NO123008B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved og innretning til måling av varmemengder.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved og en innretning til måling av den av et strømmende medium avgitte varmemengde.

De hittil kjente, industrielt fremstillede

varmemåleapparater og -målemetoder som ligger til grunn for disse måleapparater, er i de fleste tilfelle utilfredsstillende på grunn av målefeil eller uforholdsmessig

høye fremstillingsomkostninger hvis måle-nøyaktigheten er tilfredsstillende stor. Den måle-unøyaktighet som hefter ved de fleste kjente innretninger, beror først og fremst på at det i disse apparater i alminnelighet bare er den opptredende temperaturdiffe-rens som multipliseres med mengden av passert varmemedium, men ingen kalorimetrisk måling.

Oppfinnelsen tar sikte på å skaffe en billig varmemengdeteller som måler nøy-aktig og frem for alt kan justeres, og som på grunn av sin enkle konstruksjon er egnet til å dekke det store behov som først og fremst er tilstede for boligblokker for beregning av varmeforbruket.

Oppfinnelsen utmerker seg ved at det fra det varmebærende strømningsmiddel,

efter at dette har avgitt den varmemengde som skal måles, avgrenes en delstrøm som er proporsjonal med den totale strøm og stadig oppvarmes til den ved innløpet (tur-løpet) herskende temperatur, idet den varmemengde som tilføres delstrømmen, måles kalorimetrisk som proporsjonal størrelse av den totalt avgitte varmemengde. Fortrinsvis foregår gjenoppvarmningen av den avgrenede delstrøm over en varmeutveksler

som er innsatt i et kalorimeter, hvis væskefylling ved målbar oppvarmning innreguleres til innløpets temperatur. Ved anven-delse av elektrisk oppvarming kan det for-brukte elektriske arbeide måles ved hjelp av en vanlig motorteller (kWh-måler). Innretningen til fremgangsmåtens utfør-else utmerker seg ved at der i en kalori-meterbeholder er anordnet en varmeutveksler som passeres av en delstrøm av det varmebærende strømningsmiddel efter dettes varmeavgivelse, hvilken kalorimeter-beholders væskefylling vd hjelp av en temperaturavhengig, regulert hetemotstand holdes på innløpets temperatur, idet der til indikering av den i hetekretsen avgitte elektriske varme er anordnet et wattmetrisk indikeringsinstrument. Til temperaturavhengig regulering kan anvendes en brokopling som i to brogrener inneholder et elektrisk kopleelement som gjengir inn-løpets temperatur • og kalorimetervæsketemperaturen, og i nullgrenen et relé som ved bro-usymmetri bevirker innkopling av hetemo tstanden.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av følgende beskrivelse av teg-ningen, hvor fig. 1 viser et koplingsskjerna og fig. 2 et forklarende diagram.

Varmemåleren ifølge oppfinnelsen ar-beider efter prinsippet for den måleteknisk sett nøyaktig bestembare elektriske varmeekvivalent og måler varmeforbruket i et oppvarmningsanlegg på basis av en nøy-aktig definert delstrøm av den totale strøm av varmemediet til det oppvarmingsanlegg som skal kontrolleres. Den i det følgende beskrevne varmemeirgdemåler består i det vesentlige av en målestrekning, et utveks-lings-kalbrimeter, en temperaturregulator og en vekselstrømmåler.

Den egentlige målestrekning 1 kan med hensyn til tverrsnittet tilpasses dimensjo-nene av oppvarmingsanleggets returløps-rør og slipes inn i dette returløpsrør. Den i shunt til målestrekningen anordnede varmeutveksler 2 med innløp 3 og utløp 3' er anordnet slik at en proporsjonal mengde av hovedstrømmen av varmemedium tas ut i midten av strømmen. Da vil gjennom-løpsmengdene avgrenes nøyaktig propor-sjonalt med fjerde potens av radiene efter Hagen-Poiseuill's lov under hensyntagen til strømningsmotstandene. Dette således gitte delingstverrsnitt gjelder for vilkårlige gjennomløpsmengder forutsatt at strøm-ningen er laminær. For å kompensere for fremstillingstoleranser kan man for nøy-aktig å fastlegge delingsforholdet før måleapparatet settes i drift bestemme dette forhold ved kalibrering.

