PL169455B1 - Sposób pomiaru gęstości strumienia ciepła oraz układ miernika gęstości strumienia ciepła - Google Patents

Abstract

1 Sposób pomiaru gęstości strumienia ciepła, z wykorzystaniem prądu ' grzania elementu odniesienia, znamienny tym, ze porównuje się sygnał wyjściowy czujnika kompensowanego grzaniempod wpływem przepływającego przez mego prądu elektrycznego z sygnałem wyjściowym czujnika mierzącego temperaturę płaszcza izolacji a wynik porównania kieruje się do detektora różnicy temperatur powodującego zmianę prądu grzania uzależnioną od poziomu temperatury płaszcza i wielkościróżnicy temperaturpomiędzy obydwoma wspomnianymi czujnikami, przy czym w momencie zrównania tych temperaturwstrzymuje siędalszyprzepływtego prądu orazprzeliczajego wartość na gęstość strumienia ciepła, po czym przesyła się ją do wskaźnika. 2 Układ miernika gęstości strumienia ciepła posiadający czujniki mierzące temperatury w wielu punktach, które są połączone z blokiem przetwarzania sygnałów, oraz wyświetlacz, znamienny tym, ze wyjście czujnika mierzącego temperaturę płaszcza izolacji połączone jest z jednym z wejść głównego sumatora (11), którego drugie wejście połączone jest z wyjściem czujnika kompensowanego, natomiast wyjście sumatora głównego jest połączone poprzez detektor zera (12) z wejściem sygnałowym sterownika (13), którego wyjścia sterujące połączone są z wejściami sterującymi zespołu grzewczo-chłodzącego (4 i 5) i wejściem sygnałowym przetwornika (14) analogowo-cyfrowego, którego wyjście sygnałowe połączone jest poprzez przetwornik (15) główny z pierwszym wejściem przełącznika (7), którego wyjściejest dołączone do wyświetlacza (6), przy czym drugie wyjście wspomnianego sumatora (11) głównego jest dołączone do drugiego wejścia sterownika

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru gęstości strumienia ciepła oraz układ miernika gęstości strumienia ciepła. Sposób i układ stosowany jest zwłaszcza przy pomiarach temperatur i strat cieplnych w instalacjach grzewczych.

Znany jest sposób pomiaru strumienia ciepła przedstawiony w polskim opisie patentowym nr 152 457. Polega on na przyłożeniu płyty pomiarowej odizolowanej od otaczającego środowiska do przegrody i podgrzewaniu tej płyty pomiarowej prądem elektrycznym. Stosunek mocy traconej na jej podgrzewanie do wielkości powierzchni przez nią ogrzewanej (tj. przegrody) jest miarą przepływającego strumienia ciepła przez tą przegrodę.

W praktyce do pomiarów gęstości strumienia ciepła najczęściej stosuje się mierniki temperatur, które bezpośrednio mierzą jedynie temperatury w wielu punktach pomiarowych, natomiast informacja o gęstości strumienia ciepła otrzymywana jest na drodze odpowiednich obliczeń. Większość tych mierników zaopatrzona jest w szereg czujników pomiarowych połączonych z wejściem układu przetwarzania sygnałów, którego wyjście dołączone jest do wskaźnika cyfrowego. Przykładowo znany jest z polskiego opisu patentowego nr 146 589 miernik temperatury, w postaci wielosondowego termometru cyfrowego. Jako głowice pomiarowe zaopatrzone w czujniki połączone są z wejściem układu przetwarzania sygnałów posia169 455 dającego zespół przełączników i układ wejściowy. Przy czym wyjście tego układu przetwarzania dołączone jest poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy z wejściami sygnałowymi wskaźnika cyfrowego. Znany jest też z polskiego opisu patentowego nr 155 070 układ do pomiaru temperatur w wielu punktach pomiarowych, lub też elektroniczny termometr wielosondowy opisany w polskim zgłoszeniu wynalazku nr P 270 090 (BUP 14/89). Ich wspólną cechą jest posiadanie w wielu punktach pomiarowych czujników temperatury, połączonych z blokiem przetwarzania sygnałów, którego wyjście jest połączone z wyświetlaczem.

