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Mit Hilfsstromquelle arbeitender spannungsunabhängiger Wärmemengenmesser
Während bei elektrischen Meßgeräten und Meßverfahren zur Temperaturmessung der Einfluß
von Spannungsschwankungen in einfacher Weise beseitigt werden kann, bedingt bei
Einrichtungen zur Messung von Wärmemengen, die von einer Hilfsspannungsquelle Gebrauch
machen, die Kompensation der Spannungsschwankungen einen erheblichen Mehraufwand
von Apparaten. Bei bekannten Einrichtungen, die spannungsunabhängig sind, hat man
die. Spannungsabhängigkeit insbesondere dadurch beseitigt, daß man den Zähler selbst
gegen Spannungsschwankungen kompensierte. So ist z. B. die Bremskraft des Zählers
in gleichem Maße von den Spannungsschwankungen abhängig gemacht worden wie das treibende
System.. Bei einer anderen bekannten Anordnung wurde durch Einschaltung einer Eisendrahtlampe
oder einer anderen Regeleinrichtung die Spannungsabhängigkeit herabgesetzt. Diese
Anordnung ist jedoch nicht brauchbar, wenn wenigstens eine Meßgröße durch Impulse
dargestellt wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen mit Hilfsstromquelle arbeitenden
spannungsunabhängigen Wärmemengenmesser, bei welchem der Temperatur oder der Temperaturdifferenz
und der Menge proportionale elektrische Größen miteinander multipliziert werden,
von denen die eine Größe durch Impulse bestimmt ist, %velche z. B. von dem Mengenmesser
gegeben werden. Es soll also mindestens eine der in die Multiplikation eingehenden
Größen durch Impulse von der Meßgröße (Temperatur bzw. Menge) bestimmt sein. Die
Erfindung bezweckt, bei Geräten der beschriebenen Art den Einfluß von Spannungsschwankungen
der Hilfsstromquelle auszuschalten. Die Erfindung besteht darin, daß die Abhängigkeit
der nicht durch Impulse bestimmten, der Hilfsspannung proportionalen Größe von der
Hilfsspannung dadurch kompensiert ist, daß die Dauer der Impulse der impulsbestimmten
Größe mittels einer auf die Änderung der Hilfsspannung ansprechenden Regeleinrichtung
umgekehrt proportional der Hilfsspannung gemacht ist. Es hebt also die Einrichtung,
die die Impulsdauer einstellt, zugleich den EinfluB von Spannungsschwankungen der
Hilfsstromquelle auf. Die weiteren Merkmale der Erfindung sind im Zusammenhang mit
der Zeichnung näher erläutert, in welcher zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt sind. Abb. i zeigt einen Wärmemengenzähler unter Verwendung
seiner Brükkenschaltung für die Temperaturmessung. Abb. 2 zeigt eine Anordnung,
bei der die Brückeneinstellung durch ein besonderes Meßgerät und Fallbügelauslösung
vorgenommen wird. Abb.3 gibt den Stromverlauf in dem impulsabhängigen Stromkreis
wieder.
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In Abb. i ist mit i eine aus den Widerständen
2,
3, ¢ und 5 gebildete Brücke bezeichnet, in deren Brückenstromkreis als Wärmmengenzähler
eile Amperestundenzähler 6 liegt. Mit 7 ist eine Hilfsstromquelle bezeichnet, in
deren Stromkreis eine Kontaktvorrichtung 9 liegt, die von einem z. B. einem -Wassermesser,
entsprechend der Durchflußmenge gesteuert -wird. je nach der Umdrehungszahl des
Wassermessers wird der Kontakt 9 mehr oder weniger häufig geschlossen. In Reihe.mit
der Brücke liegt ein. Amperestundenzähler i o, der eine Kontaktvorrichtung i i steuert,
die ihrerseits in Wechselschaltung mit der Kontaktvorrichtung g angeordnet ist.