Varmeutveksleren 2 som er innpasset i målestrekningen består fortrinnsvis av tynnveggede kobberrør som er bifilart opp-viklet i. form av en skruevikling for å unn-gå termisk avhengige sirkulasjonsprosesser. Denne varmeutveksler 2 er innsatt i et ut-vekslingskalorimeter som består av en iso-lert beholder 4 med en væskefylling 5 og som fortrinsvis er utformet som et Dewars kar. Fyllingen 5 består fortrinsvis av olje som ved hjelp av en elektrisk motstand 6 til stadighet, som forklart nærmere i det følgende, holdes på en temperatur som tilsvarer innløpstemperaturen av det strøm-ningsmedium som skal måles med hensyn til varmeavgivelse. Hele måleapparatet for-synes med strøm fra et vanlig vekselstrøm-nett som tilkoples over klemmene 7 og 8. Den ene forbindelsesledning for motstanden 6 er ført direkte til klemmen 8 og den annen til klemmen 9 over en relékontakt-anordning 9 og strømspolen 10 i en veksel-strømme tor-måler 11. Kontaktanordnin-gen 9 styres av reléspolen 12 på en slik måte at hele nettspenningen kommer til virkning over - motstanden 6 når reléet er magnetisert. Da strømmen gjennom motstanden 6 også passerer strømspolen 10, kan måleren 11 levere en nøyaktig wattmetrisk indikering av det elektriske arbeide som i form av elektrisk varme tilføres kalorimeteret og dermed målestrekningen 1, 3.

Motstanden 6 er slik dimensjonert at den også kan dekke og jevne ut det av varmeutveksleren 2 betingede energitap i kalorimeteret selv ved de største varmeener-gidifferanser. Motstanden 6 er fortrinsvis utført konsentrisk, slik at den bare opptar liten plass i oljebadet 5 og som følge av den opptredende termostrømning mellom hetetråden og oljen bevirker en god hvir-veldannelse og dermed en hurtig utjevning av temperaturen i kalorimeterbadet.

For å sikre at temperaturen i kalorimeteret samt temperaturen av det strøm-ningsmiddel som strømmer ut over led-ningen 3', skal holde seg nøyaktig på inn-løps- eller turvannets temperatur, er der anordnet en termoregulator som i en brokopling på den ene side tar turvannets temperatur og på den annen side temperaturen i kalorimeterets oljebad i betrakt-ning. Ved den på fig. 1 viste reguleringsan-ordning anvendes en likestrømbro, i hvilken to temperaturavhengige motstander 13 og 14 sammenlignes med hinannen. Motstanden 13 er, som antydet med prikkede linjer, anbragt innenfor en kappe som om-slutter innløps- eller turrøret 15, slik at motstandens ohmske verdi vil være en funksjon av turvannets temperatur. Motstanden 13 ligger hensiktsmessig i parafin og er omgitt av en hylse av gummi, synte-tisk gummi, polyvinylklorid eller lignende. Motstanden kan imidlertid, også være inn-lagt i en dykkhylse i turløpsrøret. Parafiri-fyllingen som vil holde seg flytende som følge av varmens virkning, tjener da både som varmeoverføringsmedium og samtidig som elektrisk isolasjon.

På liknende måte som motstanden 13 forandrer også bromotstanden 14 seg avhengig av temperaturen, og da den befin-ner seg i kalorimeteret, avhengig av olje-fyllingens 5 temperatur.

De to motstander 13 og 14 er slik dimensjonert at der ved samme temperatur i innløpsrøret og i kalorimeterbeholderen hersker brolikevekt og strømmen i nullgrenen følgelig vil være null. Hvis der imidlertid oppstår en mindre temperatur i kalorimeterbeholderen enn i innløpsrøret, vil der fåes en likevektsstrøm som passerer gjennom broens nullgren og påvirker reléet 12, slik at motstanden 6 blir innkoplet.

For de temperaturavhengige motstander 13 og 14 velges hensiktsmessig såkalte «NTC-motstander», dvs. termostyremot-stander som allerede ved meget små tem-peraturforandringer er gjenstand for store motstandsforandringer. Temperaturkoeffi-sienten ligger praktisk talt en tier-potens høyere enn ved normale motstander og forandrer seg vanligvis ikke-lineært propor-sjonalt med temperaturen. Som følge av den store temperaturkoeffisient spiller den ikke lineære avhengighet imidlertid mindre i rolle, da det i foreliggende tilfelle dreier t seg om én praktisk talt på- og avstyring. ] Ved valg av NTC-motstander med liten var- s mekapasitet foreligger også en mulighet i for treghetsfri regulering. c

Den ovenfor nevnte bro består enn- s videre av to faste motstander 16 og 17 og et i potensiometer 18 hvis uttak 19, som tjener 1 kalibrerings- og justeringsformål, sammen c med forbindelsespunktet mellom de to motstander 13 og 14 danner tilkoplingene for broens nullgren. ]

