DE3611084C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der DE-OS 17 53 205 ist eine derartige Meßvorrichtung mit einem Temperatursensor bekannt, welcher einerseits von einer Konvektionsströmung beeinflußbar ist und andererseits zur Aufnahme und Abgabe von Wärmestrahlung eingerichtet ist. Dem Temperatursensor kann eine Wärmeleistung zugeführt werden. Dies geschieht bei Ausbildung des Temperatursensors als ein NTC Widerstand durch einen denselben durchfließenden Heizstrom. Desweiteren kann eine Heizeinrichtung separat von dem Temperatursensor angeordnet werden, ohne daß hierbei eine thermische Isolierung vorgesehen ist. Die Oberfläche des Temperatursensors soll einen Wärmestrahlungs-Absorbtionskoeffizienten aufweisen, der demjenigen eines Lebewesens entspricht. Es wird vorausgesetzt, daß der Temperatursensor unmittelbar der Konvektionsströmung ausgesetzt wird. Das Behaglichlichkeitsempfinden wird bekanntlich nicht nur von der Konvektionsströmung oder der Wärmestrahlung beeinflußt. Vielmehr sind in den sogenannten Behaglichkeitsformeln zusätzliche Faktoren zu berücksichtigen, wobei an dieser Stelle vor allem auf die Luftfeuchtigkeit und die Luftgeschwindigkeit hingewiesen sei. Außer der vorbekannten Meßvorrichtung müssen daher zusätzliche Sensoren und Maßnahmen vorgesehen werden, um die das thermische Behaglichkeitsempfinden beeinflussenden Größen in der erforderlichen Weise zu erfassen. Dies gilt um so mehr, als beispielsweise für die Luftgeschwindigkeit in einem Büroraum mit 0,2 m/sek und in einem Kraftfahrzeug von etwa 1 m/sek zu rechnen ist, sodaß insoweit Drucksensoren erforderlich sind, deren Signalaufbereitung und Weiterverarbeitung einen entsprechenden Elektronik-Aufwand erfordern.

Aus der DE-OS 32 05 704 ist eine Einrichtung zur Beurteilung des Raumklima mit einem Temperatursensor bekannt, welcher gleichzeitig als ein erstes Heizelement ausgebildet ist. Dieser Temperatursensor enthält eine im Infraroten maximal absorbierende Oberfläche, durch deren Normale der Meßbereich definiert wird. Ferner sind dem Temperatursensor in einer Meßebene weitere Heizelemente zugeordnet, welche mittels einer isolierenden Luftschicht von dem Temperatursensor getrennt sind. Voraussetzung ist hierbei, daß die einzelnen Heizelemente auf die gleiche Temperatur, wie der Temperatursensor, geregelt werden, um Randstörungen auszuschalten, welche eine unerwünschte Änderung oder eine schlechte Definierbarkeit des räumlichen Meßbereiches zur Folge hätten. Ein Wärmefluß zwischen dem Temperatursensor und den übrigen Heizelementen findet nicht statt. Ein wie auch immer gearteter Wärmefluß zwischen dem Temperatursensor und den zusätzlichen Heizelementen ergäbe eine Verfälschung des Meßwertes.

