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Wärmemengenzähler Bei der Bestimmung der abgegebenen Wärmemenge einer
strömenden Flüssigkeit, die mit höherer Temperatur zufließt (Vorlauf) und mit niedrigerer
Temperatur zurückfließt (Rücklauf), handelt es sich um die Aufgabe, in jedem Zeitabschnitt
das Produkt aus der. durchfließenden Flüssigkeitsmenge und der Temperaturdifferenz
zwischen Vor- und Rücklauf zu ermitteln. Zur Lösung dieser Aufgabe sind zahlreiche
Arten von auf elektrischer Grundlage beruhenden Wärmemengenzählern bekanntgeworden.
Bei einem Teil dieser Wärmemengenzähler wird die Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur
mit Hilfe zweier Widerstandsthermometer gemessen, von denen das eine im Vorlauf
und das andere im Rücklauf angeordnet ist. Diese Widerstandsthermometer wirken,
z. B. in einer Brückenschaltung, auf ein durch diese Temperaturdifferenz beeinflußtes
elektrisches Meßgerät, das entweder als Anzeigeinstrument oder als Zähler ausgebildet
sein kann. Die Flüssigkeitsmenge wird bei den bekannten Bauweisen von Wärmemengenzählern
des öfteren in der Weise zur Wirkung gebracht, daß die Flüssigkeitsmenge mit Hilfe
eines Rotationswassermessers, z. B. Flügelrad- oder Woltmannmesser, gemessen und
mittels einer mit diesem Wassermesser gekuppelten elektrischen Kontaktvorrichtung
nach einem Impulsverfahren auf das die Temperaturdifferenz zwischen Vor-und Rücklauf
messende Anzeige- öder Zählgerät übertragen wird.
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Wird die Temperaturdifferenz zwischen Vor-und Rücklauf, wie es bei
vielen bekannten Konstruktionen der Fäll ist, an einem Anzeigegerät zur Wirkung
gebracht, so daß der jeweilige Ausschlagwinkel eines Zeigers dieser Temperaturdifferenz
proportional ist, so muß die Flüssigkeitsmenge mit Hilfe einer mechanischen Integriervorrichtung
berücksichtigt werden. Diese Integriervorrichtung tastet den Ausschlag des die jeweilige
Temperaturdifferenz angebenden Zeigers ab, wobei die Häufigkeit des Abtastens der
Drehzahl des Rotationswassermessers und somit der Flüssigkeitsmenge proportional
ist. Bei dieser Methode entspricht grundsätzlich der Ausschlag des Zeigers der Temperaturdifferenz,
die Abtasthäufigkeit dagegen der Flüssigkeitsmenge. Auf diese Weise wird fortlaufend
das Produkt aus Temperaturdifferenz und Flüssigkeitsmenge gebildet. Dieses Produkt
wird an einem Zählwerk, z. B. Zahlenrollenzählwerk mit Klinkvorrichtung, zur Wirkung
gebracht, so daß die abgegebene Wärmemenge am Zählwerk unmittelbar abgelesen werden
kann.
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Wird als Meßgerät für die Temperaturdifferenz ein elektrischer Zähler
benutzt, wie es ebenfalls bei bekannten Konstruktionen vielfach geschieht, so muß
ein anderes Verfahren zur Berücksichtigung der Flüssigkeitsmenge angewendet werden.
Nach einem bekannten Verfahren benutzt man als Zähler einen Elektrolytzähler und
beschickt diesen Elektrolytzähler entweder mit Hilfe von Thermoelementen oder aber
mit Widerstandsthermometern, die z. B. in einer Brückenschaltung liegen, mit einem
Strom, der stets der jeweiligen Temperaturdifferenz
zwischen Vor-
und Rücklauf proportional ist. Der Elektrolytzähler ist aber nicht dauernd an die
Thermoelemente bzw. an die Widerstandsthermometerbrücke angeschlossen, sondern unter
Zwischenschaltung eines Zeitrelais und einer Kontaktvorrichtung, die mit dem zur
Erfassung der Flüssigkeitsmenge dienenden Rotationswassermesser gekuppelt ist. Bei
diesem Verfahren wird also der Elektrolytzähler intermittierend mit den Thermoelementen
oder der Widerstandsthermometerbrücke verbunden. Diese Verbindung geschieht periodisch
mit einer Häufigkeit, die wiederum der Flüssigkeitsmenge proportional ist, da die
Anzahl der Kontaktgaben in der Zeiteinheit der durclifließenden Flüssigkeitsmenge
proportional ist.
