die Messung der Wärmemenge mit einem Gesamtfehler von 0,1% für Werte von t-| - t

kleiner als 70⁰C sind (^t in Fig. 1), was kleiner als die Änderung des K-Koeffizienten im obengenannten Temperaturbereich ist, die etwa 4% beträgt. In der hier beschriebenen elektronischen Schaltung wird diese Linearisierung gemäß der gestrichelten Linie erzielt, wofür eine effektive Kompensation des K-Koeffizienten als Funktion von t₁ und t„ im Bereich der Betriebstemperaturen der Heizanlagen vorliegt, bei denen das Wärmemengenmeßgerät der vorliegenden Erfindung untersucht wurde.

In Fig. 2 liefert das Wärmemengenmeßgerät jedesmal dann einen Rechteck-Wellenimpulsausgang, wenn die Wärmemenge ein Vielfaches der gewählten Wärmeeinheit erreicht. Genau in diesem Augenblick addiert ein elektromagnetischer Zähler 20 hierzu einen weiteren Impuls. Dieser Augangsimpuls wird in folgender Weise erzeugt. Jedesmal, wenn der Strömungsmittelmeßfühler 13 die Addition einer feststehenden Zahl, die einen

2Q bestimmten Volumensstrom entspricht, beendet hat, schaltet sein Impulsgenerator derart aus und ein, daß seine Impulsfrequenz proportional zum relativen Volumenstrom ist. Diese Impulsfolge (A) fungiert als Triggereingang für das Programmiergerät 25, das einen Analog-Digital-(A/D) Wandler 17 in Betrieb setzt. Die Temperaturfühler des Zulaufs 12 und des Rücklaufs 11 werden kontinuierlich durch zwei konstant aufeinander abgestimmte Stromquellen 23 und 24 mit Strom versorgt.

Die von den Temperaturfühlern 11 und 12 stammenden

Spannungssignale sind proportional zu ihren jeweiligen Widerstandswerten und stehen in einer Korrelation zu der jeweiligen Zulauf- und Rücklauftemperatur des Strömungsmittels. Diese unmittelbaren Spannungssignale

(Stromsignale) werden in der Eingangskonditionier-35

stufe bzw. dem Filter 15 derart wechselstromgefiltert, daß jede mögliche NF-und HF-Störung unterdrückt wird, die durch mögliche elektromagnetische Felder in der Nähe der Meßfühler oder ihrer Anschlüsse erzeugt werden.

„„«»

* w

: s:

4 t « »

Der Eingang des A/D-Wandlers 17 ist normalerweise Über einen Schalter 16 mit dem gefilterten Ausgangssignal des Zulaufmeßfühlers 12 verbunden.

Wie in Fig. 3 dargestellt, worgt ein automatischer Nullschaltkreis 71, 72 innerhalb des A/D-Wandlers 17 dafür, daß die Spannung an dem Referenzeingang des Integrators 71 dem Ausgang des A/D-Wandlerverstärkers entspricht, so daß die Eingangsspannung (der Eingangsstrom) des A/D-Wandler-Integrators 71 auf Null zurückgeht. Dies findet jedesmal dann statt, wenn der Strömungsmeßfühler nicht seine Impulse abgibt. Wenn andererseits ein Triggerimpuls eines Strömungsmeßfühlers vorliegt, wird der Eingang des A/D-Wandlers

I^ mittels eines Programmiergeräts 25 für eine bestimmte Zeit (t , t..) die 1024 Impulsen des Taktgebers 26 entspricht, auf das Spannungssignal 21 des Rücklaufmeßfühlers geschaltet.

^ Wie in Fig. 4 dargestellt, wandert die Ausgangsspannung des A/D-Wandlerverstärkers 70 um einen Betrag, der proportional zum Spannungsunterschied der Temperaturmeßfühler 21 und 22 ist. Der Kondensator 73 des Integratorschaltkreises 71 wird während der Dauer der 1024 Taktimpulse mit einer Spannung AU aufgeladen, die proportional zu dieser Differenz ist, wie Fig. 4 zeigt. Im folgenden Abschnitt wird der Kondensator 73 während einer veränderlichen Zeit (t₁,t-) bis auf seinen Gleichgewichtspegel entladen, der durch eine konstante Spannungsquelle (Stromquelle) 74 bestimmt ist. Die Entladungszeit bis zum Gleichgewichtswert ist, wie in Fig. 4 gezeigt, proportional zur Differenz zwischen den Spannungen 21 und 22 der Temperaturmeßfühler.

Zur Aufsummierung schaltet das Programmiergerät 25 den Schalter 16 für den Zeitraum (t ,t,.) auf den Kontakt 40, schaltet den Schalter 16 für den Zeitraum (t , t-|)

• · · Λ

Τ3
- JH^

auf den Kontakt 41, schaltet den Schalter 42 für den Zeitraum (t-,t₂) ab und schaltet den Schalter für den Zeitraum (t ,tJ zur automatischen Nullschaltung 71 , 72 ein, wobei der nichtreversierende Eingang des Operationsverstärkers des Integrators an einer Bezugsmasse, oder virtuellen Masse liegt. Während dieser Entladungszeit Ct₁,t-) wird ein UND-Gatter 75 zum Durchlaß einer Taktimpulsfolge aus dem Generator 26 mit einer Anzahl geöffnet, die proportional zur Spannunsdifferenz der Zulauf- und Rücklauftemperaturmeßfühler ist.