For å oppnå større kopleydelser er der ] i nullgrenen innskutt en transistor, hvis ba- 1 sis er forbundet med forbindelsespunktet mellom de to motstander 13 og 14, og hvis ] emitter er forbundet med potensiometerut- 1 taket 15. Kopleydelsen kan, som vist, uttas fra et spenningshjørne på broen og transi- ] storens kollektor over ledningene 21 og 22 1 og tilføres reléspolen 12 direkte. Ved hjelp i av en transistor, f. eks. type OC 72 eller : OC 76 fra firmaet Valvo, kan man f. eks. : ved en brokopling på ca. 30 V oppnå en i hundre gangers effektforsterkning. Ved en måleanordning utført i henhold til oppfinnelsen ble i dette tilfelle målt en kollek-torstrøm på ca. 2 mA som ved innkopling av reléet øket til ca. 3 mA. Transistorens arbeidspunkt velges ved tilsvarende dimen-sjonering av bromotstandene 16, 17 og 18 i som ved den utførte kopling ble valgt til henholdsvis 200, 300 og 200 Ohm. Hver gang reléets 12 anker 23 trekkes til, blir, som , allerede nevnt, hetestrømkretsen for motstanden 6 forbundet direkte med nettet over kontaktene 9. Den ovenfor nevnte re-gulators reaksjonsfølsomhet kan ifølge foretatte forsøk bli så stor som ± 0,2° C. Kondensatoren 24, som er koplet parallelt med reléspolen 12, tjener til å gi reléet en mindre avmagnetiseringstreghet.

Brokoplingen mates fra vekselstrøm-nettet over klemmene 7 og 8 og en trans-formator hvis sekundærside er tilkoplet to motstående hjørner av en to-veis likeretter 26: En kondensator 27 som er koplet over broens spenningshjørner, tjener til videre utjevning av spenningen. For å spare en særskilt matetransformator for broen kan vekselstrømmålerens 11 spenningsspole 28, som vist på fig. 1, anvendes som primærvikling for sekundærviklingen 25.

Da uttaket av varme i kalorimeteret som følge av gjennomstrømningen av en delstrøm av strømningsmediet i varmean-leggets returledning fysikalsk betraktet står i et direkte forhold til det elektrisk tilførte og av kWh-måleren , målte elektriske arbeide, kan måleren kalibreres direkte i kgcal ved hjelp av det ved den elektriske varmeekvivalent gitte forhold på 1000 : 865. Da måleren ved den valgte måleanordning alltid kan arbeide på sitt nomi-nelle belastningspunkt, f. eks. mellom 0,1 og 1,0 A, vil det være særlig hensiktsmessig å gi måleren en forenklet utførelse, da man uten videre kan renonsere på spesielle korreksjonsmuligheter for små belastninger og for faseforskyvning. På lignende måte vil der ikke oppstå noen igangsetnings- eller overspenningsproblemer. I en slik spesial-måler kan der da også innmonteres ytter-ligere kopleelementer, såsom f. eks. hele brokoplingen inkl. dennes spenningskilde, slik at man bare behøver å anordne kalorimeteret med målestrekningen og turløps-temperatur-føleren særskilt.

Det på fig. 2 viste diagram angir tem-peraturforløpet i kalorimeteret 4, 5. Her be-tyr t,' turløpstemperaturen i røret 15, t," oljebadets 5 temperatur som tilsvarer tur-løpstemperaturen, t2' returløpstemperatu-ren i røret 1 foran varmeutveksleren og t2" returløpstemperaturen i røret 3 bak varmeutveksleren.

Av ovenstående fremgår det at oppfinnelsen går ut på en fysikalsk sett rik-tig arbeidende og dermed også justerbar måte til å bestemme og måle et varmefor-bruk. Oppfinnelsen går det mulig å skaffe en varmemengdemåler som er vesentlig billigere enn alle hittil kjente måleinnret-ninger av denne art og som kan brukes som fjernvarmemåler for bestemmelse av varmeforbruket i sentraloppvarmede bo-liger.

Den oppfinnelsestanke som er beskre-vet ovenfor under henvisning til en spesiell uftørelse, kan forandres på mange måter. Således kan hele strømforsyningen til måleapparatet uttas fra et likestrømsnett eller et batteri, og der foreligger også for innregulering av temperaturen i det indre av kalorimeterkaret et stort antall mulig-heter, og man kan f. eks. til samme for-mål anvende termoelementer med tilsvarende konstruerte rørforsterkere.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte ved måling av den av et strømningsmiddel avgitte varemengde karakterisert ved at der fra det varmebærende strømningsmiddel, etter at dette har avgitt den varmemengde som skal måles, avgrenes en delstrøm som er proporsjonal med den totale strøm og stadig oppvarmes til den ved innløpet (turløpet) herskende temperatur, idet den varmemengde som til-føres delstrømmen, måles kalorimetrisk

som proporsjonal størrelse av den totalt avgitte varemengde.