Schließlich ist aus der Druckschrift "CIB Commission W45-Symposium, Thermal comfort and moderate heat stress, September 1972, The Comfortmeter, vom B. Schwarz" eine Vorrichtung bekannt, welche einen Metallkörper mit einer im Inneren angeordneten Heizeinrichtung aufweist. Dieser Metallkörper ist auf einer Seite mit einer Wärmefluß-Platte und ferner mit einer Metallplatte versehen. An der Oberfläche dieser Metallplatte wird die Temperatur erfaßt und die Oberfläche wird über einen Proportional-Regler mittels der genannten Heizeinrichtung auf konstante Temperatur geregelt. Diese Vorrichtung dient zur richtungsabhängigen Wärmeflußmessung und es sollen solche Fehler vermieden werden, welche aufgrund flächenhafter Berührung der Wärmeflußplatte mit der Haut eines Menschen sich ergeben können. Um diesen Effekt klein zu halten, wird ein Thermoelement aus dünnem Draht an der Haut des Menschen befestigt. Die Erfassung der das Raumklima bestimmenden Größen ist mit der vorbekannten Vorrichtung nicht ohne weiteres möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Meßvorrichtung der genannten Art bei einfachem und kostengünstigem Aufbau dahingehend auszubilden, daß eine zuverlässige Bestimmung der für das Raumklima maßgebenden Größen ermöglicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung zeichnet sich durch einen einfachen und funktionsgerechten Aufbau aus und ermöglicht in einfacher Weise die Erfassung des Wärmeflusses. Es wird mit dem Temperatursensor nicht einfach ein Raumtemperatur gemessen, sondern vielmehr wird mittels der im Inneren der Meßvorrichtung erfindungsgemäß vorgesehenen Heizeinrichtung künstlich ein Temperaturgefälle zum Außenraum erzeugt. Der Temperatursensor ergibt vielmehr eine Äquivalenztemperatur entsprechend dem Wärmefluß. Die Wärmeleiteigenschaften der thermischen Isolierung sind erfindungsgemäß in der Weise vorgegeben, daß zwar eine hinreichende Wärmeableitung zum Außenraum hin möglich ist, aber andererseits eine hinreichende Temperaturdifferenz zwischen der Heizeinrichtung und dem Temperatursensor bei niedrigem Energieeinsatz in der Heizeinrichtung notwendig ist. Die Heizeinrichtung wird mittels einer geeigneten Elektronik zweckmäßig auf eine konstante Temperatur von insbesondere 37°C oder auf eine konstante Leistung geregelt. Die Heizleistung beträgt im Rahmen dieser Erfindung maximal 1 Watt, zweckmäßig jedoch nur 0,1 Watt. Die spezifische Heizleistung liegt insbesondere im Bereich zwischen 0,08 bis 0,2 Watt/cm². Die aktive Sensoroberfläche, die im Rahmen dieser Erfindung mit einer insbesondere schwarzen Außenhaut versehen ist, kann entsprechend klein gehalten werden. Im Rahmen dieser Erfindung wird die Thermodynamik und/oder die Heizleistung der Meßvorrichtung einem "Durchschnittsmenschen" bzw. einem erwachsenen Menschen angepaßt. Die von dem Temperatursensor erfaßte Äquivalenztemperatur ergibt folglich eine direkte Korrelation zum Behaglichkeitsempfinden des Menschen. Nimmt beispielsweise im Außenraum die Temperatur zu, so wird der Wärmefluß zum Außenraum reduziert, und die Temperatur am Temperatursensor steigt entsprechend an. Andererseits wird bei einer hohen Luftgeschwindigkeit im Außenraum ein erhöhter Wärmeabfluß stattfinden, so daß mit dem Temperatursensor ein entsprechend niedrigeres Signal erzeugt wird. Auch die vom Außenraum auf den Sensor wirksame Strahlungsenergie beeinflußt entsprechend den Wärmefluß. Das mit dem Temperatursensor erfaßte Signal beinhaltet folglich die Kombination der Lufttemperatur, der Luftgeschwindigkeit sowie der Strahlungstemperatur im Außenraum. Mit der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung wird in überraschend einfacher Weise unmittelbar ein der Behaglichkeit entsprechendes Signal gewonnen, das zweckmäßig nach einer Signalnormierung einem Regler einer Klimaanlage oder ähnlichem zugeführt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch eine halbkugelförmig ausgebildete Meßvorrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch die Meßvorrichtung, die im Inneren eine Leiterplatte 2 aufweist. Auf dieser Leiterplatte 2 ist eine Heizeinrichtung 4 mit hinlänglich bekannten elektronischen Bauelementen, wie Transistoren, Widerständen usw. aufgebaut. Diese Heizeinrichtung 4 enthält einen Temperaturfühler 6 und einen hier nicht weiter zu erläuternden Heizungsregler, um auf konstante Temperatur von insbesondere 37°C zu regeln. Erfindungsgemäß kann alternativ auf konstante Leistung geregelt werden. Die Heizeinrichtung und eine nachfolgend noch zu erläuternde Auswertelektronik 8 sind thermisch gut gekoppelt und zweckmäßigerweise mit einem Gießharz oder dergleichen vergossen. Wesentlich ist im Rahmen dieser Erfindung, daß sämtliche elektronische Bauelemente praktisch immer auf der gleichen Temperatur liegen, und folglich eine Temperaturtrift der Bauelemente für die Genauigkeit des Meßsignales keinen Einfluß hat. Der Anschluß erfolgt über ein dreiadriges Kabel 12, wobei zwei Adern für die Stromversorgung und die dritte Ader für den Sensorausgang, und zwar bezogen auf Masse, der Spannungsversorgung dient. Die Stromversorgung erfolgt insbesondere über die Batterie eines Fahrzeuges. Üblicherweise weisen heute die Batterien von Personenwagen eine Spannung von 12 Volt auf, während bei Lastkraftwagen 24 Volt vorgesehen sind. Im Rahmen dieser Erfindung können selbsverständlich auch andere Spannungswerte liegen.