Zweckmäßig wird die Kontaktvorrichtung ii von dem Mengenrelais io über ein ins Langsame
übersetzendes Getriebe 12 angetrieben, so daß das Mengenrelais i a mehrere Umdrehungen
ausführen- muß, ehe die Kontaktvorrichtung i i eine einzige Umdrehung macht. Mit
dem Mengenrelais i o kann noch eine besondere -Anzeigevorrichtung 8; verbunden werden;
die zur Anzeige der Menge dient und deren Anzeige der Umdrehungszahl der Kontaktvorrichtung
9 und damit dem Wassermesser entspricht. Die Widerstände 2 und 3 sollen von der
Temperatur beeinflußt -werden, sei es dadurch, daß sie einen temperaturabhängigen
Widerstand besitzen und-uninittelbar an dem- Wärmeträger angeordnet werden, sei
es, daß sie durch. besondere Temperaturmeßgeräte eingestellt werden. Wenn es sich
um die Messung der Wärmemengen - von Warmwasseranlagen handelt, so wird man zweckmäßig
in bekannter Weise den - einen Widerstand entsprechend der Temperatur des Vorlaufwassers,
den anderen Widerstand ientsprechend der Temperatur des Rücklaufwassers beeinflussen.
Die Widerstände q. und 5 können entweder ebenfalls temperaturabhängig sein, es ist
aber auch möglich, hierfür temperaturunabhängige Widerstände zu benutzen.
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Bei der ;Anordnung nach Abb. 2 sind. die der Abb. i entsprechenden
Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Abb. i bezeichnet. Die in der Brückenschaltung
liegendenWiderstände 13, 14, 15 und 16 -werden bei dieser Anordnung von einem
Temperatur- oder Temperaturdifferenzgerät 17 eingestellt. Mit 18 ist der verstellbare
Abgriff bezeichnet, mit i 9 ein Fallbügel, dessen Betätigungsspule 2o'in Reihe mit
der Stromquelle 7 und dem Mengenrelais i o liegt. Das Instrument 17 kann ein Temperaturmeßgerät
beliebiger Art sein und beispielsweise auch an Thermoelemente angeschlossen sein,
wie dies bei Wärmemengenmessern üblich ist.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung soll zunächst unter
der Annahme erläutert werden, daß die Spannung der Hilfsstromquelle 7 und die Umdrehungszahl
des Kontaktes 8 konstant ist: In diesem Falke fließt ein Strom von der Hilfsstromquelle
7 über die Kontaktvorrichtung 9, die obere Leitung der Wechselschaltung, den Kontakt
i i des Mengenrelais io, die Brücke i zurück zu der Stromquelle 7. Infolgedessen
fließt auch durch den Amperestundenzähler 6 ein Strom, der diesem Strom und der
Differenz der Temperaturen der Widerstände 2 und 3 proportional ist. Der durch das
Mengenrelais i o fließende Strom sei dabei mit i bezeichnet. Nach einer bestimmten
Zeit bzw. seiner bestimmten Umdrehung des Mengenrelais wird der Stromkreis durch
die Kontaktvorrichtung i i an der Stelle i r' unterbrochen. Die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Mengenrelais io ist dabei derart zu wählen, daß bei der geringsten Spannung
der Stromquelle 7 der Kontakt i i unterbrochen ist, bevor der Impulskontakt 9 die
untere Leitung der Wechselschaltung berührt. Bei der Unterbrechung durch den Kontakt
i i hört die Zählung des Amperestundenzählers auf. Schließt nach Verbrauch einer
bestimmten Menge der Kontakt 9 den Stromkreis an der unteren Leitung der Wechselschaltung,
so fließt wiederum ein Strom durch das Mengenrelais i o und den Mengenzähler 6,
bis an der Kontaktvorrichtung i i der Stromkreis wieder unterbrochen -wird. Die
Gesamtanzeige des Zählers 6 ist auf diese Weise einmal der Temperatur bzw. Temperaturdifferenz
und zweitens der Häufigkeit der Impulsgabe bei 9 und damit der Wärmemenge proportional.