Diese Ausgangsimpulse des Ä/D-Wandlers gehen sowohl auf en Prüfanschluß als auch zur Frequenzteilerstufe 18, die ein binärer Zähler mit feststehendem Verhältnis ist, der jedesmal dann einen Rechteck-Wellenimpuls erzeugt, wenn eine bestimmte Zahl von Impulsen seinen Eingang erreicht. Der Ausgang des Frequenzteilers 18 steht mit dem elektromechanischen Zähler

^O 2 0 in Verbindung, der das unmittelbare Ablesen der summierten Zahl der Messungen und demzufolge der übertragenen Wärmemenge in der ausgewählten Einheit erlaubt. Der Ausgang des Frequenzteilers 18 ist weiterhin mit der Datenübertragungsleitung .28 für die Datenspeicher-Unterstation, die nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben wird, verbunden. Die Zahl der Impulse, die den Zähler 20 während einer vorgegebenen Zeitdauer erreichen, wird durch die Zahl der Umdrehungen des Strömungszählers 13 bestimmt,

der einen Triggerimpuls für den Umformer 14 erzeugt, der mit der Spannungsdifferenz der Temperaturmeßfühler, die wiederum proportional zu der Differenz der Widerstände dieser Meßfühler ist, multipliziert und demzufolge mit einem konstanten Eichkoeffizienten

dieses Systems vervielfacht wird. Dies entspricht genau der oben angegebenen Grundgleichung (1).

Die Verwendung derselben Netzteilspannung für die bei-

den Spannungsgeneratoren (Stromgeneratoren) 23 und 24, und die Referenzspannung 74 in dem A/D-Wandlerschaltkreis kompensieren mögliche Abweichungen dieser Spannung hinsichtlich der Zahl der A/D-Wandlerausgangsimpulse derart, daß weder eine stabile Spannung noch eine Referenzspannung (Referenzstrom) in dem System erforderlich sind. Die Verwendung des einzigen Taktgebers 26 sowohl bei der Bestimmung der Ladezeit für den Kondensator 73 des Integrators als auch beim Messen der Entladungszeit kompensiert den Einfluß einer möglichen Frequenzänderung, die die Zahl der A/D-Wandlerausgangsimpulse beeinträchtigen könnte; demzufolge ist bei dem System eine feste Bezugsfrequenz nicht erforderlich. Die Verwendung eines doppelten Spannungsgenerators (Stromgenerators) 23 und 24 für die Speisung der Temperaturmeßfühler 11 und 12 führt zu einer hervorragenden Gleichheit der relativen Spannungen (Ströme) und auf diese Weise zu einem genauen "Nullwert" der Vorrichtung, wenn beide Temperaturen identisch sein sollten, wie unten erläutert wird. Infolge der "automatischen Nullschaltung" wird der Ausgang des A/D-Wandlers nicht durch Drift, den Verstärkungsfaktor, und Strom und SpannungsSchwankungen in dem ° A/D-Wandlerverstärker, in dem Integrator und in der Vergleicherstufe 72 berührt. Die einzigen Komponenten, die die Systeragenauigkeit bestimmen, sind die Widerstände, die die Pegel der Stromgeneratoren (Spannungsgeneratoren) der Meßfühler be-

stimmen und der Widerstand, dor den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 70 bestimmt.

Hochpräzise Komponenten mit einer geringen thermischen Drift werden ausgewählt.Eine üblicherweise ver-

wendete Schaltung für Wärmemessung entspricht einer Schaltung wie in Fig. 5, die aus einer Brücke mit vier Widerständen besteht, von denen zwei die Temperaturmeßfühler Ri und R2 und die beiden anderen

5235257 ._::;·.νU':: -Ο.:::

Yb

passiven Widerstände R und R¹ mit identischem Wert sind. Falls die Zulauf- und Rücklauftemperatüren
gleich sind, sollte die Ausgangsspannung der Brücke U gleich Null sein, wobei

R„ · R¹ - R - R

ΔΌ - U 2:!