Der die genannte Elektronik aufnehmende etwa halbkugelartige Körper aus Gießharz 10 wird außen von einer ersten und zweiten thermischen Isolierung 14, 16 umgeben, zwischen welchen eine Schicht 18 angeordnet ist. Diese Schicht 18 ist ein guter Wärmeleiter und besteht insbesondere aus einer Kupferfolie. Auf dieser Schicht 18 ist der Temperatursensor 20 angeordnet, der zweckmäßig als ein NTC-Fühler, also ein Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten, ausgebildet ist. Der Temperatursensor 20 ist mittels Leitungen 22 mit der Auswertelektronik 8 auf der Leiterplatte 2 verbunden. Mit der Auswertelektronik 8 wird ein der Temperatur der Schicht 18 entsprechendes Signal erzeugt und über das dreiadrige Kabel 12 einem Regler für eine Klimaanlage oder dergleichen zugeführt. Auch die in der Auswertelektronik 8 umgesetzte Energie wird mit dem Temperatursensor 6 erfaßt, so daß die über die Heizeinrichtung zuzuführende Energie entsprechend reduziert wird. Mittels der Schicht 18 wird in zweckmäßiger Weise eine gleichmäßige Temperaturverteilung zwischen den beiden thermischen Isolierungen 14, 16 erzeugt, und lokale Temperaturschwankungen werden ausgemittelt.

Die äußere thermische Isolierung 16 ist mit einer schwarzen Außenhaut 24 überzogen. Hierdurch wird sichergestellt, daß die vom Außenraum 26 einwirkende Wärmestrahlung möglichst vollständig aufgenommen wird, und andererseits eine optimale Wärmestrahlung in den Außenraum 26 hinein erfolgen kann. Die Leiterplatte 2 einschließlich Gießharzkörper sowie die genannten Schichten und Isolierungen sind gemeinsam auf einer zweckmäßig kreisringförmigen Montageplatte 28 angeordnet, welche aus einem thermisch isolierenden Material besteht. Die Dicke der Montageplatte 28 ist im Hinblick auf eine hinreichende Wärmeisolierung dimensioniert, um insoweit die Verlustenergie möglichst gering zu halten. Es sei festgehalten, daß in der Zeichnung die Meßvorrichtung etwa zweifach vergrößert dargestellt ist.

