SE430827B - Vermemengdsmetare for metning av den av ett strommande medium till en vermeforbrukare avgivna vermemengden - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 7 R u' 04639-8 2 stalter, som man kan tänka sig att vidtaga i avsikt att förhindra påverkan av en varierande matarspänning, krä- ver normalt extra ström och är därför icke lämpliga vid batteridrift, eftersom det ju just gäller att reducera strömförbrukningen i största möjliga utsträckning. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en värme- mängdsmätare, som med enkla medel och utan ökning av ström- förbrukningen i vid utsträckning är oberoende av matar- spänningsvariationer och därmed är lämplig för batteri- drift. ' Detta uppnås enligt uppfinningen därigenom, att tempe- raturmätspänningen tillföres en i och för sig känd analog/ digital-dubbelrampomvandlare som ena ingångsspänning, att omvandlaren som andra ingångsspänning, referensspänning, tillföres en mot mätbryggans matarspänning proporticnell spänning, att pulserna från volymmätaren tillföres omvand- laren för att vid varje puls' ankomst inleda en omvand- lingscykel samt att en andra räknare är anordnad att under de tidsperioder då omvandlaren tillföres mätspänning räk- na pulserna från oscillatorn och att, då den räknat ett förutbestämt antal pulser,åstadkomma dels att omvandlaren härefter tillföres referensspänningen som ingångsspänning och dels att oscillatorns pulser härefter tillföres den första räknaren.

Genom den amerikanska patentskriften 3 978 471 är känd en digital termometer med en dubbelrampomvandlare av det ovan nämnda slaget. I denna kända anordning inkopplas en värmeavkännare, som anbringas i det medium, vars tempera- tur skall mätas, tillsammans med ett motstånd i den första grenen i en elektrisk bryggkoppling, vars andra gren har två ohmska motstånd. Själva omvandlaren innefattar en in- tegrator, som följes av en komparator, och i integratorns ingång är inkopplad en kondensator, som med hjälp av om- kopplare kan kopplas antingen till bryggkopplingens första gren, till bryggkopplingens andra gren eller till bryggans matarspänning. Innan en omvandlingscykel inledes, kopplas den första bryggrenens diagonannmkt till kondensatorn och nollställer samtidigt den av integratorn och komparator be- 10 15 20 25 30 35 Wšßäšíšf-ï-B 3 stående kopplingen. I en första del av 0mVanåliH9$°Ykëlfl kopplas diagonalpunkten för den andra bryggrenen till in- gångskondensatorn, och under en andra del av omvandlings- cykeln kopplas bryggkopplingens matarspänning direkt till kondensatorn. Varaktigheten för den första delen av omvand- lingscykeln bestämmes med hjälp av en oscillator, vars signal tillföres en räknare. Räknaren kan exempelvis vara en fyrsiffrig tiotalsräknare, som vid inledningen av en omvandlingscykel inställes på värdet 9000. I det ögon- blick, då räknaren passerar från 9999 till 0000, sker övergången från den första till den andra delen av om- vandlingscykeln. Den andra delen av omvandlingscykeln av- slutas, när komparatorn fastställer att spänningen över en i integratorn ingående integrationskondensator har nått utgångsvärdet. Det tal, som räknaren härvid nått, är ett uttryck för värmeavkännarens temperatur och kan visas i en display-enhet. Omvandlingscyklerna kan inledas med kon- stanta tidsmellanrum, som exempelvis kan åstadkommas genom delning av en nätfrekvens, eller vid godtyckliga tidspunk- ter genom påverkan av en strömbrytare. Som följd av att dêt under den andra delen av omvandlingscykeln är bryggkopp- lingens matarspänning som tillföres ingångskondensatorn, uppnås i stor utsträckning en kompensation av de fel, som annars skulle uppstå som följd av variationer i bryggkopp- lingens matarspänning, dock naturligtvis under förutsätt- ning av att ingångskondensatorn är i stånd att upprätt- hålla sin laddning under en omvandlingscykel. Den kända anordningen kompenserar vidare åtminstone delvis för varia- tioner i oscillatorfrekvens under förutsättning av att denna håller sig konstant under en omvandlingscykel.