Dies ist jedoch bei Wärmemengenmessern an sich bekannt. Der Verlauf des Stromes
i ist in der Abb. 3 in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen. Zur Zeit h erfolgt
die Kontaktgabe durch - den Mengenzähler mit Hilfe der Kontaktvorrichtung 9. Dadurch
wird der Strom i eingeschaltet und zur Zeit 1z, wenn also eine bestimmte Strommenge
das Relais i o durchflossen hat, der Stromkreis unterbrochen. Bei der nächsten Kontaktgabe
t,' -wird der Stromkreis wieder geschlossen und bei 4' unterbrochen. Ändert sich
die Menge, so erfolgt die Kontaktgabe durch die Kontaktvorrichtung 9 langsamer,
also etwa zur Zeit 1i bzw. t4,. Die.strichpunktierte Linie gibt jeweils die
durchschnittliche- Menge an, so daß auch die Umdrehungszahl des Zählers i o unmittelbar
ein. Maß für die Durchflußmenge darstellt. Ändert sich die Spannung der Hilfsstromquelle
7, wird sie beispielsweise größer, so wird ein größerer Strom i1 durch das Mengenrelais
fließen und bereits zur Zeit t3 bzw. t3 durch die Kontaktvorrichtung i i der Stromkreis
unterbrochen. Da aber die Gesamtmenge durch das Mengenrelais lo in beiden Fällen
die gleiche ist, bleibt der Mittelwert
erhalten. Bei -Spannungserhöhung
wird die Drehzahl des Zählers 6 in. gleichem Maße steigen wie die des Mengenrelais
io. Da aber durch das Mengenrelais t o der Stromkreis früher unterbrochen wird,
ist die Gesamtumdrehung des Wärmemengenzählers 6 ebenfalls unabhängig von den Schwankungen
der Stromquelle 7, d. h. die Regeleinrichtung i o, die durch Einstellung der Impulsdauer
einen ihr proportionalen Strom einstellt, hebt gleichzeitig den Einfluß von Spannungsschwankungen
der Hilfsstromquelle in bezug auf den . Wärmemengenzähler 6 auf.
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An einem Zahlenbeispiel sollen die hier angegebenen Verhältnisse verdeutlicht
werden. Es.-sei angenommen,. daß durch die Kontaktvorrichtung 9 die obere Verbindungsleitung
zwischen den Kontaktgebern 9 und i i 40 Sek. lang verbunden und 6o Sek. lang getrennt
bleibt, - daß der Widerstand des gesamten Stromkreises infolge Temperaturschwankungen
zwischen ioo und 200 Ohm und die Spannung der Stromquelle 7 zwischen ¢ und 3 Volt
schwankt, während der Zähler io die Kontaktvorrichtung i i bei 15 mA in 3o-Sek.
um i8o° dreht.
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Es soll zunächst eine Periode von ioo-Sek. betrachtet werden, während
der eine Umdrehung der - Konfaktvorrichtung 9 erfolgt. Die. Spannung betrage 3 Volt
und der Widerstand der gesamten Anordnung` ioo Ohm.
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Zur Zeit o stellt die Kontaktvorrichtung 9 eine Stromverbindung zwischen
der Hilfsstromquelle 7 und der -oberen Verbindungsleitung her. Die Kontaktvorrichtung
i i steht so, daß der Kontakt der oberen Verbindungsleitung über die Kontaktvorrichtung
zur Brücke geschlossen ist. Infolgedessen beginnt der Zähler io zu laufen. Der durch
die Anordnung fließende Strom beträgt bei den beispielsweise angegebenen Werben
für Spannung und Widerstand 3o mA; demnach unterbricht der Zähler i o den Kontakt
i i nach 15 Sek., wenn nach einer Umdrehung um 18o° eine Kontaktunterbrechung
stattfindet. Nach einer Zeit von 40 Sek. unterbricht die Kontaktvorrichtung 9 den
Stromkreis, nach einer Zeit von 5o Sek. schaltet die Kontaktvorrichtung 9 auf die
andere Verbindungsleitung um, und der Zähler i o läuft wieder bis
zum Zeitablauf von 65 Sek., wobei die Zeiten stets von Null an gerechnet sind. Demnach
unterbricht die Kontaktvorrichtung i i wiederum den Stromkreis. Es ist also 2 X
15 Sek. lang ein Strom von 30 mA in die Brücke geflossen.
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Beträgt die Spannung ¢ Volt, der Widerstand ioo Ohm, so fließen-
in die Brücke 2 X 11, 2 5 Sek. lang 40 mA.