2. Fremgangsmåten ifølge påstand 1, karakterisert ved at gjenoppvarmningen av den avgrenede delstrøm foregår over en varmeutveksler som er innsatt i et kalorimeter, hvis væskefylling ved målbar oppvarmning innreguleres til innløpets temperatur.

3. Fremgangsmåte ifølge påstandene 1 og 2, karakterisert ved at gjenoppvarmningen foregår med en elektrisk hetemotstand, hvis forbruk måles i elektrisk arbeide.

4. Fremgangsmåte ifølge påstand 3, karakterisert ved at strømtilførselen til den elektriske hetemotstand reguleres i avhengighet av forskjellen mellom den avgrenede delstrøms temperatur og innløpets temperatur.

5. Varmemåleinnretning til utførelse av fremgangsmåten ifølge påstandene 1—4, karakterisert ved at der i en kalorimeterbe-holder (4) er anordnet en varmeutveksler (2) som passeres av en delstrøm av det varmebærende strømningsmiddel etter dettes varmeavgivelse, hvilken kalorimeter-beholders væskefylling (5) ved hjelp av en temperaturavhengig, regulert hetemotstand (6) holdes på innløpets temperatur (t,-), idet dertil indikering av den i hetekretsen avgitte elektriske varme er anordnet et wattmetrisk indikeringsinstrument (11).

6. Innretning ifølge påstand 5, karakterisert ved at varmeutveksleren er utført som en tynnvegget kobberrørsvikling.

7. Innretning ifølge påstand 6, karakterisert ved at varmeutveksleren er utført som bifilar rørvikling.

8. Innretning ifølge påstandene 5 og 7, karakterisert ved at der til temperaturavhengig regulering er anordnet en brokopling (13, 14, 16, 17), som i to brogrener inneholder et elektrisk kopleelement (13, 14) som gjengir innløpets temperatur (t/) og kalorimetervæsketemperaturen (t/'), og i nullgrenen et relé (12) som ved bro-usymmetri bevirker innkopling av hetemotstan-den (6).

9. Innretning ifølge påstand 8, karakterisert ved at broens temperaturfølsomme kopleelementer er dannet av temperaturavhengige motstander (13, 14), særlig av NTC-ledd som stikker ned i strømnings- midlet ved forløpet (15), henholdsvis i ka-lorimetervæsken (5).

10. Innretning ifølge påstandene 8 og } J, karakterisert ved at reléet (12) er forbundet med broens nullhjørner over et for-sterkerelement (20), særlig en transistor.

11. Innretning ifølge påstandene 8—10, karakterisert ved at koplereléet (12) for oppvarmningsmotstanden (6) er tilkoplet det ene spennings-hjørne av broen og en transistors (20) koHektor, hvilken transistors basis og emittor er forbundet med broens nullhjørner.

12. Innretning ifølge påstandene 8—11, karakterisert véd at det koplerelé som magnetiseres i broens nullgren, avmagne-tiseres langsomt.

13. Innretning ifølge påstandene 8—12, karakterisert ved at den ene tilkopling (19) for broens nullgren er utformet som uttak på et potensiometer (18) for justering av måleinnretningen, hvilket potensiometer er innkoplet mellom de tilsvarende to na-bogrener (16, 17).

14. Innretning ifølge påstandene 5—13, karakterisert ved at der som wattmetrisk indikeringsinstrument anvendes en motorteller (11).

15. Innretning ifølge påstandene 5—14, karakterisert ved at opphetningsmotstan-den (6) mates med vekselstrøm og at dens strømforbruk måles med en vekselstrøm-teller (11), hvis strømspole (10) er anordnet i hetekretsen.

16. Innretning ifølge påstandene 8— 15, karakterisert ved at brospenningen uttas fra en transformators sekundærvikling (25) over en likeretter (26), hvilken transformators primærvikling er dannet av en vekselstrømmotortellers (11) spenningsspole (28).

17. Innretning ifølge påstand 16, karakterisert ved at en tørrlikeretter (26) i toveis-kopling tjener til likeretting av brospenningen.

18. Innretning ifølge påstand 5—17, karakterisert ved at kalorimeterets (4, 5) heteelement (6) er konsentrert på et for-holdsvis lite rom for å oppnå en turbulens og god varmeoverføring i kalorimetervæs-ken.