DE645074C

DE645074C - Waermemengenmesser fuer stroemende Medien, insbesondere Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE645074C
Application number: DEA63493D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Peter Conrad Hermann; Dr Joachim Pfaffenberger
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1931-09-23
Filing date: 1931-09-23
Publication date: 1937-05-21

Description

Für die Messung und Anzeige der Wärmemengen von Flüssigkeiten und anderen strömenden Medien sind verschiedene Anordnungen bekannt, bei denen auf die Anzeigevorrichtung die Durchflußmenge und die Temperatur gemeinsam mittels einer auf induktiver Wirkung beruhenden Einrichtung einwirken. Z. B. besteht eine bekannte Einrichtung darin, daß eine Spannung induziert

ίο wird, deren Größe der Durchflußmenge proportional ist, und daß diese Spannung auf einen Widerstand einwirkt, der in Abhängigkeit von der Temperatur verändert wird. Auf diese Weise kann das Produkt aus Durchflußmenge und Temperatur gebildet werden.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung zur Anzeige der Wärmemenge ist ein kleiner Generator vorhanden, dessen Drehzahl der Durchflußmenge entspricht, und bei der die erregende Stromstärke, z. B. durch Verwendung von Thermoelementen, der Temperatur entsprechend eingestellt wird. Bei einer weiteren auf Induktionswirkung beruhenden Einrichtung zur Anzeige der Wärmemenge sind zwei Wechselstrommagnetsysteme mit Primär- und Sekundärspulen vorhanden, die einen beweglichen Eisenkern einschließen. Die Stellung der Eisenkerne hängt dabei von der Durchflußmenge bzw. der Temperatur ab.

Die Sekundärspannung der in Reihe geschalteten Magnetsysteme, die dem Instrument zugeführt wird, gibt dabei ein Maß für die Wärmemenge.

Die bekannten Einrichtungen sind verhältnismäßig umständlich und benötigen einen großen Apparateaufwand, der sich vermindern läßt. Die erfindungsgemäße Einrichtung unterscheidet sich von den bekannten Einrichtungen zur Anzeige der Wärmemenge, bei denen die Bildung des Produktes aus Menge und Temperaturdifferenz durch eine magnetelektrische Vorrichtung geschieht, wobei die Menge des strömenden Mittels die zur induktiven Wirkung erforderliche, dem Durchsatz proportionale Bewegung erzeugt dadurch, daß der Kraftlinienpfad der magnetelektrischen Vorrichtung ganz oder teilweise aus einem magnetischen Material mit temperaturabhängiger Permeabilität besteht. In diesem Unterschied 'besteht die Erfindung.

Die Verwendung derartiger Materialien für auf Induktionswirkung beruhende Einrichtungen zur Anzeige der Wärmemenge ergibt einen besonders einfachen Aufbau. Insbesondere soll als Material temperaturabhängiger Permeabilität eine magnetische Legierung mit negativem Temperaturkoeffizienten der Permeabilität Verwendung finden. Von besonderem Vorteil ist es, wenn zur Vermeidung

"') Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dr. Joachim Pfaffenberger in B erlin-Licht er fei de und Dr.-Ing. Peter Conrad Hermann in Berlin-Zehlendorf'.

einer Durchführung des der Strömung ausgesetzten Gliedes durch den Strömungskanal in an sich bekannter Weise der Felderzeuger innerhalb des Strömungskanals angeordnet ist und die wenigstens teilweise aus einem Material temperaturabhängiger Permeabilität bestehenden Joche mit Induktionsspulen außerhalb des Strömungskanals liegen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.

Abb. ι zeigt eine gemäß der Erfindung

ausgebildete Einrichtung zur Anzeige der Wärmemenge.

Abb. 2 und 3 lassen Einzelheiten dieser Einrichtung deutlicher erkennen.

Abb. 4 bis 6 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das vorzugsweise zur Warmwassermessung dient.

