DE3641909A1

DE3641909A1 - Anordnung zum messen des mittelwertes von physikalischen groessen von in einem kanal stroemenden medien

Info

Publication number: DE3641909A1
Application number: DE19863641909
Authority: DE
Inventors: Edmund Dipl Ing Linzenkirchner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-12-08
Filing date: 1986-12-08
Publication date: 1988-06-09
Also published as: CH674418A5

Description

In Klimaanlagen wird Luft, die klimatisierten Räumen zugeführt wird, so aufbereitet, daß sie vorgegebene Temperatur und Feuchte hat. Hierzu müssen häufig Temperatur und Feuchte in Kanälen gemessen werden, in denen der Luftzustand und die Strömungsgeschwindigkeit über dem Kanalquerschnitt nicht konstant sind. Dies ist vor allem hinter Mischkammern der Fall, in denen Außen- und Abluft gemischt werden. Ähnliche Probleme treten allgemein beim Messen des Mittelwertes von physikalischen Größen von in einem Kanal strömenden Medien auf. Die Anordnung von mehreren über den Querschnitt des Kanals verteilten Meßfühlern und die Bildung des Mittelwertes von deren Ausgangssignalen, ergibt in der Regel kein Ergebnis mit ausreichender Genauigkeit, wenn die Strömungsgeschwindigkeit über dem Querschnitt nicht konstant ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, mit der der Mittelwert einer physikalischen Größe eines in einem Kanal strömenden Mediums auch dann mit großer Genauigkeit gemessen werden kann, wenn Strömungsgeschwindigkeit und Zustand des Mediums über dem Kanalquerschnitt nicht gleich sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

In Luftaufbereitungsanlagen kann der so gebildete Mittelwert als Istwert zur Regelung des Zustandes der dem klimatisierten Raum zugeführten Luft dienen.

Soll die Temperatur eines strömenden Mediums gemessen werden, dann wird als Meßfühler zweckmäßig die Kombination eines beheizten und eines unbeheizten temperaturabhängigen Widerstandes verwendet. Der Widerstand des unbeheizten temperaturabhängigen Widerstandes ist ein Maß für die Temperatur; der Heizstrom und die Temperaturdifferenz zwischen den beiden temperaturabhängigen Widerständen ist ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit. Zweckmäßig werden die temperaturabhängigen Widerstände mit konstantem Strom beheizt. Zum Messen von Temperatur und Feuchte von strömender Luft kann die Kombination aus beheiztem und unbeheiztem temperaturabhängigem Widerstand mit einem Feuchtemesser ergänzt werden.

Da über den Querschnitt des Kanals verteilt die Strömungsgeschwindigkeiten gemessen werden, kann die Rechenschaltung zusätzlich die mittlere Strömungsgeschwindigkeit = (v₁ + v₂ + . . . + v _n )/n und damit auch den Volumenstrom nach der Formel D=F. bilden, wobei mit F der Kanalquerschnitt bezeichnet ist.

Zweckmäßig sind die Meßfühler gleichmäßig über den Kanalquerschnitt verteilt, d. h., sie liegen jeweils in der Mitte von gleichen Teilflächen gleicher Größe und Form.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 die Anordnung des Ausführungsbeispiels in einer Klimaanlage,

Fig. 2 die prinzipielle Anordnung von Meßfühlern in einem Kanal,

Fig. 3 ein Schaltbild des Ausführungsbeispiels.

In Fig. 1 ist mit RA ein zu klimatisierender Raum bezeichnet, dem aufbereitete Luft aus einer Mischkammer MK über einem Kanal 2 zugeführt wird. Ein Teil der Abluft des Raumes RA wird in der Mischkammer MK mit über eine Leitung 1 zugeführter Frischluft gemischt und auf die gewünschte Temperatur und Feuchte gebracht. Die aus der Mischkammer austretende Luft ist im allgemeinen hinsichtlich Temperatur und Feuchte nicht homogen, auch die Strömungsgeschwindigkeit ist innerhalb des Kanals 2 nicht einheitlich. Es ist daher eine Meßfühleranordnung MFA vorgesehen, die mehrere Temperatur-, Feuche- und Strömungsgeschwindigkeitsfühler enthält und aus deren Ausgangssignalen die Mittelwerte von Temperatur und Feuchte in einem Regler RE mit einer Recheneinheit gebildet werden. Die Stellsignale werden der Mischkammer MK zugeführt.

Fig. 2 veranschaulicht die Meßfühleranordnung MFA und ihren Einbau in den Luftkanal. Sie besteht im Ausführungsbeispiel aus neun Meßfühlern MF 1, MF 2 . . . MF 9, die jeweils aus der Kombination eines Temperatur-, eines Feuchte- und eines Strömungsfühlers bestehen. Sie sind gleichmäßig über den Querschnitt des Kanals verteilt, so daß die Meßfühler jeweils in der Mitte von gleich großen Teilflächen des Querschnittes liegen. Ihre jeweils drei Ausgangssignale t _i für die Temperatur, s _i für die Feuchte und v _i für die Strömungsgeschwindigkeit werden der Recheneinheit des Reglers RE zugeführt, die daraus die mittlere Temperatur nach folgender Formel bildet:

Die mittlere Feuchte rechnet sich entsprechend:

Sind die einzelnen Teilflächen, denen die Meßfühler zugeordnet sind, nicht gleich groß, so kann dies in den Formeln dadurch berücksichtigt werden, daß die Produkte t _i, v _i bzw. s _i, v _i mit den Größen der Teilflächen entsprechenden Faktoren multipliziert werden.

Ferner wird die mittlere Strömungsgeschwindigkeit V berechnet: V = (v₁ + v₂ + . . . + v _n )/n und der Volumenstrom D = F · , wobei F der Kanalquerschnitt ist.

Fig. 3 zeigt die elektrische Schaltung der Temperatur- und Strömungsfühler. Jeder Meßfühler MF 1, MF 2, MF 3 . . . enthält zwei temperaturabhängige Widerstände TH 11, TH 12; TH 21, TH 22; TH 31, TH 32, von denen der eine, THi 2, unbeheizt und der andere, THi 1, beheizt ist. Hierzu ist er im Ausführungsbeispiel mit einer gesonderten Heizwicklung W 1, W 2, W 3 versehen. Die Heizwicklungen sind in Reihe geschaltet und werden von einer Stromquelle I 1 mit einem konstanten Strom gespeist. Statt dessen können die beheizten Meßfühler auch selbst mit einem Heizstrom beaufschlagt werden. Eine getrennte Heizwicklung ist dann nicht erforderlich.

Die temperaturabhängigen Widerstände sind in Reihe geschaltet und werden von einem Strom durchflossen, den eine Konstantstromquelle I 2 liefert. Sie sind im Luftstrom angeordnet, so daß die Widerstandswerte der temperaturabhängigen Widerstände THi 2 ein Maß für die Temperatur der sie umströmenden Luft sind, während die Widerstandsdifferenzen zwischen den Widerständen THi 2, THi 1 ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeiten sind. Zum Messen der Widerstandswerte wird der jeweilige Spannungsabfall über zwei Schalter eines Meßstellenwählers MS auf einen Analog-Digital-Umsetzer ADU geschaltet, an den die Recheneinheit CP angeschlossen ist, welche die eingehenden Werte zunächst speichert und dann nach den oben angegebenen Formeln verarbeitet.

Die Feuchtefühler sind in Fig. 3 nicht eingezeichnet. Ihre Ausgangssignale werden aber entsprechend denen der Temperaturfühler über den Meßstellenschalter MS auf den Analog-Digital-Umsetzer geschaltet und in der Recheneinheit CP verarbeitet.

Claims

1. Anordnung zum Messen des Mittelwertes von physikalischen Größen, insbesondere Temperatur und Feuchte, von in einem Kanal strömenden Medien, insbesondere Luft, mit mehreren über den Kanalquerschnitt gleichmäßig verteilten Meßfühlern, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühler (MF 1, MF 2 . . .) so ausgebildet sind, daß sie jeweils die der physikalischen Größe entsprechenden Signale (x₁, x₂ . . . x _n) und der Strömungsgeschwindigkeit entsprechende Signale (v₁, v₂ . . . v _n) abgeben, und daß eine Recheneinheit (CP) vorhanden ist, welche aus den Signalen der Meßfühler den Mittelwert der physikalischen Größe nach folgender Formel bildet:

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen der Temperatur von strömenden Medien die Meßfühler (MF 1, MF 2, MF 3 . . .) jeweils aus einem beheizten temperaturabhängigen Widerstand (TH 11, TH 21, TH 31) und einem nicht beheizten temperaturabhängigen Widerstand (TH 12, TH 22, TH 32) bestehen, wobei der Widerstandswert des unbeheizten temperaturabhängigen Widerstandes ein Maß für die Temperatur und der Heizstrom und die Temperaturdifferenz ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand mit einem konstanten Strom geheizt ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (CP) so ausgebildet ist, daß sie aus den der Strömungsgeschwindigkeit entsprechenden Signalen die mittlere Strömungsgeschwindigkeit nach der Formel = (v₁ + v₂ + . . . v _n )/nbildet.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (CP) so ausgebildet ist, daß der Volumenstrom nach der Formel D = F · gebildet wird, wobei F den Kanalquerschnitt bedeutete.