^b (R + R₂) (R¹

Durch Substitution von
10

_r=| _und o-^

^R1

erhält man:
R

4 U = U_b 1 (Oi-^T- D.

Für««r1, ^ät1 erhält man:
R

(R +

R)²

Die Platinmeßfühler besitzen eine Wärmemeßabweichung von etwa 3860 ppm/⁰C. Das bedeutet, daß eine unabgestimmte Brücke mit einer Asymmetrie von 0,1⁰C ein Verhältnis c/= 1,000386 zwischen den Zulauf- und
Rücklaufmeßfühlern zeigt. Wie in der Gleichung (7) dargestellt, enthält der Ausdruck A U (wenn man Werte von oi und f gleich etwa Eins berücksichtigt) u. und f austauschbar. Das heißt, daß eine Differenz bei den passiven Widerständen R¹ und R, bei Y= 1,000386 zu einem Temperaturmeßfehler von 0,1⁰C führt. Für
eine genaue Wärmemengen- bzw. Energiemessung kann, wenn beispielsweise der Temperatursprung klein

(3 - 5⁰C) und die Temperaturen niedrig sind, eine Bruckenmeßfehlerverteilung von 0,1⁰C kaum hingenommen werden, da der relative Meßfehler zwischen 3,3 und

2% liegt. Andererseits kann eine Änderung von nur 0,04% bei den passiven Widerständen, welche zu einem Temperaturmeßfehler von 3% führt, kaum bei der Wahl der Komponenten oder ihrer auf die !Zeit bezogenen Stabilität (Standzeit) vermieden werden. Der Absolutwert der beiden Widerstände fi. und R" ist nicht so wesentlich, wenn man davon ausgeht, daß sie identisch sind. Der Einfluß ihres absoluten Wertes auf die Spannung ist proportional zu ihrem gleichen Wert.

Ein absoluter Fehler von 0,04% zwischen diesen Widerständen führt zu einem Fehler von 0,04% bei der Messung der Temperaturdifferenz. 15

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wurde eine Brücke zur Messung der Temperaturdifferenz entworfen, die einem neuen Schema, wie in Fig. 6 dargestellt, folgt. Zwei praktisch identische

²^ Stromgeneratoren 23 und 24, die zur Speisung der Temperaturfühler 11 und 12 bestimmt sind, werden mittels eines Döppelschalters 30 permutiert. Dieser Schalter wird von einem Signal gesteuert, dessen Kommutierungszeit ein exaktes Verhältnis von 1 : 1 besitzt, was leicht mittels des Ausgangs eines Flip-Flop-Binärzählers 31 erreicht werden kann. Gelegentliche Schwankungen infolge des Unterschiedes der Ströme , die durch die jeweiligen

Generatoren erzeugt werden, werden mittels zweier Kondensatoren des Filters 29 unterdrückt. Auf diese Weise sind die effektiven Ströme in

den Meßfühlern 11 und 12 beide zum arithmetischen Mittel der in den Generatoren 23 und 24 erzeugten

identisch. Der Absolutwert des Stroms

der Meßfühler 11 und 12 weist dieselbe Genauigkeit und Stabilität wie die der

Stromgeneratoren 23 und 24 auf. Toleranzen in der Größenordnung von 1% beeinträchtigen die Messung der

^-is-

Temperaturdifferenz unbedeutend.

Die Unterstation 2 (Fig. 7) sammelt die Information aus dem Zähler 20 des Wärmemengenmeßgeräts und wiederholt seinerseits die entsprechenden digitalisierten Signale. Die Fern-Aufsummierung wird in der Unterstation vollzogen, die die Daten zentralisiert, die von einzelnen Wärmemengenmeßgeräten, welche mit der Unterstation über eine doppelte Telefonleitung verbunden sind, abgegeben werden. In der Unterstation wird die Aufsummierung am günstigsten und mit geringen Kosten mittels eines elektronischen Speichers mit großer Kapazität derart ausgeführt, daß diese Daten über ein Modem und eine Telefonleitung über eine weite Entfernung zu einem zentralen Prüfsystem 5 übertragbar ist.

Diese elektronische Fern-Aufsummierung birgt infolge des gelegentlichen Einflusses von atmosphärischen Störungen oder anderen Störungsarten längs der Verbindungsleitung erhebliche Probleme hinsichtlich der Datenübertragung zwischen dem Zähler 20 des Wärmemengenmeßgerätes und der Unterstation. Dies liegt daran, daß ein ausreichend langer elektrischer Impuls die elektronische Speicherung sehr schnell und gleichzeitig in allen Dekaden stören kann, während sich ein mechanischer Speicher allenfalls um eine Stelle ändert. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, kann das System die durch jeden Kanal zugeführten

Daten zweimal abnehmen und einspeichern. Auf diese Weise wird eine neue nachfolgende Abnahme des Wärmemengenzählers sicherlich nicht gestört werden. Weiterhin wird ein elektronisches Digitalfilter zwischen dem Eingang der Unterstation und jedem Zählkanal angeordnet.

Wie in Fig. 8 dargestellt, weist der elektronsiche Schaltkreis der Unterstation eine Zahl von acht-

stelligen BCD-Zählern 60 auf, die doppelt so groß wie die der angeschlossenen Zähler ist (beispielsweise 128 bei 64 Zählern). Während des Ablesens des Speichers sollte die Zählfunktion der 128 Kanäle weder gestört noch unterbrochen werden. Andererseits erfordert die Serienübertragung der Speicherdaten über die Telefonleitung 80 (Fig. 7) wenigstens ein Intervall, das groß genug für einen vollständigen achtstelligen Informationskanal ist. An jeder Stelle kann diese Informationsgruppe, die von dem Zähler übertragen wird, durch einen zusätzlichen, während der Datenübertragung eintreffenden Eingangsimpuls ernsthaft beeinträchtigt werden. Tatsächlich kann die Information 00099999, wenn sie einen zusätzlichen Impuls erhält, in 00090000 oder in 00100000 in Abhängigkeit von dem während der übertragung der ersten vier Stellen oder der zweiten vier Stellen eintreffenden Impuls umgewandelt werden.