Wadą tych mierników jest ich jednorodność funkcjonalna umożliwiającajedynie dokładny pomiar temperatury w wąskim zakresie. Natomiast pomiar gęstości strumienia ciepła wymaga zestawienia rozbudowanego układu pomiarowego i dokonania odpowiednich przeliczeń, przy czym informacja o gęstości strumienia ciepła jest obarczona wysokimi błędami.

Celem wynalazku jest zbudowanie miernika, który oprócz pomiaru temperatur płaszcza konstrukcji i otoczenia dokonuje pomiaru strat cieplnych w jednostkach [W/m²].

Istotą sposobu pomiaru gęstości strumienia ciepła według wynalazku jest to, że porównuje się sygnał wyjściowy czujnika mierzącego temperaturę płaszcza izolacji z sygnałem wyjściowym czujnika kompensowanego grzaniem pod wpływem przepływającego przez niego prądu elektrycznego a wynik porównania kieruje się do detektora różnicy temperatur powodującego zmianę prądu grzania uzależnioną od poziomu temperatury płaszcza i wielkości różnicy temperatur pomiędzy obydwoma wspomnianymi czujnikami. W momencie zrównania się tych temperatur wstrzymuje się przepływ tego prądu oraz przelicza jego wartość na gęstość strumienia ciepła i po tym przeliczeniu przesyła się ją do wskaźnika.

Istotą układu miernika gęstości strumienia ciepła według wynalazku jest to, że posiada co najmniej trzy czujniki kwarcowe z których pierwszy mierzy temperaturę otoczenia, drugi temperaturę płaszcza izolacji, zaś trzeci jest czujnikiem kompensowanym prądem grzania. Przy czym wyjście czujnika mierzącego temperaturę płaszcza izolacji połączone jest z jednym z wejść głównego sumatora, którego drugie wejście połączone jest z wyjściem czujnika kompensowanego. Pierwsze wyjście tego sumatora głównego jest połączone poprzez detektor zera z wejściem sygnałowym sterownika prądu kompensacji, którego wyjścia sterujące połączone są z wejściami sterującymi zespołu grzewczo-chłodzącego we wspomnianym czujniku kompensowanym i wejściem sygnałowym przetwornika analogowo-cyfrowego. Wyjście sygnałowe przetwornika A/C połączone jest poprzez przetwornik główny zamieniający częstotliwość na wielkość strumienia ciepła z pierwszym wejściem przełącznika, którego wyjście jest dołączone do wyświetlacza. Drugie wyjście wspomnianego sumatora głównego jest dołączone do drugiego wejścia sterownika, uzależniając w ten sposób charakterystykę grzania i chłodzenia czujnika kompensowanego od temperatury grzania. Korzystne jest, jeśli drugie wejście wspomnianego przełącznika połączone jest z wyjściem pierwszego przetwornika, zamieniającego sygnały pochodzące z pierwszego i drugiego czujnika na sygnały dogodne do zobrazowania. Korzystne jest też jeśli dwa wejścia wspomnianego pierwszego przetwornika połączone są oddzielnie z wyjściami sumatorów. Przy czym pierwsze wejścia tych sumatorów połączone są z wyjściem pierwszego lub drugiego czujnika, zaś ich drugie wejścia dołączone są do wyjścia pierwszego termostabilizowanego generatora przez co obniża się częstotliwości przesyłane z tych czujników o wartość częstotliwości tego generatora. Korzystne jest ponadto połączenie wejść sterujących przetworników: głównego i pierwszego z wyjściem drugiego termostabilizowanego generatora.

Korzystnym skutkiem sposobu i układu według wynalazku jest znaczny wzrost czułości, szybkości i dokładności przeprowadzanych pomiarów, a zwłaszcza pomiarów gęstości strumienia ciepła.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiono schemat blokowy układu miernika gęstości strumienia ciepła.

Posiada on trzy kwarcowe czujniki temperatur, z których pierwszy 1 mierzy temperaturę otoczenia w odległości 1 m od źródła promieniowania ciepła, drugi 2 mierzy temperaturę płaszcza izolacji urządzenia cieplnego, natomiast trzeci 3 umieszczony w specjalnej izolacyjnej obudowie wewnątrz miernika jest czujnikiem kompensowanym wyposażonym w zasadniczy elektryczny zespół grzewczy 4 i pomocniczy stos chłodzący Peltiera 5 znacznie przyspieszający pomiary.