Mit α ist ein Rohr bezeichnet, das von ao dem strömenden Medium, dessen Wärmemenge angezeigt werden soll, durchflossen wird. Innerhalb des Rohres ist ein Schwimmkörper oder ein Flügelrad b, c angeordnet. Mit dem Flügelrad c ist ein stabf örmiger Magnet d verbunden, der als Felderzeuger dient, e und / sind vorzugsweise feststehende Leitkörper, die gegebenenfalls auch in Form von Leitschaufeln ausgebildet sein können. Außerhalb des das zu messende Medium führenden Rohres« ist ein Eisenkerng angeordnet, der eine Wicklung Λ trägt. Bei der Drehung des Flügelrades c wird durch den permanenten Magneten d in der Wicklung h eine Spannung induziert, deren Größe der Umlaufgeschwindigkeit des Flügelrades und damit der Geschwindigkeit oder der Menge der zu messenden Flüssigkeit proportional ist. Um eine temperaturabhängige Anzeige zu erhalten, ist der Kraftlinienpfad wenigstens teilweise aus einem Material temperaturabhängiger Permeabilität aufgebaut, so daß der mit der Wicklung h verkettete Fluß auch von der Temperatur abhängig ist. Dies kann beispielsweise folgendermaßen geschehen: Das Rohr«, in dem sich das drehende Magnetsystem befindet, wird aus einer ferromagnetischen Legierung hergestellt, die so gewählt ist, daß bei einer gegebenen Temperatur ein bestimmter Teil des Gesamtflusses abgeschirmt wird und mit steigender Temperatur des strömenden Mediums die Schirmwirkung stark sinkt, so daß der die Spule durchsetzende Fluß proportional mit der Temperatur ansteigt. Vorzugsweise sollen hierfür bekannte Legierungen verwendet werden, deren Curiepunkt an der oberen Grenze des gewählten Meßbereiches liegt, also 2. B. im Falle des heißen Wassers Fe-Ni-Legierungen mit 25 bis 330/0 Ni und Fe-Ni-Cu-Legierungen mit vorzugsweise 55 bis 70 0/0 Ni, 1,5 bis 2,50/0 Fe, 40 bis 3ο0/0 Cu.

Die in der Spule h erzeugte Spannung kann ohne weiteres mit einem Zähler/ gemessen werden und ergibt dann ein Maß für die den Strömungskanal durchsetzende Wärmemenge. Soll die pro Zeiteinheit vorhandene Wärmemenge bzw. der Wärmedurchfluß angezeigt werden, so kann an Stelle des Zählers/ ein Spannungsmesser benutzt werden. Zweckmäßig verwendet man für die Messung der in der Wicklung h induktiv erzeugten Wechselstromgrößen ein Gleichstrominstrument, dem mittels eines Gleichrichters, z. B. Trockengleichrichters (Kupfer-Oxydul, Selen) oder Röhrengleichrichters eine der Wechselspannung proportionale Gleichspannung zugeführt wird. An Stelle der ruhenden Gleichrichter kann auch ein von dem rotierenden Organ angetriebenes, evtl. im Vakuum arbeitendes Magnetrelais verwendet werden, das entweder eine Halbwelle unterdrückt oder den Strom wendet. In Abb. 2 und 3 ist ein Magnetrelais eingezeichnet, dessen Anker k von dem umlaufenden Magneten d beeinflußt wird. Durch die dabei vom Anker k ausgeführten Schwingbewegungen wird abwechselnd über Kontaktfedern ν der in der Spule / erzeugte Meßstrom auf den Zähler / übertragen. Bei der praktischen Ausführung wird folgendermaßen verfahren: Für hohe Durchsätze wird ein Woltmanflügel mit einem Magnetstab versehen bzw. ein Flügel aus Magnetstahl selbst gebildet. Um bei kleinen Wassermengen eine zuverlässige Zählung zu erhalten, muß bekanntb'ch besonderer Wert auf Verringerung der mechanischen Reibung und auf kleinen Durchlaßquerschnitt am Flügelrad gelegt werden, damit die Proportionalität zwischen Wassergeschwindigkeit und Umdrehungszahl gewahrt bleibt. Das Magnetsystem (Abb. 1) wird daher als Schwimmer & ausgebildet, dessen Auftrieb gleich seinem Gewicht ist, und der gegenüber der Wandung einen der kleinsten Wassermenge angepaßten Querschnitt frei läßt, in dem die Flügel c untergebracht sind.