Für die weitere Sicherheit des Datensystems weist die Unterstation zwei getrennte Rechenkanäle für jeden Eingang des Wärmemengen-Meßgerätzählers auf. Die Zentraleinheit 5 der Fig. 7 prüft die Identität dieses Kanalpaares. Jeder Eingang der Unterstation ist mittels eines Phototransistorschaltkreises 62 (Fig. 9) galvanisch entkoppelt, um Zählfehler aufgrund von elektrischen oder elektromagnetischen Störungen, die in der Nähe der Eingabeleitungen auftreten, zu verringern. Ein großer Eingangs-

^JW Multiplexer 63, dem ein kleines RC-Filternetz 67 nachgeschlatet ist, tastet alle Eingänge einzeln mit einer von einem Programmgeber (sequencer) 65 gesteuerten Frequenz ab. Die Abtastfrequenz des Multiplexers ist um ein Mehrfaches höher als die höchste Eingangsfrequenz der Eingänge 28. Dies bedeutet, daß jeder Eingang wenigstens 20 mal während eines Zeitraumes höchster Eingangsfrequenz abgetastet wird. Jedesmal wenn die Abtastung eine dem Eingang eines

TS"

speziellen Wärmemengenmeßgeräts entsprechende vorgegebene Position erreicht, adressiert der Programmgeber (sequencer) 65 denselben Speicherort 66, der eine achtstellige Information 60 enthält. Diese acht Stellen können nacheinander zur Vereinfachung der Verwendung des ziffernartigen, für vier Bit eingerichteten Speicherchips adressiert werden. Fünf dieser acht Stellen 60 werden als fünfstelliger Zähler oder Aufsummierer verwendet und wiederholen dieselbe Information, wie sie von dem elektromechanischen Zähler der Wärmemenge abgegeben wird. Immer wenn ein Impuls über eine vorgegebene Eingangsleitung geschickt wird, erhöht sich der zugehörige fünfstellige Zähler um einen Impuls.

I^ Hierzu ist es erforderlich, die letzte Ablesung in einem speziellen Abschnitt des Speichers für diesen vorgegebenen Eingang verfügbar zu halten. Dies wird in Form eines Digitalfilters (siehe Fig. 10) an der niedrigsten Stelle des achtstelligen Informationskanals 609 vorgenommen.

Um die Wirkung gelegentlicher Störimpulse auf ein Mindestmaß zu verringern wurde das folgende Digitalfilter konzipiert. Ein Eingang mit hohem logischem Pegel wird als solcher nur nach wenigstens acht hochpegeligen Ablesungen im vorgegebenen Kanal, ohne daß diese durch ein niederpegeliges logisches Signal unterbrochen wurden, akzeptiert. In ähnlicher Weise wird ein Eingang mit niedrigem logischem Pegel nur

nach wenigstens acht niederpegeligen Ablesungen ohne Unterbrechung durch ein hochpegeliges logisches Signal akzeptiert. Der Speicher erhöht sich nur dann, wenn dieses digital gefilterte Eingangssignal getrennt für jeden Kanalzähler 60 einen Übergang

von hochpegelig auf niederpegelig zeigt. Der Digitalfilter arbeitet wie folgt. Wenn der Multiplexer 63 eine vorgegebene Stellung erreicht, führt das untergeordnete System eine Ablese-Multiplizierungs-Re-

. .«„ a.

gistrierungs^Tätigkeit, ausgehend vom DF, von rechts nach links Stelle für Stelle durch. Der Pegel des DF-3-Bitä des 4-Bit-Digitalfilters wird stets identisch zu mindestens einem vom zugeordnetem Eingang 28 aufgenommenen Pegel gehalten und wird gefilterter Eingang genannt. Die unteren Bits DF2 und DFO führen eine Zählung von 0 bis 7 durch, wobei sie stets die dem letzten akzeptierten Zustand entgegengesetzte Zahl der logischen Pegel zählen» Dies bedeutet, daß dann, wenn der letzte akzeptierte Pegel niedrig war, jedes ermittelte neue hochpegelige Signal zu einer Zählung von DF2 zu DFO in Richtung auf die höchste Stelle (Bit) führt, während ein neues niedriges logisches Signal zu einem Zähler zur niedrigsten Stelle (Bit) hin verursacht.

Zählungen als Null werden nicht berücksichtigt. Wenn die Zählung 7 erreicht und wiederum ein hoher logischer Pegelzustand vorliegt, ändert sich das DF-3-Bit (DF-3-Stelle) in 1, was bedeutet, daß nunmehr der Eingang eines hohen logischen Pegelzustandes akzeptiert und die DF2 bis DFÖ Zähler auf 0 zurückgesetzt werden. Weiterhin veranlaßt ein wieder auftretendes Signal mit hohem logischem Pegelzustand ein Abwärtszählen und wird deshalb unter 0 unterdrückt. Ein wiederum mit niedrigem logischem Pegelzustand ermitteltes Eingangssignal veranlaßt ein Aufwärtszählen. Wenn der DF-Zähler wiederum 7 erreicht, ändert sich DF-3 mit dem nächsten ermittelten niederpegeligen Eingangssignal auf 0. Gleichzeitig

wird ein Übertrag-Bit erzeugt, das die Zählung des fünfstelligen Zählers während des nachfolgenden Programm'oils um eine Einheit orhöht. Jedesmal, wenn der Multiplexer 63 am Eingang des Untersystems eine vollständige Abtastung über alle Eingänge vollendet hat, erhöht sich der Adressgenerator 69 um 1 und adressiert eine andere vollständige Information des Kanals, dessen acht Stellen sofort zum 32-Bit-Serienschieberregister 68 übertragen werden. Von hier wird

BAD ORlOlMAL

Zl

sie mit langsamer synchroner Spurgeschwindigkeit (band rate bit/sec) bei dem nachfolgenden Multiplexerabtaster. ausgegeben. Die beiden linken Stellen (Adresswiederholung) (Fig. 10) ändern sich während der Signalverarbeitung nie. Sie werden nur zu Beginn zur Bestimmung der Kanaladresse festgelegt und von dem entfernt angeordneten Zeptralsystem über-. mittelt und überprüft. Jede Änderung ihres Inhalts führt zu einer Anzeige, daß eine Störung ermittelt :

wurde, die auch die Datenregistrierung beeinflussen kann. Eine neue vollständige achtstellige Gruppe arbeitet mit einer Verzögerung, die gleich der halben Abtastzeit des Multiplexers am selben Eingang derselben Wärmemengenmeßeinheit ist. Deshalb ist die

¹^ Wahrscheinlichkeit, daß Störquellen, wie beispielsweise anormale Impulse, zu einem entsprechenden Fehler führen, durchaus vernachlässigbar, und der Hauptcomputer sollte in jedem Fall in der Lage sein,

dies festzustellen.
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Die Modem-Interfaces und die Modem 3 und 4 werden hier nicht beschrieben (siehe Fig. 7).Die Modem sind hinsichtlich ihrer Spezifikation in verschiedenen Ländern unterschiedlich. In jedem Fall ° darf das Modem 3 nur ein Signal vom Modem 4 akzeptieren und die Verbindung mit einer der Unterstationen erlauben. Dies wird parallel vorgenommen, wobei jede Unterstation eine einzige Leitung der Datenübertragungs-Vielfachleitung benutzt, die in paralle-

ler Form acht Bits aufweist. Das Modem 4 sollte für Signale auf einer Telefonleitung 80 des angesprochenen Modems 3 zur Meldung an die entsprechende Unterstation vorgesehen sein. Die Zentraleinheit

5 sammelt alle Ablesungen, die von den. Wärmemengen-35

meßgeräten gegeben werden, liefert ein Alarmsignal, wenn die Daten einiger Wärmemengenmeßgeräte nicht in logischem Zusammenhang mit vorherigen Ablesungen stehen, verarbeitet die empfangenen Daten, druckt sie

2*

auf einem Drucker 6 aus und führt das Zeichnen erforderlicher Statistiken und Verbrauchstendenzen aus. Um diese Verarbeitungstätigkeiten durchzuführen, ist die Zentraleinheit über das Modem 4 und die Telefonleitung 80 mit den verschiedenen Unterstationen des Systems nacheinander eng verbunden. Sie muß Datenfolgen von der Unterstation empfangen und sie ihrem Zentralspeicher zuführen. Diese Übertragung muß ein zweites Mal wiederholt werden. Es ist nun möglich, für jedes einzelne angeschlossene Wärmemengenmeßgerät Daten zu verarbeiten, Prüfungen und Wahrscheinlichkeitsrechnungen durchzuführen und die folgenden Informationen zu liefern:

- ob die Leitung von dem Wärmemengenmeßgerät unterbrochen ist,

ob zwei aufeinanderfolgende Ablesungen aus demselben Wärmemengenmeßgerät kompatibel sind,

- ob die Adressen korrekt sind,

- ob der Zeitbezug des speziellen Unterstationkanals verglichen mit dem vorherigen eine normale übertragung aufweist, und

- ob die Aufzeichnung neuer Daten verglichen mit beispielsweise denen des vorangehenden Tages

realistisch ist.

Wenn alle die Antworten definitiv positiv sind, werden die aufgezeichneten Daten akzeptiert. Andernfalls liefert die Zentraleinheit 5 ein Signal für den

speziellen Eingangskanal. Immer wenn die Zentraleinheit 5 ein Alarmsignal für ein spezielles Wärmemengenmeßgerät liefert, sollte eine einfache Prüfeinheit für die erste Ermittlung verfügbar sein.

Das Wärmemengenmeßgerät ist mit einem Anschluß für 35

ein Prüfinstrument versehen. Dieses Instrument liefert die Haupt-Betriebsparameter; das heißt, die Temperaturdifferenz zwischen dem Zulauf und dem Rücklauf, wie sie durch die jeweiligen Temperatur-

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- Af-

meßfühler registriert wird, und die Größe der Strömung, die von dem entsprechenden Meßgerät verarbeitet wird. Wenn die ermittelten Daten nicht zuverlässig sind, werden die Meßfühler und das Strömungsmeßgerät abgeklemmt und durch ein Testmodul ersetzt, welches als Verbindungsglied bzw» -leitung zu der entsprechenden Unterstation das Verarbeiten von Daten aus einem speziellen Ausgang des Wärmemengenmeßgerätes, der durch die Zentraleinheit oder einen Drucker kontrolliert werden kann, erlaubt.

Das in Fig. 11 dargestellte Testmodul 50 wird in dem Wärmemengenmeßgerät anstelle der Temperatur- und Volumen-Meßfühler eingesetzt. Es besteht aus zwei Temperatursimulatoren 51 und 52 mit hoher Stabilität und Genauigkeit (Zulauf- und Rücklauftemperaturen) sowie einem hochpräzisen Impulsgenerator 53, der den Volumenmeßfühler (Strömungsmeßgerät) simuliert. Auf diese Weise verarbeitet das Wärmemengenmeßgerät einige bekannte Parameter und liefert den entsprechenden Ausgang, und das Gerät kann mühelos überprüft werden. Ersichtlicherweise können zahlreiche Änderungen und Abwandlungen durch technische Fachleute an der oben beschriebenen Ver- ° wirklichung der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, ohne daß man jedoch deren Grundgedanken ändert, und selbstverständlich wird jede solche Abänderung und Abwandlung als Teil der beanspruchten

Erfindung angesehen.
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Claims

3235257 ··'· '·' ^:· ^:·'"^:·'^:"^: E^TENTANWÄLTE * ^Q * ° ' DR:KADOR'&DR.KLUNKER

K 14 618

CAZZANIGA S.p.A. Corso Europa 7

Milan / Italien

Verfahren und Vorrichtung zur direkten Messung der von einem Strömungsmittel übertragenen Wärmemenge

Patentansprüche

Vorrichtung für die direkte Messung der-tvon einem Strömungsmittel übertragenen Wärememenge, gekennzeichnet durch

a) einen Zulauf-Tmeperaturmeßfühler (11), der

in einer Strömungsmittel-Zulaufleitung eingebaut ist;

b) einen Rücklauf-Temperaturmeßfühler (12), der in einer Strömungsmittel-Rücklaufleitung eingebaut ist;

c) eine Strömungsmeßgerät (13), das in der Strömungsmittel-

Rücklaufleitung eingebaut ist;

d) einen Impulsgenerator (14), der mit dem Strömungsmeßgerät (13) verbunden ist, um jedesmal dann einen elektrischen Impuls zu erzeugen, wenn ein bestimmtes Volumen des rücklaufenden StrÖmungsmi.ttels durch die Rücklauf leitung geströmt ist;

e) ein Programmierungsgerät (25), dessen Triggereingang mit dem Impulsgenerator (14) verbunden ist;

f) eine zweifache Stromquelle (23,24), welche die bei-2Q den Temperaturmeßfühler wechselweise mit einem konstanten Ström speist;

g) ein Filter (15), das mit dem elektrischen Ausgang beider Temperaturmefßfühler verbunden ist;

h) zwei Schalter (30), von denen normalerweise jeweils ^g einer offen und der andere geschlossen ist und die durch das Programmiergerät (25) während eines •ersten bestimmten Zeitraumes ab dem Empfang eines jeden Triggerimpulses gesteuert sind, wobei der erste Schalter mit dem Zulauf-Temperaturmeßfühler und der zweite mit dem Rücklauf-Temperaturmeßfühler

verbunden ist;
i) einen Taktgeber (26);

j) einen Analog-Digital-Wandler (17), der mit den beiden Schaltern verbunden ist und von dem Programmierungsgerät während des obengenannten ersten bestimmten Zeitintervalls zum Aufladen eines Kondensators (73) mit einer Spannung bzw. einem Strom, der von der Rücklauftemperatur abhängt und während eines zweiten Zeitintervalls, der sich in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Temperatur des Zulaufs und des Rücklaufs ändert, zum Entladen des Kondensators mit einem konstanten Strom bis auf eine Spannung, die von der Zulauftemperatur abhängt, betätigt wird, und mit einer Gatterschaltung (75), die nur während dieses zweiten variablen Zeitintervalls zum Durchlassen der von dem Taktgeber stammenden Impulse öffnet, so daß nach jedem Impuls, der vom Impulsgenerator kommt, eine bestimmte Zahl von

^ Taktlmpulsen in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Zulauf- und Rücklauftemperatür geliefert wird; und
k) einen Zähler (20) für die Taktimpulse, die durch den Analog-Digital-Wandler hindurchlaufen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler eine Frequenzteilerschaltung (18) und einen elektromechanischen Zähler

(20) aufweist, der seine Zählung nur dann um 1 erhöht, wenn eine bestimmte Anzahl von Taktimpulsen durch die Frequenzteilerschaltung aufgenommen worden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Analog-Digital-Wandler (17) folgende Merkmale aufweist:

a) einen Eingangsoperationsverstärker (70), dessen nicht reversibler Eingang mit den beiden Schaltern verbunden ist;

b) einen Generator (74) für eine konstante Spannung bzw. einen konstanten Strom, der mit dem reversiblen Eingang des Eingangsoperationsverstärkers mittels eines dritten Schalters (42) verbunden ist, welcher normalerweise geschlossen ist und von dem Programmierungsgerät während des oben erwähnten variablen Zeitintervalls gesteuert wird;

c) einen Operationsintegrator (71), dessen reversibler Eingang mit dem Ausgang des Eingangsoperationsverstärkers verbunden ist; und

d) einen Operationsvergleicher (72), dessen nicht reversibler Eingang an Masse liegt und dessen reversibler Eingang mit dem Ausgang des Operationsintegrators verbunden ist, wobei der Ausgang dieses Operationsvergleichers mit dem nicht reversiblen Eingang des Operationsintegrators mittels eines vierten Schalters (43) verbunden ist, welcher normalerweise geschlossen ist und an dem Programmierungsgerät während des oben erwähnten ersten und zweiten Zeit-

raumes gesteuert wird, und der weiterhin mit

einem Eingang der Gatterschaltung (75) verbunden ist, deren anderer Eingang vom Taktgeber stammt und deren Ausgang den Ausgang des Analog-Digital-Wandlers bildet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelte Spannungsquelle bzw. Stromquelle zwei Spannungs- (23,24) bzw. Stromgeneratoren umfaßt, welche alternierend die beiden Zulauf- und Rücklauftemperatur-Meßfühler mittels eines Wechselschalters (30) mit zwei Stellungen speisen, der von einem binären Flip-Flop-Zähler (31) angetrieben wird, welcher durch ein vom Taktgeber stammendes Signal und mit einem exakten 1:1 Verhältnis zwischen den Schaltzeiten betätigt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Testmodul (50), das aus zwei Temperatur-Simulatoren (51,52) und einem Impulsgenerator (53) besteht, der das Strömungsmeßgerät simuliert.
6. Anlage für die direkte Messung und die Auf-

summierung der von einem Strömungsmittel übertragenen Wärmemenge, gekennzeichnet durch 1) eine Vielzahl von Vorrichtungen (1) für die direkte Messung der von einem Strömungsmittel übertragenen Wärmemenge, wobei jede Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:

a) einen Zulauf-Temperaturmeßfühler, der in einer Strämungsmittel-Zulaufleitung eingebaut ist;

b) einen Rücklauf-Temperaturmeßfühler, der in einer Strömungsmittel-Rücklauf leitung eingebaut ist;

c) ein Strömungsmeßgerät, das in der Strömungsmittel-Rücklaufleitung eingebaut ist; d) einen Impulsgenerator, der mit dem Strömungsmeßgerät verbunden ist, um jedesmal dann einen elektrischen Impuls zu erzeugen, wenn ein be-

stimmtes Volumen des rücklaufenden Strömungs

mittel s durch die Rücklaufleitung geströmt ist;

e) ein Programmiergerät, dessen Triggereingang

mit dem Impulsgenerator verbunden ist;

f) eine zweifache Stromquelle, welche die beiden Temperarürmeßfühler wechselweise mit einem konstanten Strom speist;

g) ein Filter, das mit dem elektrischen Ausgang

beider Temperaturmeßfühler verbunden ist;

h) zwei Schalter, von denen normalerweise jeweils einer offen und der andere geschlossen ist und die durch das Programmiergerät während eines ersten bestimmten Zeitraumes ab dem Empfang eines jeden Triggerimpulses gesteuert sind, wobei der erste Schalter mit dem Zulauf-Tempe

raturmeßfühler und der zweite mit dem Rücklauf-Temperaturmeßfühler verbunden ist;

i) einen Taktgeber;

j) einen Analog-Digital-Wandler, der mit den bei- 2Q den Schaltern verbunden ist und von dem

Programmierungsgerät während des obengenannten ersten bestimmten Zeitintervalls zum Aufladen eines Kondensators mit einer Spannung bzw. einem Strom, der von der Rücklauftemperatür abhängt und während eines zweiten Zeitintervalls, der sich in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Temperatur des Zulaufs und des Rücklaufs ändert, zum Entladen des Kondensators

mit einem konstanten Strom bis auf eine

Spannung, die von der Zulauftemperatur abhängt,

betätigt wird, und mit einer Gatterschaltung, die nur während dieses zweiten variablen Zeitintervalls zum Durchlassen der von dem Taktgeber stammenden Impulse öffnet, so daß nach 35

jedem Impuls, der vom Impulsgenerator kommt,

eine bestimmte Zahl von Taktimpulsen in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Zulauf- und Rücklauftemperatur geliefert wird;

und

k) einen Zähler für die Taktimpulse, die durch den Analog-Digital-Wandler hindurchlaufen;

2) Wenigstens eine Unterstation (2), die Speichereinheiten zum Speichern der Daten aufweist, welche von den Vorrichtungen geliefert werden;

3) ein erstes und ein zweites Modem (4), wobei das erste Modem (3) ein mit den Speichereinheiten verbundenes Interface aufweist und das erste Modem mit

jQ dem zweiten Modem mittels einer Telefonleitung (80) verbunden ist; und

4) ein Zentralrechner (5), der durch ein Interface mit dem zweiten Modem derart verbunden ist, daß alle Ablesungen, die von jeder einzelnen Einrichtung geliefert werden, gesammelt werden, daß ein Alarmsignal jedesmal dann erzeugt wird, wenn die Daten eines speziellen Wärmemengenmeßgeräts nicht in logischem Zusammenhang mit den vorausgehenden Ablesungen stehen, und daß die empfangenen Daten verarbeitet werden.
7. Anlage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Drucker (6), der mit dem Zentralrechner zur Durchführung der Aufzeichnung der erforderlichen Statistiken und Verbrauchsprofile verbunden ist.
8. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein elektronisches Digital- filter (63,66,69) vorgesehen ist, welches zwischen dem Eingang einer jeden Speichereinheit (60) und dem Ausgang der entsprechenden Vorrichtung abgeschlossen ist, wobei das elektronische Digitalfilter einen Eingang mit hohem logischem Pegel nur nach acht Ablesungen mit hohem Pegel ohne Unterbrechung durch ein niedriges logisches Signal und in ähnlicher Weise einen niedrigen logischen Impuls nur nach mindestens acht Ablesungen mit niedrigem Impuls ohne Unterbrechungen

durch ein hohes logisches Signal für jeden speziellen Kanal akzeptiert.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß das elektronische Digitalfilter einen Multiplexer (63), der mit allen Vorrichtungen verbunden ist, einen Adressengenerator (69) zum aufeinanderfolgenden Abtasten des Multiplexers, einen Speicher (66) , der gleichzeitig mit dem Multiplexer

2Q abgetastet und dessen Inhalt zellenweise um 1 erhöht wird, wenn an dem entsprechenden Multiplexereingang ein Übergangszustand ermittelt wird, und einen temporären Ausgangsspeicher (65) unfaßt, der die Daten im Speicherabruf mit der jeweiligen Adresse für die Zeit versieht, die zur Übertragung auf die übrige Anlage erforderlich ist.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer mit allen Ein- richtungen mittels eines optischen Phototransistorentkopplers (62) verbunden ist.
11. Verfahren zur unmittelbaren Messung der von einem Strömungsmittel übertragenen Wärmemenge, g e k e η η zeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Messen der Strömungsmittel-Zulauftemperatur;

b) Messen der Strömungsmittel-Rücklauftemperatur;

c) Messen des Strömungsmittel-Rücklaufvolumens;

d) Erzeugen eines Impulses jedesmal dann, wenn ein bestimmtes Volumen des rückfließenden Strömungsmittels durchgelaufen ist;

e) Betätigen eines Programmiergeräts jedesmal dann, wenn der genannte Impuls erzeugt ist;

f) Erzeugen elektrischer Signale, die jeweils der Zulauf- und Rücklauftemperatur entsprechen,

g) Filtern der elektrischen Signale;

h) Senden jenes elektrischen Signals, das von der Rücklauftemperatur abhängt, durch einen Schalter,

der von dem Programmierungsgerät für einen ersten bestimmten Zeitintervall ab Beginn der Betätigung geschlossen ist, und Senden jenes elektrischen Signals, das von der Zulauftemperatur abhängt, durch einen zweiten Schalter, der

während der verbleibenden Zeit geschlossen ist; i) Erzeugen von Taktimpulsen;
j) Mittels des Programmierungsgerätes wird ein

Analog-Digital-Wandler betrieben, der mit beiden Schaltern verbunden ist, um einen Kondensator

während des obengenannten bestimmten Zeitintervalls mit einem von der Rücklauftemperatür abhängigen Strom bzw. Spannung aufzuladen und diesen Kondensator während eines zweiten Zeit-Intervalls, das sich in Abhängigkeit von der

Temperaturdifferenz zwischen Zulauf und Rücklauf ändert, bis auf eine von der Zulauftemperatur abhängiger Spannung zu entladen, Senden der Taktimpulse nur während dieses zweiten variablen Zeitintervalls derart durch eine Gatterschaltung,

daß nach jedem Impuls, der der genannten vorbestimmten Strömungsmenge entspricht, eine bestimmte Zahl von Taktimpulsen, welche von der Differenz zwischen Zulauf- und Rücklauftemperatur abhängt, hindurchtreten; und

k) Zähler der die Gatterschaltung passierten Taktimpulse.