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Die Verwendung eines Elektrolytzählers bringt bekanntlich mancherlei
Nachteile mit sich. Wenn man bei der beschriebenen Anordnung an Stelle des Elektrolytzählers
einen elektrischen Motorzähler benutzen will, so muß man zunächst statt der Thermoelemente
eine bekannte Brücken- oder Differentialschaltung mit Widerstandsthermometern vorsehen,
wobei die Widerstandsthermometer im Motorzähler einen der Temperaturdifferenz proportionalen
Strom verursachen. Widerstandsthermometer müssen hier aus dem Grunde vorgesehen
werden, weil die von Thermoelementen erzeugte Energie zum Betrieb eines Motorzählers
bei weitem nicht ausreicht.
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Motorzähler in Verbindung mit Widerstandsthermometern bei V(-'ärmemengenmessern
zu benutzen, ist durchaus bekannt. Auch ist es ein nahehegender Gedanke, eine solche
Anordnung in. Verbindung mit einem von einem Rotationswassermesser mit Kontaktvorrichtung
gesteuerten Zeitrelais zu benutzen. Würde man aber bei der oben beschriebenen, mit
Elektrolytzähler arbeitenden Meßanordnung an Stelle des Elektrolytzählers einen
Motorzähler verwenden, so ergäbe sich folgender Vorgang: Nach Beginn des vom Zeitrelais
abgegebenen Stromimpulses kann der Motorzähler infolge der Trägheit des beweglichen
Systems (Umlaufen der Ankerscheibe) nicht sofort die der jeweiligen Stromstärke,
d. h. die der jeweiligen Temperaturdifferenz; entsprechende Geschwindigkeit erlangen,
sondern läuft allmählich an. Hört der vom Zeitrelais abgegebene Stromimpuls wieder
auf, so bleibt der Motorzähler umgekehrt nicht sofort stehen, sondern wird wieder
infolge der Trägheit des beweglichen Systems erst allmählich auslaufen. Der hier
gekennzeichnete Vorgang des An- und Auslaufens macht sich natürlich für die vorliegenden
Zwecke außerordentlich störend bemerkbar, da die Zählung durch die teilweise zu
geringe bzw. teilweise zu große Geschwindigkeit der Scheibe beim Ein- und Ausschalten
des Zählerstromkreises durch das Zeitrelais störend beeinflußt wird.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf ein neues sehr zweckmäßiges Mittel,
um bei einem Wärmemengenzähler mit Motorzähler und Zeitrelais den oben gekennzeichneten,
für die Messung ungünstigen Vorgang des An- und Auslaufens des beweglichen Systems
grundsätzlich zu vermeiden. Die Erfindung besteht darin, daß der in an sich bekannter
Weise als Meßgerät dienende, zweckmäßig spannungsunabhängige-Motorzähler mit seinem
Zählwerk durch eine Kupplungsvorrichtung verbunden ist, die von der Kontaktvorrichtung
des Mengenmessers in bekannter Weise periodisch betätigt wird. Bei der Erfindung
wird also in der Weise gearbeitet, daß das zur Zählung benutzte Zahlenrollenzählwerk
nicht dauernd, sondern periodisch mit -der umlaufenden Systemscheibe des Motorzählers
gekuppelt wird. Die Systemscheibe des Motorzählers rotiert dauernd, d. h. ohne An-
und Auslaufen, mit einer Geschwindigkeit, die der Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur
proportional ist, während die Häufigkeit des Kupplungsvorgangs der Wassermenge proportional
ist. Die Bewegung der Systemscheibe des Motorzählers wird also von der Flüssigkeitsmenge,
d. h. vom Wassermesser, überhaupt nicht beeinflußt. Die periodische Kupplung des
Zahlenrollenzählwerks mit der Systemscheibe läßt sich praktisch in einfachster Weise
ausführen, und zwar in der Weise, daß die Zeitdauer der einzelnen Kupplungsvorgänge
stets konstant ist, wie es durch das bekannte Meßprinzip gefordert wird.
