PL199849B1 - Przyrząd do pomiaru ilości ciepła - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest przyrz ad do pomiaru ilo sci ciep la z dwoma, umieszczonymi w rurze pomiarowej (1) przetwornikami ultrad z- wi ekowymi (2) do mierzenia pr edko sci przep lywu i/lub nat ezenia przep lywu medium i dwoma czuj- nikami temperatury do mierzenia temperatury medium w przewodzie doprowadzaj acym i prze- wodzie powrotnym. Wed lug wynalazku jeden z czujników temperatury jest utworzony z czujni- ka pomiarowego (10) (sensora) do pomiaru tem- peratury, który umieszczony jest wewn atrz obu- dowy (4) przetwornika ultrad zwi ekowego (2) na sciance (11) obudowy (4) przetwornika. Korzyst- nie przy tym czujnik pomiarowy (10) do pomiaru temperatury jest umieszczony w przybli zeniu w srodku osi (A) rury pomiarowej. Dzi eki wyna- lazkowi poprawiona zosta la dok ladno sc pomiaru temperatury medium. Jednocze snie uzyskuje si e oszcz edno sci kosztów. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do pomiaru ilości ciepła z dwoma, umieszczonymi w rurze pomiarowej przetwornikami ultradźwiękowymi do mierzenia prędkości przepływu i/lub natężenia przepływu medium i dwoma czujnikami temperatury do mierzenia temperatury medium w przewodzie doprowadzającym i przewodzie powrotnym, przy czym wartości zmierzone mogą być przetwarzane w elemencie pomiarowym.

Przyrządy do pomiaru ilości ciepła stosowane są na przykład wówczas, gdy koszty ogrzewania trzeba podzielić, zgodnie z tym, jak zostały spowodowane, na większą liczbę użytkowników instalacji ogrzewniczej, jak to po części jest także wytyczone w przepisach.

W przyrządach do pomiaru iloś ci ciepła z zastosowaniem zasady pomiaru przepływu za pomocą ultradźwięków wyznaczanie ilości ciepła następuje poprzez mierzenie za pomocą ultradźwięków prędkości przepływu medium i przez kojarzenie danych dotyczących przepływu z różnicą temperatur pomiędzy przewodem doprowadzającym i przewodem powrotnym instalacji ogrzewniczej.

Mierzenie temperatury w przewodzie doprowadzającym i przewodzie powrotnym następuje za pomocą czujników temperatury, które mają postać czujników zanurzeniowych umieszczonych w rurze lub także czujników przykładanych powierzchniowo.

Z niemieckiego opisu zgłoszeniowego nr DE-A1-197 13 526 znane jest umieszczanie czujnika temperatury bezpośrednio w tej samej obudowie, w której umieszczone są także przetworniki ultradźwiękowe. Czujnik temperatury może być umieszczony w otworze wykonanym w ściance obudowy i przechodzącym dalej przez szyjkę i uchodzącym z jednej strony na zewnątrz, a z drugiej strony do odcinka pomiarowego. Przy tym rura ochronna zawierająca czujnik temperatury sięga do wewnątrz odcinka pomiarowego.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE-A1-33 06 529 znane jest wytwarzanie elektrody przetwornika ultradźwiękowego z materiału, którego oporność czynna jest zależna od temperatury, tak że elektroda ta oprócz jej funkcji elektrody przetwornika pełni także jeszcze funkcję czujnika temperatury. Dla zapewnienia wystarczająco dużej wartości oporności czynnej elektroda ta powinna mieć budowę o kształcie meandrycznym. Ma to jednak ujemny wpływ na promieniowanie ultradźwiękowe i tym samym wpływa ujemnie na dokładność wyznaczania ilości ciepła. Poza tym przyrządy do pomiaru ilości temperatury mają z reguły dwa przetworniki ultradźwiękowe. Byłoby raczej niecelowe takie ukształtowanie obu przetworników ultradźwiękowych, aby mogły one jednocześnie służyć jako czujniki temperatury, ponieważ tylko jeden musiałby rzeczywiście służyć jako czujnik temperatury. Jeśli jednak te dwa przetworniki ultradźwiękowe mają różne ukształtowanie, to ma to niekorzystny wpływ na wysyłanie i odbieranie sygnałów ultradźwiękowych. W przyrządach do pomiaru ilości ciepła są z reguły potrzebne dwa czujniki pomiarowe do pomiaru temperatury, za pomocą których mierzone są temperatury w przewodzie doprowadzają cym i przewodzie powrotnym instalacji ogrzewniczej. Gdy tylko jeden czujnik pomiarowy do pomiaru temperatury jest ukształtowany w postaci elektrody przetwornika, to drugi czujnik pomiarowy do pomiaru temperatury nie ma takiej samej konstrukcji. Aby uzyskać wystarczającą dokładność przy mierzeniu ilości ciepła, oba czujniki pomiarowe do pomiaru temperatury są z reguł y kojarzone w pary, to znaczy, ż e są specjalnie wyszukiwane i/lub dopasowywane do siebie. Jest to raczej trudne do zrealizowania według niemieckiego opisu patentowego nr DE-A1-33 06 529.