Die Form des Schwimmers richtet sich nach der günstigsten Form des einzubauenden Magneten d. Für Magnete von etwa 100 g Gewicht ergab sich für hochprozentigen Kobaltstahl eine günstigste Länge von 4 cm, für Wolframstahl von 7 cm. Dieser Länge ntspricht dann die Höhe des Schwimmers. Die Größe des Magneten bei gegebenem Spulenvolumen ist dadurch bestimmt, daß eine gewisse kleinste Spannungsamplitude zu inem sicheren Betrieb erreicht wird. Die Spannungsamplitude ist dabei proportional der Umdrehungszahl. Für großen Durchsatz kann man dann die Magneten entsprechend iao kleiner nehmen, so daß der Schwimmerkörper selbst aus dem temperaturabhängigen

ferromagnetischen Stoff gebildet werden kann. Andererseits kann ein Schirm zwischen Magnet und Spule geschaltet werden, wobei auch das Rohr selbst als Schirm dienen kann. Die Abmessungen und die Legierungen selbst sind so auszuwählen, daß bei einer bestimmten unteren Temperatur der gesamte Fluß von dem Schirm aufgenommen wird. Handelt es sich um die Messung von Heißwasserabgabe, ίο so kann man die Anordnung so treffen, daß unterhalb einer zu bestimmenden Temperatur keine Anzeige bzw. Zählung erfolgt.

Zur Bestimmung der Wärmeabgabe an Heißwasserheizungen bedarf man eines variablen t5 Bezugspunktes, d.h. es muß die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf wasser multipliziert mit dem Durchsatz gemessen werden. Ein für Heißwasserheizungen bestimmter Wärmemengenmesser ist in Abb. 4 dargestellt.

Der Schwimmerkörper wird mit zwei Magneten ^₁ und d₂ versehen, die in astatischer Anordnung mit gewissem Abstand übereinander angeordnet sind. Die Flüsse dieser Magnete schließen sich außerhalb des Vorlaufwasserrohres in zwei Ringen m und ti aus ferromagnetischem Material mit temperaturabhängiger Permeabilität, erforderlichenfalls unter Zuhilfenahme von Polschuhen. Beide Ringe sind insgesamt in vier Sektoren geteilt, von denen je zwei gegenüberliegende durch thermische Kontaktstücke p_x bzw. p₂ mit dem Vorlauft und Kontaktstiickeq₁ bzw. q₂ mit dem Rücklauf/' in fester Berührung stehen (Abb. 5 und 6). Die Sektoren des Ringes m sind gegenüber den Sektoren des Ringes« um 90⁰ versetzt angeordnet, so daß die Kontaktstücke des einen Ringes, die vom Vorlaufrohr beeinflußt werden, über solchen des anderen Ringes liegen, die vom Rücklaufrohr beeinflußt werden. An zwei radial gegenüberliegenden Stellen A₁ und B₁ bzw. A₂ und B₂ zwischen zwei Sektoren sind die Ringe m und ti untereinander magnetisch kurzgeschlossen, und zwar durch Kurzschlußbrücken r, die wiederum in Abschnitte r_x und r₂ unterteilt sind und zwischen sich eine temperaturunabhängige Brücke in Gestalt eines Ringes s tragen. Auf dem Rings ist eine Spulet angeordnet. Die Anordnung der Spule t ist so getroffen, daß der über die Brücke fließende magnetische Fluß, wie er durch die Pfeile dargestellt ist, in jedem Fall einen Strom in der Spule t induziert, der durch ein Meßinstrument zur Anzeige gebracht wird. Das Instrument kann in Wassermenge oder Wärmemenge geeicht werden.