169 455

Pomiar gęstości strumienia ciepła przebiega w ten sposób, że porównuje się w głównym sumatorze 11 sygnał z czujnika mierzącego temperaturę na płaszczu izolacji mierzoną czujnikiem 2 z sygnałem czujnika kompensowanego 3 a wynik porównania przesyła się do detektora zera 12. Jeżeli temperatury płaszcza i czujnika kompensowanego są bliskie zrównania, to detektor ten wraz ze sterownikiem 13 wstrzymuje dalsze grzanie czujnika kompensowanego, oraz zezwala na pomiar wartości prądu grzania, po czym włącza się jego schładzanie, przyspieszając w ten sposób gotowość do następnego pomiaru. Wynik pomiaru prądu przesyłany jest poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy 14 do głównego przetwornika 15, w którym następuje przeliczenie (zamiana) wartości prądu grzania na wartość gęstości strumienia ciepła (strat cieplnych). Tak przetworzony sygnał przesyłany jest do wyświetlacza 6 poprzez przełącznik 7. W zależności od ustawienia tego przełącznika wyświetlacz 6 zobrazowuje odpowiednio: temperaturę panującą w odległości 1 m od źródła promieniowania, temperaturę samego płaszcza, lub gęstość strumienia. W trakcie pomiaru na przełącznik ten przesyłane są również po uprzednim przetworzeniu w pierwszym przetworniku 16 sygnały z pierwszego 8 i drugiego 9 sumatora, w których dokonuje się odjęcia od wielkich liczb częstotliwości pochodzących z pierwszego i drugiego czujnika odpowiedniej liczby wzorcowej odpowiadającej częstotliwości temperatury odniesienia 0°C wytworzonej przez pierwszy termostabilizowany generator kwarcowy 10. Przy czym na pierwsze wejścia zarówno tego głównego przetwornika 15 jak i pierwszego przetwornika 16 podawany jest sygnał z termostabilizowanego generatora 17 podstawy czasu.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób pomiaru gęstości strumienia ciepła, z wykorzystaniem prądu grzania elementu odniesienia, znamienny tym, że porównuje się sygnał wyjściowy czujnika kompensowanego grzaniem pod wpływem przepływającego przez niego prądu elektrycznego z sygnałem wyjściowym czujnika mierzącego temperaturę płaszcza izolacji a wynik porównania kieruje się do detektora różnicy temperatur powodującego zmianę prądu grzania uzależnioną od poziomu temperatury płaszcza i wielkości różnicy temperatur pomiędzy obydwoma wspomnianymi czujnikami, przy czym w momencie zrównania tych temperatur wstrzymuje się dalszy przepływ tego prądu oraz przelicza jego wartość na gęstość strumienia ciepła, po czym przesyła się ją do wskaźnika.
2. 2. Układ miernika gęstości strumienia ciepła posiadający czujniki mierzące temperatury w wielu punktach, które są połączone z blokiem przetwarzania sygnałów, oraz wyświetlacz, znamienny tym, że wyjście czujnika mierzącego temperaturę płaszcza izolacji połączone jest z jednym z wejść głównego sumatora (11), którego drugie wejście połączone jest z wyjściem czujnika kompensowanego, natomiast wyjście sumatora głównego jest połączone poprzez detektor zera (12) z wejściem sygnałowym sterownika (13), którego wyjścia sterujące połączone są z wejściami sterującymi zespołu grzewczo-chłodzącego (4 i 5) i wejściem sygnałowym przetwornika (14) analogowo-cyfrowego, którego wyjście sygnałowe połączone jest poprzez przetwornik (15) główny z pierwszym wejściem przełącznika (7), którego wyjście jest dołączone do wyświetlacza (6), przy czym drugie wyjście wspomnianego sumatora (11) głównego jest dołączone do drugiego wejścia sterownika.
3. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że drugie wejście przełącznika (7) połączone jest z wyjściem pierwszego przetwornika (16).
4. 4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że dwa wejścia wspomnianego pierwszego przetwornika (16) połączone są oddzielnie z wyjściami sumatorów (8 i 9), których drugie wejścia dołączone są do wyjścia pierwszego termostabilizowanego generatora (10).
5. 5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że wejścia sterujące przetworników: głównego (15) i pierwszego (16) połączone są z wyjściem drugiego termostabilizowanego generatora (10).