Im Rahmen dieser Erfindung entspricht die Thermodynamik und/oder die Heizleistung der eines Durchschnittsmenschen bzw. eines erwachsenen Menschen. Die spezifische Heizleistung liegt zwischen 0,08 und 0,2 Watt/cm². Bei kompaktem Aufbau und einer geringen Gesamtleistung im Bereich zwischen 0,1 und 0,3 Watt wird zuverlässig die Äquivalenztemperatur bestimmt.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild mit der Heizeinrichtung 4, die derart geregelt wird, daß im Inneren der Meßvorrichtung eine konstante Temperatur vorherrscht. Der Wärmefluß vom Inneren bzw. von der Heizeinrichtung in den Außenraum wird mit dem Temperatursensor 20 unmittelbar erfaßt. Entsprechend der Lufttemperatur, der Luftbewegung sowie der Strahlungstemperatur im Außenraum ergibt sich ein entsprechender Wärmefluß, und das mit dem Temperatursensor 20 erzeugte Signal ist unmittelbar abhängig von diesem Wärmefluß. Mittels der nachgeschalteten Auswertelektronik 8 erfolgt eine Signalnormierung entsprechend den jeweiligen Randbedingungen, und als Ausgangssignal steht die sogenannte Äquivalenz-Temperatur zur Verfügung. Ein der Äquivalenz-Temperatur entsprechendes Signal wird dem Regler 30 einer Klima- oder Heizungsanlage zugeführt. Dem Regler 30 wird in üblicher Weise ein Sollwert zugeführt, und am Reglerausgang 32 steht die Stellgröße für die Klimatisierung zur Verfügung.

Bezugszeichenliste

 2 Leiterplatte
 4 Heizeinrichtung
 6 Fühler
 8 Auswerteelektronik
10 Gießharz
12 Kabel
14, 16 thermische Isolierung
18 Schicht
20 Temperatursensor
22 Leitung
24 Außenhaut
26 Außenraum
28 Montageplatte
30 Regler
32 Reglerausgang

Claims (9)

1. Meßvorrichtung für die das Raumklima in einem Außenraum beeinflussenden Größen, insbesondere Lufttemperatur und Wärmestrahlung, mit einem Temperatursensor und mit einer Heizeinrichtung, deren Leistung auf einen vorgebbaren Wert einstellbar ist und die auf den Temperatursensor einwirkt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizeinrichtung (4) in einem Innenraum angeordnet ist, der mittels einer thermischen Isolierung (14, 16) vom Außenraum (26) getrennt ist,
daß zwischen dem mit der Heizeinrichtung (4) beheizten Innenraum und dem Außenraum (26) ein Temperaturgefälle vorhanden ist, wobei die thermische Isolierung aufgrund ihrer Wärmeleiteigenschaften einerseits einen Wärmefluß vom Innenraum zum Außenraum (26) ermöglicht und andererseits eine niedrige Energiezufuhr für die Heizeinrichtung (4) erforderlich macht, und
daß der Temperatursensor (20) in der Isolierung (14, 16) auf einer Schicht (18) angeordnet ist, die als ein guter Wärmeleiter ausgebildet ist.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (4) einen Fühler (6) aufweist, um die Leistung derart zu regeln, daß eine konstante Temperatur, insbesondere 37°C, oder konstante Leistung erreicht wird.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (18) aus einer Kupferfolie besteht.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (18) zwischen zwei Lagen der thermischen Isolierung (14, 16) angeordnet ist.

5. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Lage (16) der thermischen Isolierung mit einer im wesentlichen schwarzen Außenhaut (24) überzogen ist.

6. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einer Leiterplatte (2) angeordnete Heizeinrichtung (4) einschließlich einer Auswertelektronik (8), mit welcher der Temperatursensor (20) verbunden ist, in einem Körper aus thermisch leitfähigen Material, insbesondere einem Gießharz, eingegossen ist.

7. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere mit der Auswertelektronik (8) eine Signalnormierung des Ausgangssignales des Temperatursensors (20) vorgenommen wird.

8. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Heizleistung, bezogen auf die aktive Sensoroberfläche, und zwar insbesondere die Außenhaut (24), im Bereich zwischen 0,08 und 0,2 Watt/cm² liegt.

9. Meßvorrichung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermodynamik und/oder die Heizleistung entsprechend einem Durchschnittsmenschen bzw. eines erwachsenen Menschen vorgegeben sind.