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Beispielsweise kann man auf dem Triebeisen des zweckmäßig spannungsunabhängigen
Motorzählers eine Differentialschaltung vorsehen, in welche die zur Messung der
Temperaturdifferenz dienenden Widerstandsthermometer eingeschaltet sind. Diese Schaltung
gehört jedoch nicht mit zum Gegenstand der Erfindung. ' Die beiliegende Abbildung
zeigt ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes in schematischer Darstellung. Es wird
hier ein spannungsunabhängiger Induktionszähler benutzt, der über einen Schutztransformator
direkt an das Wechselstromnetz angeschlossen wird. Der durch die Spule S des Elektromagneten
N fließende Strom fs erzeugt den durch die Aluminiumscheibe A tretenden Fluß
ON. Zwei Spulen S1 und S2 mit gleicher Windungszahl, die als Differentialspulen
geschaltet. sind, magnetisieren infolge der in ihnen fließenden Ströme J1 und J2
den Elektromagneten N entgegengesetzt. Der durch die Scheibe A tretende Fluß (_il
dieses Elektromagneten ist somit dem geometrische. Unterschied der Ströme
1, und J, proportional. Das im Vorlauf liegende Widerstandsthermometer r1
(Vorlauftemperatur t1), die Spule S, und ein Abgleichwiderstand R1
sind
hintereinandergeschaltet, während das Widerstandsthermometer y2 (Rücklauftemperatur
12) mit der Spule S2 und einem Abgleichwiderstand R2 in Reihe geschaltet ist. Durch
diese Differentialstromverzweigung fließt der der geometrischen Summe von J, und
J2 entsprechende Strom J; sie liegt mit dem Vorwiderstand RV parallel zur Spule
S und an der Sekundärspule des Schutztransformators T (Meßspannung E), dessen Primärspule
an das als Meßstromquelle dienende Wechselstromnetz angeschlossen ist.
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Die Schnecke a der Scheibenachse ist mit dem Zahnrad b und das Zahlenrollenzählwerk
Z mit dem Zahnrad d dauernd gekuppelt. Das zwischen b und d eingeschaltete Zahnrad
c kommt in Eingriff, wenn der Anker g des Hebels e nach oben gezogen wird. Dies
tritt ein, sobald durch die Spule SZ über den Kontakt KZ der Strom JZ fließt.
Ist der Strom JZ unterbrochen, so zieht eine Feder f den Anker g nach unten, und
der Eingriff von c mit b und d
und damit die Kupplung zwischen A und
Z werden gelöst.
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Zum Messen der Wassermenge dient ein in den Rücklauf eingebauter Rotationswassermesser
W (z. B. Woltmannwassermesser). Dieser ist mit einer Kontaktvorrichtung K,1# versehen,
die während einer Drehung des Wassermessers den Erregerstrom J,1, der Relaisspule
Siiabwechselnd ein- und ausschaltet. Bei der höchsten Drehzahl des Wassermessers,
d. h. der größten Wassermenge, wird der KontaktKTjregelmäßig alle 15 Sekunden
kurzzeitig, a. B. 2 Sekunden lang, geschlossen -und hierdurch die Spule SZ erregt.
Diese Spule und die Kontakte KZ sind Bestandteile eines Zeitrelais P, das die Kontakte
KZ für eine ganz bestimmte Zeit, z. B. genau zo Sekunden, schließt. Außerdem ist
das Zeitrelais P so eingerichtet, daß bei Stillstand des Wassermessers und etwaigem
Dauerkontakt bei KW die Kontakte KZ nur ein einziges Mal ro Sekunden lang
ansprechen.
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Bei einem nach der Abbildung geschalteten Induktionszähler ist die
Scheibendrehzahl dem Temperaturunterschied zwischen Vor- und Rücklauf proportional
und von der Meßspannung unabhängig.