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Beträgt die Spannung 3 Volt, der Widerstand Zoo Ohm, so fließen in
die Brücke 2 X 3o Sek. lang i 5 mA. Beträgt die Spannung q. Volt, der fViderstand
Zoo Ohm, so fließen in die Brücke 2 X 22,5 Sek. lang 2o mA.
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Es ist demnach gleichgültig, welche Spannung im Stromkreise herrscht
und wie groß dessen Widerstand ist; denn wie sich aus der Nachrechnung ergibt, fließen
in die Brücke .während i oo Sek. stets goo mA/Sek.
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Bei der Einrichtung nach Abb. 2 wird, .sobald an dem Kontakt 9 eine
Kontaktgabe erfolgt, der Fallbügel i9 heruntergedrückt und bis zur Unterbrechung
am Kontakt i i in seiner Lage gehalten. In dieser Zeit fließt durch den Zähler 6
eine Strommenge, die der Einstellung der Widerstände 13 und i q. entspricht. Die
Anordnung nach Abb. 2 hat noch den besonderen Vorteil, daß der Fallbügel gleichzeitig
zur Registrierung der durch das Instrument-1 7 angezeigten Temperatur bzw. Temperaturdiierenz
benutzt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß bei ihr eine
besondere Spannungskompensation an dem Zähler nicht erforderlich ist; vielmehr können
handelsübliche Amperestundenzähler und bei kleineren Wärmemengen in bekannter Weise
Elektrolytzähler benutzt werden, welche man vielfach bei Wärmemengenmessern benutzte.
An Stelle der in der Zeichnung dargestellten Gleichstromamperestundenzähler können
mit Vorteil auch Gleichstromwattstundenzähler oder Wechselstromzähler Verwendung
finden. Zweckmäßig werden dabei für das Mengenrelais io und den Wärmemengenzähler
6 gleichartige Systeme verwendet,. damit nach einer Periode bei Unterbrechung des
Stromes durch das Relais io dieses wie auch der Zähler 6 eine entsprechende Fortschaltung
erfahren haben, so daß die Anlauf- und Auslauffehler sich herausheben. Bei Verwendung
von Wattstundenzählern werden die Spannungswicklungen an die ,gemeinsame Spannungsquelle
angeschlossen. Etwa vorhandene Temperaturfehler des MengenreIais und des' Zählers
fallen bei .der beschriebenen Anordnung fort,-weil Temperaturschwankungen das Verhältnis
der Drehzahlen der Systeme i o und 6 nicht beeinflussen.
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Um außer der Anzeige der Menge mit Hilfe des Zählwerks 8, der Wärmemenge
mit Hilfe des zu dem Zähler 6 gehörenden Zählwerks noch eine Anzeige der Temperatur
oder Temperaturdifferenz zu erhalten, kann an die Brückenwiderstände gleichzeitig.
ein Kreuzspulinstrument oder ein- anderes spannungsunabhängiges Temperaturmeßgerät
angeschlossen werden. Die beschriebene Einrichtung kann ohne weiteres zur Fernanzeige
benutzt werden. An Stelle einer Wärmemengenzählung kann der Gegenstand der Erfindung
auch- als Impulsgerät für eine Regelung benutzt
werden. In diesem
Falle wird z.. B. mit dem Wärmemengenzähler 6 eine nach Art eines Maximumzählers
mit periodischer Auslösung arbeitende Anzeigevorrichtung verbunden, die z. B. zur
Einstellung eines Mischventils dient. Die Einstellung erfolgt dann in Abhängigkeit
von dem zeitlichen Mittelwert der Wärmemengen. -Durch Zusammenschaltung der Kontakte
mehrerer 1\Zengenzähler kann mit der beschriebenen Einrichtung auch eine Summierung
von Wärmemengen mehrerer Abzweige einer Warmwasserleitung vorgenommen werden.
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Es sei noch erwähnt, daß durch das Stehenbleiben der Kontaktvorrichtung
an dein Mengenzähler eine Falschanzeige nicht herbeigeführt - wird, da das Mengenrelais
i o eine selbsttätige Unterbrechung des Stromkreises herbeiführt.