Celem wynalazku jest dostarczenie przyrządu do pomiaru ciepła, którego dokładność przy wyznaczaniu temperatury medium zostanie poprawiona bez niekorzystnego wpływu na dokładność określania ilości ciepła.

Przyrząd do pomiaru ilości ciepła z dwoma, umieszczonymi w rurze pomiarowej przetwornikami ultradźwiękowymi do mierzenia prędkości przepływu i/lub natężenia przepływu medium i dwoma czujnikami temperatury do mierzenia temperatury medium w przewodzie doprowadzającym i przewodzie powrotnym, przy czym wartości zmierzone mogą być przetwarzane w elemencie pomiarowym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jeden z czujników temperatury jest utworzony z czujnika pomiarowego do pomiaru temperatury, który umieszczony jest wewnątrz obudowy przetwornika ultradźwiękowego na ściance obudowy przetwornika.

Korzystnie, czujnik pomiarowy do pomiaru temperatury jest umieszczony w przybliżeniu w środku osi rury pomiarowej.

Korzystnie, czujnik pomiarowy do pomiaru temperatury stanowi umieszczony na podłożu ceramicznym opornik warstwowy, który naklejony jest na ściankę obudowy przetwornika.

Korzystnie, czujnik pomiarowy do pomiaru temperatury stanowi umieszczony na podłożu ceramicznym opornik warstwowy, przy czym podłoże ceramiczne na powierzchni przeciwległej do opornika

PL 199 849 B1 warstwowego ma warstwę dającą się lutować i spawalną, która jest przylutowana lub przyspawana na ściance obudowy przetwornika.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat przyrządu do pomiaru ciepła, a fig. 2 - obudowę przetwornika w powiększeniu.

Na fig. 1 przedstawiona jest rura pomiarowa 1, na której obu końcach umieszczono po jednym przetworniku ultradźwiękowym 2. Za pomocą tych przetworników ultradźwiękowych 2 i elementu pomiarowego 3, z którym połączone są przetworniki ultradźwiękowe 2, następuje w znany sposób wyznaczanie prędkości przepływu względnie natężenia przepływu medium. Przetworniki ultradźwiękowe 2 składają się w znany sposób z obudowy 4 przetwornika, w której umieszczona jest piezoceramiczna tarcza 5. Piezoceramiczna tarcza 5 jest przykładowo naklejona na membranę 6, którą zamknięta jest szczelnie względem medium obudowa 4 przetwornika. Od, jak wiadomo, istniejących obu elektrod tarczy piezoceramicznej 5 poprowadzone są przez otwór 8 w mostku łączącym 9 obudowy 4 przetwornika druty przyłączeniowe 7 do elementu pomiarowego 3. Mostek łączący 9, za pomocą którego obudowa 4 przetwornika jest trzymana wewnątrz rury pomiarowej 1, nie utrudnia przepływu medium.

Zgodnie z wynalazkiem w obudowie 4 przetwornika jest umieszczony również jeszcze czujnik pomiarowy do pomiaru temperatury.

W celu lepszej możliwości rozpoznawania szczegóły obudowy 4 przetwornika są pokazane jeszcze raz na fig. 2 w powiększeniu. Czujnik pomiarowy 10 do pomiaru temperatury jest zamocowany na jednej ściance 11 wewnątrz obudowy 4 przetwornika tak, że znajduje się on w przybliżeniu w centrum osi A rury pomiarowej 1. Czujnik pomiarowy 10 do pomiaru temperatury jest, podobnie jak tarcza piezoceramiczna 5, przyłączona za pomocą dalszych drutów przyłączeniowych 12 do elementu pomiarowego 3. Z uwagi na przejrzystość na fig. 1 i fig. 2 pokazany jest tylko jeden z drutów przyłączeniowych 12.

Obudowa 4 przetwornika jest wykonana z metalowego materiału, korzystnie z tego samego materiału, co rura pomiarowa 1, na przykład ze stali chromo-niklowej. Ponieważ ścianka 11 jest stosunkowo cienka, a czujnik pomiarowy 10 do pomiaru temperatury jest umieszczony w przybliżeniu w środku osi A rury pomiarowej, więc czujnik pomiarowy 10 do pomiaru temperatury przedstawia bardzo dobrze rzeczywistą temperaturę przepływającego medium. Im wyższa jest temperatura medium, tym większa ilość ciepła jest odprowadzana poprzez rurę pomiarową 1 do otoczenia. W środku rury pomiarowej 1, a więc w jej osi A, jest największa prędkość przepływu medium. Rzeczywista temperatura medium jest więc najlepiej przedstawiana, gdy temperatura jest mierzona w przybliżeniu w osi A rury pomiarowej.

Czujnik pomiarowy 10 do pomiaru temperatury, który korzystnie stanowi wykonany w postaci płytki drukowanej, umieszczony na podłożu ceramicznym opornik warstwowy o oporności 100 lub 500 omów, jest przykładowo przyklejony na ściance 11.

Znane są czujniki pomiarowe 10 do pomiaru temperatury, w których na powierzchni podłoża ceramicznego przeciwległej do opornika warstwowego umieszczona jest metalowa warstwa dająca się lutować i spawalna. Takie czujniki pomiarowe 10 do pomiaru temperatury mogą być przylutowane lub przyspawane na ściance 11. Dzięki temu lepsze jest, w porównaniu z połączeniem klejonym, przechodzenie ciepła z medium na czujnik pomiarowy 10 do pomiaru temperatury, co korzystnie poprawia dodatkowo dokładność pomiaru.

Druty przyłączeniowe 12 są poprowadzone z czujnika pomiarowego 10 do pomiaru temperatury poprzez otwór 8 w mostku łączącym 9 o elementu pomiarowego 3. Odprowadzanie ciepła przez druty przyłączeniowe 12 jest nieznaczne, tak że styk drutów przyłączeniowych 12 w elemencie pomiarowym 3 nie stanowi obciążenia termicznego. Ponadto naprężenia termiczne nie wywierają ujemnego wpływu na dokładność pomiarową.

Można tu zrezygnować ze stosowania past przewodzących ciepło, które są stosowane w znanych typowych czujnikach temperatury w celu poprawy dokładności pomiaru.

Rozwiązanie według wynalazku nie jest ograniczone do opisanego powyżej rodzaju konstrukcji przetworników ultradźwiękowych 2. Nadaje się ono do stosowania także wówczas, gdy piezoceramiczna tarcza 5 jest umieszczona w inny sposób w obudowie 4 przetwornika. Zasadniczym jest to, aby obudowa 4 przetwornika była opływana przez medium. W przedstawionym powyżej przykładzie wykonania z fig. 1 wynika, że rura pomiarowa 1 na obu jej końcach, w których umieszczone są obudowy 4 przetworników, jest rozszerzona, jak to jest już znane. Wynalazek nie jest ograniczony do tego wykonania rury pomiarowej 1.

Rozwiązanie według wynalazku jest także bardzo korzystne pod względem kosztów, ponieważ nie jest potrzebny przyporządkowany bezpośrednio przyrządowi do pomiaru ciepła, osobny czujnik

PL 199 849 B1 temperatury z rurką ochronną. Potrzebny jest wówczas jedynie jeszcze drugi czujnik temperatury stanowiący osobny element konstrukcyjny.

Korzystne względem rozwiązania według opisu DE-A1-33 06 529 jest także to, że uproszczone zostało wytwarzanie. Łatwiejsze może być wytwarzanie elektrod przetwornika, a jako czujniki temperatury mogą być stosowane zwykłe znajdujące się w handlu czujniki pomiarowe (sensory) do pomiaru temperatury.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przyrząd do pomiaru ilości ciepła z dwoma, umieszczonymi w rurze pomiarowej przetwornikami ultradźwiękowymi do mierzenia prędkości przepływu i/lub natężenia przepływu medium, i dwoma czujnikami temperatury do mierzenia temperatury medium w przewodzie doprowadzającym i przewodzie powrotnym, przy czym wartości zmierzone mogą być przetwarzane w elemencie pomiarowym, znamienny tym, że jeden z czujników temperatury jest utworzony z czujnika pomiarowego (10) do pomiaru temperatury, który umieszczony jest wewnątrz obudowy (4) przetwornika ultradźwiękowego (2) na ściance (11) obudowy (4) przetwornika.
2. 2. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że czujnik pomiarowy (10) do pomiaru temperatury jest umieszczony w przybliżeniu w środku osi (A) rury pomiarowej (1).
3. 3. Przyrząd według zastrz. 2, znamienny tym, że czujnik pomiarowy (10) do pomiaru temperatury stanowi umieszczony na podłożu ceramicznym opornik warstwowy, który naklejony jest na ściankę (11) obudowy (4) przetwornika.
4. 4. Przyrząd według zastrz. 2, znamienny tym, że czujnik pomiarowy (10) do pomiaru temperatury stanowi umieszczony na podłożu ceramicznym opornik warstwowy, przy czym podłoże ceramiczne na powierzchni przeciwległej do opornika warstwowego ma warstwę dającą się lutować i spawalną, która jest przylutowana lub przyspawana na ściance (11) obudowy (4) przetwornika.