Die Konstruktion läuft also darauf hinaus, eine magnetische Wheatstonesche Brücke zu bilden. Vorausgesetzt, daß die Magnete gleiches Moment haben, ist bei gleicher Temperatur des Vor- und Rücklaufwassers keine Magnetisierung in der Brücke vorhanden. Wird der magnetische Abgleich durch eine Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf gestört, so gleicht sich die magnetomotorische Kraft durch die Brücke aus und gibt zu 'einer Wechselspannung an der Spule Anlaß. Diese Wechselspannung ist proportional dem Produkt aus Temperaturdifferenz und Umdrehungsgeschwindigkeit, d. h. Wassermenge.

In einem anderen Ausführ.ungsbeispiel für einen Heizungsmesser wird z. B. folgendermaßen verfahren. Ein proportional der Wassermienge sich drehender Felderzeuger ist von zwei außerhalb des Rohres liegenden magnetischen Schlüssen umgeben, die beide ganz oder teilweise aus einem magnetischen Material mit temperaturabhängiger Permeabilität bestehen. Diese Schlußjoche besitzen die Temperatur des Vor- bzw. Rücklaufwassers, in dem sie z. B. selbst als Rohre ausgebildet sind. Sie tragen Windungen, die gegeneinandergeschaltet sind. Bei gleicher Temperatur der Joche heben sich die induzierten Spannungen auf. Im anderen Falle ergibt sich eine Differenzspannung, die bei Wahl der genannten Legierungen proportional der Temperaturdifferenz ist. Da die Spannung außerdem der Umlaufgeschwindigkeit des Magneten und somit der Wassermenge proportional ist, ergibt sich eine Anzeige, die dem Produkt von 'Temperaturdifferenz und Wassermenge entspricht.

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmemengenmesser für strömende Medien, insbesondere für Flüssigkeiten, bei welchem die Bildung des Produktes aus Menge und Temperaturdifferenz durch eine magnetelektrische Vorrichtung geschieht, wobei die Menge des strömenden Mittels die zur induktiven Wirkung erforderliche, dem Durchsatz proportionale Bewegung erzeugt, und bei welchem, eine dem Produkt proportionale Spannung auf den Zähler geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftlinienpfad der magnetelektrischen Vorrichtung ganz oder no teilweise aus einem magnetischen Material mit temperaturabhängiger Permeabilität besteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine temperaturabhängige magnetische Legierung einen vorzugsweise ringförmig ausgebildeten magnetischen Nebenschluß zum Felderzeuger bildet.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschluß als Schirm zwischen Felderzeuger

und Induktionsspule dient und z.B. als ein zum Strömungskanal konzentrisch liegendes Rohr ausgebildet ist oder selbst den Strömungskanal bildet.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß eines oder mehrerer als Felderzeuger dienender Magnete mehrere ganz oder teilweise aus magnetischem Material mit temperaturabhängiger Permeabilität bestehende Joche durchläuft, die zum Teil die Temperatur des Vor- bzw. Rücklaufes haben.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß Joche mit temperaturabhängiger Permeabilität Wicklungen tragen und die Differenz der in den Wicklungen induzierten Spannungen gemessen wird, wobei mindestens je ein Joch auf der Temperatur des Vor- bzw. Rücklaufwassers gehalten wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als temperaturabhängige Legierung eine magnetische Legierung mit negativem Temperaturkoeffizienten der Permeabilität Verwendung findet.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiv erzeugten Wechselstromgrößen einem Gleichstrommeßgerät unter Zwischenschaltung von Gleichrichtern zugeführt werden.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichrichter ein von dem rotierenden Organ angetriebenes, evtl. im Vakuum arbeitendes Magnetrelais dient, das entweder eine Halbwelle unterdrückt oder den Strom wendet.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetrelais zum Zwecke der Eichung derart einstellbar ist, daß es bei verschiedener Phasenlage schaltet.

ι o. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung einer Durchführung wenigstens teilweise aus einem Material temperaturabhängiger Permeabilität bestehende Joche mit Induktionsspulen außerhalb des Strömungskanals und der Felderzeuger, insbesondere ein permanenter Magnet, im Strömungskanal angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen