DE3244668A1

DE3244668A1 - Verfahren und vorrichtung zur erfassung der durchflussmengen von durch rohrleitungen gefuehrten fluiden medien

Info

Publication number: DE3244668A1
Application number: DE19823244668
Authority: DE
Inventors: Georg F. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Rump; Günther 5787 Olsberg Seiffert
Original assignee: Oventrop Sohn KG F W
Current assignee: Oventrop Sohn KG F W
Priority date: 1982-12-02
Filing date: 1982-12-02
Publication date: 1984-06-07

Description

Verfahren und Vorrichtung zur
Erfassung der Durchflußmengen von durch Rohrleitungen geführten fluiden Medien Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Durchflußmengen von durch Rohrleitungen oder dergleichen geführten fluiden Medien pro Zeiteinheit, insbesondere flüssigen Medien, zum Beispiel Wasser, insbesondere in geschlossenen Systemen, beispielsweise Zentralheizungsanlagen, wobei die Durchflußmengensteuerung durch mindestens ein in die Rohrleitung eingeschaltetes Absperrorgan, zum Beispiel Ventil, erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, mit dessen Hilfe eine möglichst einfache Erfassung und Verarbeitung der benötigten Meßwerte erfolgen kann.
Dabei soll einerseits der Installationsaufwand möglichst gering gehalten werden und andererseits die Möglichkeit von Manipulationen weitestgehend unterbunden sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die einem definierten Durchflußquerschnit entsprechende Stellung des Absperrorganes erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, die zum Beispiel von der relativen Öffnungsstellung des Absperrorgans beeinflußte Druckdifferenz in der Rohrleitung erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, die jeweilige zeitliche Dauer der Freigabe eines definierten Durchflußquerschnittes und einer definierten Druckdifferenz erfaßt und in elektrische Signale umgewandelt wird, die so erzeugten elektrischen Signale einer elektronischen Logik, zum Beispiel einem Mikroprozessor, zugeführt werden.
Auf diese Weise ist eine sehr einfache Ermittlung der zur Berechnung notwendigen Meßwerte ermöglicht und desweiteren die Umrechnung der erfaßten Meßwerte sehr einfach durchzuführen.
Darüber hinaus ist auch die Manipulationsmöglichkeit erheblich eingeschränkt.
Eine Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, daß die Signale mittels der Logik in Durchflußmengenmeßwerte umgerechnet, diese Momentanwerte angezeigt, die Momentanwerte aufsummiert und gespeichert und die Summenwerte wiederum angezeigt werden, daß ferner in der Logik die Ventilkennlinie (Durchfluß, Hub, Druckdifferenz) als für die Verknüpfung der Signale bzw. Meßwerte einflußgebende Größe in geeigneter Weise gespeichert wird.
Als besonders vorteilhaft wird angesehen, daß bei einem Hubventil als Absperrorgan der Hubweg des Ventiles erfaßt wird.
Darüber hinaus ist vorteilhaft, wenn der Mediendruck in Rohrleitungsverlauf vor und hinter dem Abspe-rrorgan gemessen und durch Subtraktion der Differenz druck erfaßt wird.
Alternativ wird vorgeschlagen, daß der Mediendruck vor und hinter einer vor dem Absperrorgan in der Rohrleitung angeordneten Blende gemessen und in den Differenzdruck umgerechnet wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß die Signale gemäß Anspruch 1 a) bis c) an mehreren Stellen des Rohrleitungssystems bzw. an unabhängig voneinander installierten Rohrleitungssystemen erfaßt und einer zentralen Logik zugeführt werden, von der die in digitale Daten umgewandelten, daraus abgeleiteten Mengenmeßwerte, insbesondere nach Absendern separiert, abgefragt werden.
Bevorzugt ist, daß die Signale vorbestimmbarer Zeitabschnitte mit den anderen Meßwerten verknüpft und gruppenweise zusammengefaßt separat gespeichert werden.
Weiter ist bevorzugt, daß den Verbrauchswerten ein wählbarer Zeitfaktor unterlegt wird, die durch Verknüpfung mittels Logik so erhaltenen Meßdaten als Momentanwert angezeigt, gespeichert und die aufsummierten gespeicherten Werte wiederum angezeigt werden.
Damit ist es möglich, Zeiten hohen Gesamtverbrauchs unterschiedlichen Tarifen zu unterwerfen und sowohl dem Verbraucher den jeweils verknüpften Verbrauchswert unmittelbar am Verbrauchsort anzuzeigen und auch die unterschiedlichen Verbrauchssummenwerte einheitlich abzuspeichern.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ,die auch bei der Heizkostenermittlung von Zentralheizungsanlagen Anwendung finden kann, besteht darin, daß insbesondere bei Zentralheizungsanlagen, die Vorlauf-und die Rücklauftemperatur erfaßt und unmittelbar oder nach Differenzbildung in elektrische Signale umgewandelt wird und diese Signale der Logik zugeführt werden.
Vorteilhaft ist dabei, wenn die erfaßten Signale von der Logik in Wärmemengen umgerechnet, angezeigt, gespeichert und Speichermengen wiederum angezeigt werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß in eine Rohrleitung ein Absperrorgan, zum Beispiel ein thermostatisch gesteuertes Hubventil, eingeschaltet ist, daß ein die relative Durchflußstellung desselben durch Wegmessung aufnehmender Sensor mit diesem gekoppelt ist, daß vor und hinter dem Absperrorgan von der Rohrleitung Zweigleitungen abgezigt sind, die zu einem Druckmeßorgan, beispielsweise den einander abgewandten Seiten der Membran einer Druckmeßdose, geführt sind, und daß insbesondere bei Zentralheizungsanlagen als Absperrorgan das Regelventil eines Heizkörpers ausgebildet ist und ferner dann insbesondere in der Vorlauf- und Rücklauf leitung je ein Temperaturmeßorgan in Form eines Sensors oder dergleichen angeordnet ist, daß jeweils die Sensoren eine, insbesondere zentrale, Auswert-Logik, zum Beispiel einen Mikroprozessor , steuern, wobei dort die erfaßten Meßgrößen zusammen mit der Meßzeit auswertbar und speicherbar sind.
Eine Variante besteht darin, daß alternativ die zur Differenz-Druckmessung angeordneten Zweigleitunge-n in Strömungsrichtung nahe vor dem Absperrorgan abgezweigt sind und zwischen den in die Rohrleitung einmündenden Zweigleitungsmündungen in die Rohrleitung eine Blende eingebaut ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt: Fig. 1 eine Vorrichtung zur Ermittlung der Heizkosten bei einem Zentralheizungssystem, Fig. 2 zeigt eine Variante des Systems.
Die Vorrichtung gemäß Fig.l besteht im wesentlichen aus einem geschlossenen Rohrleitungssystem, nämlich der Rücklaufleitung 1 und der Vorlaufleitung 2 einer Zentralheizungsanlage. Zwischen Rücklaufleitung und Vorlaufleitung ist ein Heizkörper 3 eingeschaltet.
Zur Regelung der Durchflußmenge des durchfließenden heißen Wassers durch den Heizkörper 3 ist im Ausführungsbeispiel ein thermostatgesteuertes Hubventil 4 in die Vorlaufleitung eingebaut. Desweiteren ist ein Druckmeßgerät 5 in Abzweigleitungen 6, 7 derart eingebaut, daß die in dem Druckmeßgerät, beispielsweise einer Druckdose, eingebaute Membran 8 einerseits mit dem Mediendruck beaufschlagbar ist, welcher vor dem Ventil 4 herrscht und andererseits mit dem Mediendruck beaufschlagbar ist, welcher hinter dem Ventil 4 im Leitungssystems sich ausbildet. Die Zweigleitung 7 ist demzufolge in Durchflußrichtung des Mediums vor dem Ventil 4 abgezweigt, während die Abzweigleitung 6 in Durchflußrichtung hinter dem Ventil 4 von der Hauptleitung 2 abgezweigt ist. Der Mediendruck, der vor dem Ventil 4 herrscht, kann somit auf die eine Seite der Membran 8 über die Zweigleitung 7 geleitet werden während der Mediendruck hinter dem Ventil über die Zweigleitung 6 auf die andere Seite der Membran aufbringbar ist. Auf diese Weise ist sehr einfach eine Differenzdruckmessung durchzuführen, die im Ausführungsbeispiel über einen an der Membran gehalterten, sich mit der Membran verstellenden mechanischen Geber realisiert ist. Der Geber 9 ist in Form einer Zahnstange ausgebildet, die mit einem entsprechenden Zahnrad einer mechanischen Meßeinrichtung gekoppelt ist, die je nach Verstellweg des Gebers eine mehr oder weniger große Drehung ausführt. Der relative Drehwinkel ist damit eine unmittelbare Meßgröße für den Differenzdruck. Der Differenzdruck wird in geeigneter Weise in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches einer später noch beschriebenen Datenverarbeitungseinheit zugeführt werden kann. Es ist auch denkbar, nicht unmittelbar den Differenzdruck, sondern die einzelnen Druckwerte in ein elektrisches Signal umzuwandeln und den Differenzdruck in der Datenverarbeitungseinheit ausrechnen zu lassen.
Das Ventil 4 ist in ähnlicher Weise wie das Druckmeßorgan 5 mit einem Geberteil 10 versehen, welches beispielweise wieder durch einen mechanischen Wegaufnehmer den Öffnungsgrad des Ventiles 4 durch Messung des Differenzhubes ermittelt, diesen Meßwert in ein elektrisches Signal umsetzt, welches wiederum der Datenverarbeitungseinheit zugefaührt werden kann. Desweiteren sind bei 11 und 12 Temperaturmeßfühler angedeutet, die die jeweilige Vorlauf- bzw. Rücklauftemperatur erfassen, in ein elektrisches Signal umwandeln, welches wiederum der Datenverarbeitungseinheit zugeführt wird.
Der Aufbau der Vorrichtung gemäß Figur 2 ist prinzipiell der gleiche, wobei lediglich die Differenzdruckmessung in anderer Weise erfolgt. Dort ist nämlich nahe dem Ventil 4 eine Blende 13 in die Rohrleitung 2 eingebaut, die entsprechend dem Öffnungsgrad des Ventiles 4 die Messung einer Differenzdruckausbildung ermöglicht. Dazu ist hier die Zweigleitung 7 in Strömungsrichtung unmittelbar vor der Blende 13 aber hinter dem Ventil 4 abgezweigt, während die Zweigleitung 6 in Strömungsrichtung hinter der Blende abgezweigt ist. Die Messung des Differenzdruckes ist auf diese Weise ebenso wie beim Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 möglich, jedoch ist bei sehr kleinen Durchflüssen bzw. Differenzdrücken kein Druckunterschied mehr meßbar, so daß die Ausführungsform gemäß Fig. 1 wegen der größeren Genauigkeit bevorzugt ist.
Das Verfahren zur Erfassung der Druchflußmengen von durch Rohrleitungen geführten flüssigen Medien pro Zeiteinheit, beispielsweise bei Zentralheizungsanlagen, läuft wie folgt ab: Es wird die Stellung des Absperrorganes 4 über die entsprechende Wegmeßeinrichtung 10 erfaßt und in geeigneter Weise in ein elektrisches Signal umgewandelt. Desweiteren wird die aufgrund des relativen Öffnungsgrades des Absperrorganes 4 erzeugte Druckdifferenz in der Rohrleitung 2 erfaßt, und zwar mittels der Druckmeßdose 5 und der diesem zugeordneten Gebereinrichtung 9.
Dieser Wert wird ebenfalls in ein elektrisches Signal umgewandelt. Darüber hinaus wird auch die jeweilige zeitliche Dauer der Freigabe eines bestimmten Durchflußquerschnittes und einer bestimmten Druckdifferenz erfaßt. Auch diese zeitliche Dauer wird in Form elektrischer Signale verarbeitet. Die von den Meßaufnehmern erzeugten elektrischen Signale werden einer im Ausführungsbeispiel nicht dargestellten elektronischen Logik, insbesondere einem Mikroprozessor zugeführt. Der Mikroprozessor verarbeitet die ihm zugeführten Daten und errechnet nach dem logischen Formelzusammenhang die entsprechende, in der jeweiligen Zeiteinheit erfaßte Durchflußmenge. Diese Daten können in den Mikroprozessor abgespeichert und zu beliebigen Zeitpunkten abgefragt werden. Um bei Zentralheizungsanlagen beispielsweise die Heizkostenermittlung mit diesem Verfahren durchführen zu können, sind noch die erfaßten Werte der Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur wesentlich. Auch diese Werte werden in elektrische Signale umgewandelt und der Mikroprozessoreinheit zugeführt, welche dem entsprechenden Formelzusammenhang gemäß den entsprechenden Durchflußwert bzw. die entsprechende Wärmemenge berechnet, Der formelmäßige Zusammenhang ergibt sich aus der Funktion Q = f ( h, t p,8 T, ß t).
Das Anwendungsgebiet des Verfahrens u-nd der zugehörigen Vorrichtung ist nicht auf Zentralheizungsanlagen beschränkt, sondern beliebig zur Erfassung von Durchflußmengen oder auch Wärmemengen bei strömenden Medien anwendbar.
Es bleibt noch festzuhalten, daß die Ventilkennlinie des Ventiles 4, die eine Funktion des Durchflusses, des Ventilhubes (bzw. Öffnungsgrades), der Druckdifferenz und der Temperatur ist, als einflußgebende Größe in geeigneter Weise in der Logik gespeichert ist, so daß bei der Berechnung der Verbrauchswerte diese Kennlinie von der Logik mit einbezogen wird.
Im übrigen findet als Ventil 4 ein üblicherweise am Heizkörper 3 installiertes Regelventil Verwendung.
Es ist auch möglich und vorteilhaft, wenn das Ventil 4 und die Druckmeßeinrichtung 5 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind und somit als Installationseinheit montiert werden können.
Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims

Patentansprüche: Verfahren zur Erfassung der Durchflußmengen von durch Rohrleitungen oder dgl. geführten fluiden Medien pro Zeiteinheit, insbesondere flüssigen Medien, z.B. Wasser, insbesondere in geschlossenen Systemen, beispielsweise Zentralheizungsanlagen, wobei die Durchflußmengensteuerung durch mindestens ein in die Rohrleitung eingeschaltetes Absperrorgan, z.B.

Ventil, erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß a) die einem definierten Durchflußquerschnitt entsprechende Stellung des Absperrorganes erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, b) die z. B. von der relativen Öffnungsstellung des Absperrorgans beeinflußte Druckdifferenz in der Rohrleitung erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt: wird, c) die jeweilige zeitliche Dauer der Freigabe eines definierten Durchflußquerschnittes und einer definierten Druckdifferenz erfaßt und in elektrische Signale umgewandelt wird, d) die so erzeugten elektrischen Signale einer elektronischen Logik, z.B. einem Mikroprozessor, zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale mittels der Logik in Durchflußmengenmeßwerte umgerechnet, diese Momentanwerte angezeigt, die Momentanwerte aufsummiert und gespeichert und die Summenwerte wiederum angezeigt werden, daß ferner in der Logik die Ventilkennlinie (Durchfluß, Hub, Druckdifferenz) als für die Verknüpfung der Signale bzw.

Meßwerte einflußgebende Größe in geeigneter Weise gespeichert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Hubventil als Absperrorgan der Hubweg des Ventiles erfaßt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mediendruck in Rohrleitungsverlauf vor und hinter dem Absperrorgan gemessen und durch Substraktion der Differenzdruck erfaßt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mediendruck vor und hinter einer vor dem Absperrorgan in der Rohrleitung angeordneten Blende gemessen und in den Differenzdruck umgerechnet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale gemäß Anspruch la) bis c) an mehreren Stellen des Rohrleitungssystemes bzw. an unabhängig voneinander installierten Rohrleitungssystemen erfaßt und einer zentralen Logik zugeführt werden, von der die in digitale Daten umgewandelten, daraus abgeleiteten Mengenmeßwerte, insbesondere nach Absendern separiert, abgefragt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale vorbestimmbarer Zeitabschnitte mit anderen Meßwerten verknüpft und gruppenweise zusammengefaßt separat gespeichert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere bei Zentralheizungsanlagen, die Vorlauf- und die Rücklauftemperatur erfaßt und unmittelbar oder nach Differenzbildung in elektrische Signale umgewandelt wird und diese Signale der Logik zugeführt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßten Signale von der Logik in Wärmemengen umgerechnet und diese Daten digital abgefragt werden, wobei einerseits die Momentanwerte angezeigt, diese Werte aufsummiert und gespeichert werden und andererseits auch die so gebildeten Summenwerte angezeigt werden, wobei in der Logik die Ventilkennlinie (Durchfluß, Hub, Druckdifferenz, Temperatur) als für die Verknüpfung der Signale bzw. Meßwerte einflußgebende Größe in geeigneter Weise gespeichert und bei der Verknüpfung ausgewertet wird.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Rohrleitung (1,2) ein Absperrorgan (4), z.B. ein thermostatisch gesteuertes Hubventil, eingeschaltet ist, daß ein die relative Durchflußstellung desselben durch Wegmessung aufnehmender Sensor (10) mit diesem gekoppelt ist, daß vor und hinter dem Absperrorgan (4) von der Rohrleitung (2) Zwe-igleitungen (6,7) abgezweigt sind, die zu einem Druckmeßorgan (5), beispielsweise den einander abgewandten Seiten der Membran (8) einer Druckmeßdose geführt sind, und daß insbesondere bei Zentralheizungsanlagen als Absperrorgan (4) das Regelventil eines Heizkörpers-(3) ausgebildet ist und ferner dann insbesondere in der Vorlauf- und Rücklaufleitung (2,1) je ein Temperaturmeßorgan (11,12) in Form eines Sensors oder dergleichen angeordnet ist, daß jeweils die Sensoren eine, insbesondere zentrale, Auswert-Logik, z.B. einen Mikroprozessor, steuern, wobei dort die erfaßten Meßgrößen zusammen mit der Meßzeit auswertbar und speicherbar sind (Fig. 1).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß alternativ die zur Differenz-Druckmessung angeordneten Zweigleitungen (6,7) in Strömungsrichtung nahe vor dem Absperrorgan (4) abgezweigt sind und zwischen den in die Rohrleitung (2) einmündenden Zweieitungsmündungen in die Rohrleitung (2) eine Blende (13) eingebaut ist (Fig. 2).