Uppfinningen är baserad på den kunskapen, att den just beskrivna.analog/digital-dubbelrampomvandlææn genom lämp- liga modifikationer kan användas i en värmemängdsmätare av det genom ovannämnda franska patentskrift 2 304 066 kända slaget, varvid en värmemängdsmätare, som har de enligt föreliggande uppfinning eftersträvade egenskaperna, kan åstadkommas. ' En av modifikationerna består i att mätspänningen, vil- 10 15 20 25 30 35 'É1ß1Oë639-8 4 ken ju representerar skillnaden mellan det strömmande mediets temperatur upp- och nedsmims värmeförbrukaren, tillföres integratorns ingång direkt, dvs utan använd- ning av ovannämnda ingångskondensator, vars laddning måste förutsättas hålla sig konstant under omvandlings- cykeln, under den första delen av denna cykel, och att det som referensspänning under en andra del av cmvand- ' lingscykeln tillföres en med mätbryggans matarspänning proportionell spänning, som exempelvis kan alstras med lhjälp av en spänningsdelare, som matas från samma spän- ningskälla som mätbryggan. Såsom framgår nedan, uppnås härvid att mätningen blir fullständigt oberoende av va- riationer i mätbryggans matarspänning..

En annan modifikation består i att styra inledningen av omvandlingscyklerna med hjälp av pulserna från volym- mätaren istället för på ovan angivet sätt. Härvid uppnås på _ nen av temperaturskillnaden och den genom förbrukaren pas- utomordentligt enkelt sätt den önskade multiplikatio- serade volymen. En ytterligare modifikation består i an- ordnandet av en andra räknare. I den kända dubbelramp- omvandlaren utnyttjas endast en räknare, som utför en dubbel funktion genom att den under den första delen av omvandlingscykeln räknar upp till ett förutbestämt tal och därvid bestämmer varaktigheten för denna del och där- efter under den andra delen av cykeln räknar de uppträ- dande pulser, som representerar mätresultatet och som exempelvis kan visas. Vid inledningen av nästa omvand- lingscykel utplånas innehållet i räknaren, I en värme- mängdsmätare skall emellertid utföras en summering av de pulser, som uppträder i den andra delen av omvandlings- cykleråa, varför innehållet i den första räknaren icke får utplånas. Därför anbringas den andra räknaren, vil- ken skall vara anordnad att räkna upp till ett förutbe- stämt antal och att, då detta antal nås, åstadkoma att pulserna från oscillatorn härefter tillföres den andra summerande räknaren.

Genom dessa icke oväsentliga modifikationer av den kända analog/digital-dubbelrampomvandlaren har det över- 10 15 20 25 30 35 7804639-8 5 raskande nog visat sig vara möjligt att åstadkomma en vär- memängdsmätare, som har ovannämnda betydande fördelar i förhållande till den beskrivna, kända värmemängdsmätaren.

Värmemängdsmätaren kan enligt uppfinningen ha en styr- koppling, som tillföres pulser från volymmätaren och är an- ordnad att härvid leda matarspänningen till oscillatorn och till den andra räknaren. Detta är ett utomordentligt enkelt sätt att inleda en omvandlingscykel med hjälp av pulserna från volymmätaren.

Om omvandlaren innefattar en integratcr, följd av en komparator, som är anordnad att fastställa när integra- torns utgångsspänning under en omvandlingscykel nått ut- gångsvärdet, kan en utföringsform av värmemängdsmätaren enligt uppfinningen kännetecknas därav, att komparatorns utgångssignal tillföres styrkopplingen, vilken är anord- nad att, då komparatorn fastställer att integratorns ut- gångsspänning nått utgângsvärdet, bryta matarspänningen Detta förbättrar ytterligare värmemängdsmätarens användbarhet vid batteri- drift.

Samma syfte har en utföringsform, som kännetecknas- till oscillatorn och den andra räknaren. därav, att matarspänningen till spänningsdelaren och mät- bryggan endast tillföras under de tidsperioder då matar- spänning tillföres oscillatorn och den andra räknaren.

Slutligen kan enligt uppfinningen ett motstånd vara inkopplat mellan ett uttag på spänningsdelaren och den med bryggkopplíngens diagonal förbundna änden av den av- kännare, som är anbringad i mediumströmmen nedströms förbru- karen. Detta motstånd kan vid lämplig dimensionering tjä- na till kompensering för värmemediets med temperaturen Varierande masstäthet och specifika värme i överensstäm- melse med de principer, som framgår av den danska utlägg- ningsskriften 134 085.

Uppfinningen skall nu förklaras närmare under hänvis- ning till bifogade ritningar.

Fig 1 visar ett principschema för en värmemängdsmätare enligt uppfinningen i anslutning till en värmeförbrukare.

Fig 2 visar ett mer detaljerat schema för en värme- 784234639-8 10 15 20 25 30 35 6 mängdsmätare enligt uppfinningen.

Fig 3 visar olika, verkningssättet för värmemängds- mätaren enligt uppfinningen förklarande kurvor.

I fig l visas en värmeförbrukare l, vilken via en till- förselledning 2 tillföres ett värmebärande medium, exempel- vis vatten, som lämnar värmeförbrukaren via en returled- ning 3. I tillförselledningen 2 är anordnat ett värmeav- kännande element RV, exempelvis ett värmeavkännande mot- stånd, och i returledningen 3 är anordnat ett annat värme- avkännande element RR. I returledningen'är vidare anordnad en volymmätare 4, som exempelvis kan vara av den typ, som tillfälligt sluter en kontakt A varje gång en given volym av det strömmande mediet passerat. Såväl de två värmeav- kännande elementen RV och RR som volymmätaren 4 är förbund- na med en värmemängdsmätare 5, som med utgångspunkt från produkten av temperaturskillnaden mellan mediet i tillför- selledningen 2 och returledningen 3 och volymmängden be- räknar den värmemängd, som avgivits till värmeförbrukaren l.

I fig 2 visas de två temperaturavkännande elementen Rv och RR, vilka tillsammans med tvâ ohmska motstånd Rl och R'l matarspänning V'BB. över bryggkopplingens andra diagonal ingår i en Wheatstone~brygga, som matas med en uttages en spänning, som tillföres en differensförstärkare 6, vid vars utgång uppträder en spänning Ut, som är pro- portionell mot skillnaden mellan tillförseltemperaturen och returtemperaturen.

För omvandling av denna analoga signal till en digital signal har värmemängdsmätaren en integrator med en för- stärkare 7, en integrationskondensator C och ett ladd- ningsmotstând R4, samt en första räknare 8, en andra räk- nare 9 och en oscillator 10. Räknaren 9 är anordnad att räkna upp till ett förutbestämt tal, exempelvis 212, och att, då detta tal nås, åstadkomma omställning av två om- kopplare Di och D2 från de i fig 2 nederst till de däri överst visade lägena.

Strömställaren A i volymmätaren (4 i fig l) är så för- bunden med en koppling ll, att denna koppling, då ström- ställaren A slutes, åstadkommer slutning av en annan ström- '10 15 20 25 30 35 7 ställare B, varigenom åstadkommas att den utifrân kommande matarspänningen VBB pâtryckes värmemängdsmätarens olika delar som matarspänning V'BB.

Spänningen över kondensatorn C tillföres som en spän- ning UC en komparator 12, vilken, då spänningen över kon- densatorn nått sitt utgångsvärde, exempelvis spänningen noll, vid sin utgång avger en signal, som tillföres en ingång till kopplingen ll och därvid åstadkommer att strömställa- ren B öppnas, varvid matarspänningen V'BB försvinner.

Slutligen har anordningen en spänningsdelare, som till- föres matarspänningen V'BB och består av tvâ ohmska mot- stånd R2 och R3 och vid vars uttag uppträder en referens- spänning Ur.

Anordningen fungerar pâ följande sätt.

I vilotillstånd, dvs när volymmätaren icke beordrat en mätning, är strömställarna A och B öppna och är matar- spänningen V'BB noll. Detta åstadkomer bl a att innehål- let i räknaren 9 är noll och att de två omkopplarna Dl och D2 befinner sig i de nedersta lägena.

När volymmätaren konstaterat att det sedan senaste kon- taktslutningen passerat en förutbestämd volym värmemedium, slutes kontakten A, vilket åstadkommer att också kontakten B slutes, så att matarspänningen V'BB nu antager värdet VBB. Detta medför att oscillatorn 10 börjar avge sin ut- gångssignal, vilken kan vara ett pulstâg eller en annan form av elektrisk svängning, exempelvis en sinusformad signal, som tillföres räknaren 9, vilken börjar räkna det antal svängningar (pulser), som avges av oscillatorn.

Samtidigt uppträder spänningarna Ut och Ur vid ingång- arna till omkopplaren Dl, och kondensatorn C uppladdas med en konstant ström, som är beroende av spänningen Ut.

När räknaren 9 nått det förutbestämda värdet, omstäl- les de två omkopplarna Dl och D2 till de översta lägena, varvid utgångssignalen från oscillatorn 10 nu tillföres räk- naren 8 samtidigt som kondensatorn C urladdas med en kon- stant ström, som bestämmes av den fasta spänningen Ur.

När spänningen UC över kondensatorn nått utgångsvär- det, avger komparatorn 12 en utgângssignal, som åstadkom- 10 15 20 25 30 35 780ë-G559-8 8 mer att kopplingen ll öppnar strömställaren B, så att matarspänningen V'BB nu blir noll. Detta medför att oscil- latorn l0 stannar och att räknaren 8 slutar räkna. I räk- naren 8 är nu infört ett tal, vilket, såsom framgår av det följande, är beroende av spänningen Ut och därmed av temperaturskillnaden. Eftersom antalet räknesteg, som räk- naren 8 utför per tidsenhet, är beroende av antalet kon- taktslutningar per tidsenhet för kontakten A och därmed av den genom volymmätaren passerade värmemediummängden, utgör det i räknaren 8 samlade innehållet ett uttryck för den avgivna värmemängden. Räknaren 8 kan vara kopplad till en mekanisk räknare 13, som vid ett lämpligt omvandlings- förhållande i Mwh.

Om den temperaturskillnad, som uppmätes med hjälp av de tvâ temperaturavkännande elementen RV och RR, beteck- exempelvis kan ange den avgivna värmemängden nas At, erhålles för spänningen Ut Ut = Kl - At ~ V'BB (1) Motsvarande gäller för referensspänningen Ur Ur = X2 ' VfBB (2) Den maximala spänning, som under uppladdningen uppnås över kondensatorn Cferhålles ur ekvationen u =U--K3-n t (s) , c(max) = 1.. 3 C R4'fošc I där n är lika med det maximala tal, som räknaren 9 är an- ordnad att räkna till, och där føsc är frekvensen för os- cillatorns 10 svängningar. Eftersom n och f där K CSC är konstan- ta, är den tidsperiod, under vilken uppladdningen sker och vilken i fig 3 varar från tidpunkten to till tidpunk- ten tl, konstant, medan däremot den över kondensatorn upp- nådda, maximala spänningen är beroende av 1adåning55pän_ ningen Ut och därmed av temperaturskillnaden At. I Under urladdningsperioden skall spänningen över kon- densatorn C falla ett lika stort värde, varför det gäller att UC(max) = Ur ' K3 ° P (4)' där p är det antal svängningar, som tillföres räknaren 8. 10 l5 20 25 30 7804639-8 9 Eftersom lutningen för den kurva, som under urladdnings- perioden från tl till tz anger spänningen över kondensa- torn C som funktion av tiden, är konstant, därför att spän- ningen Ur är konstant, och eftersom spänningen U va- C(max) rierar med temperaturskillnaden, kommer urladdningstiden från tl till tz och därmed också antalet p att variera med temperaturskillnaden.

Eftersom U skall vara detsamma vid uppladdning C(max) och urladdning kan ekvationerna (3) och (4) sättas lika med varandra, varvid erhålles Ut ' K3 - n = Ur - K3 - p (5) Härav följer att ”f” K1'^,*?V'BB°n _ Kl” P = U = ""r"'v*"-""' ' K'-'^t <6) r 2 BB 2 Såsom framgår, har matarspänningen utgått ur uttrycket för p, vilket betyder att ändringar i matarspänningen sak- nar betydelse för mätresultaten. Vidare framgår, att ut- trycket K3, vilket innehåller oscillatorfrekvensen, också utgått under beräkningarna. Inte heller denna frekvens är således kritisk, om den bara håller sig konstant under varje uppladdning och efterföljande urladdning. h Dessa förhållæræn gör att den beskrivna värmemängds- mätaren är särskilt lämplig för batteridrift, där matar- spänningen ofta faller med tiden. Denna egenskap förstär- kes ytterligare av den omständigheten, att huvuddelen av anordningen, såsom särskilt framgår av fig 2, är utan spän- ning under en mycket stor del av tiden, så att strömför- brukningen är minimal.

Ett motstånd R5, som visas med streckade linjer i fig 2, kan vara anordnat i kopplingen. Med hjälp av detta mot- stånd är det möjligt att ta hänsyn till värmemediets med temperaturen varierande masstäthet och specifika värme en- ligt de principer, som framgår av den danska utläggnings- skriften 134 085.

Claims (5)

l0 15 20 25 30 35 "180l:-6š9-8 19 PATENTKRÄV

1. l. Värmemängdsmätare för mätning av den av ett ström- > mande medium till en värmeförbrukare (l) avgivna värme- mängden, vilken mätare innefattar två i mediumströmmen UPP'0Ch HedStrömS förbrukaren anbringade och i en elek- trisk bryggkoppling inkopplade värmeavkännarë (RR:_RV). som ' är anordnade att alstra en av skillnaden mellan det ström- mande mediets temperatur upp-och nedströms värmeförbru- karen beroende mätspänning, en i mediumströmmen anbringad volymmätare (4), som är anordnad att alstra en puls varje gång en given volym av mediet passerat, organ, som är an- ordnade att vid varje puls från volymmätaren med hjälp av en oscillator (10) alstra ett pulstâg, vars pulsantal är beroende av mätspänníngen, samt en första räknare (8), som är anordnad att summera pulsantalet i samtliga pulståg, k ä n n e t e c k n a d därav, att temperaturmätspänning- en (Ut) tillföres en i och för sig känd analog/digital- dubbelrampomvandlare som ena ingångsspänning, att omvand- laren som andra ingångsspänning (UR), referensspänning, tillföres en mot mätbryggans matarspänning proportionell spänning, att pulserna från volymmätaren (4) tillföres omvandlaren för att vid varje puls' ankomst inleda en omvandlingscykel samt att en andra räknare (9) är anord- nad att under de tidsperioder då omvandlaren tillföres mätspänning räkna pulserna från oscillatorn och att, då den räknat ett förutbestämt antal pulser, åstadkomma dels att omvandlaren härefter tillföres referensspänningen som ingångsspänning och dels att oscillatorns pulser härefter tillföres den första räknaren (8).

2. Värmemängdsmätare enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a d av en styrkoppling (ll), som tillföres pul- och är anordnad att härvid oscillatorn (10) och till den serna från volymmätaren (4,A) leda matarspänning till andra räknaren (9).

3. Värmemängdsmätare enligt patentkravet 2, vid vilken omvandlaren innefattar en integrator (7), följd av en kom- 7804633943 parator (12), som är anordnad att fastställa när integra- torns utgångsspänning under en omvandlingscykel nått ut- gångsvärdet, k ä n n e t e c kzn a d därav, att kompa- ratorns (12) utgångssignal tillföres styrkopplingen (ll), vilken är anordnad att, då komparatorn fastställer att in- tegratorns utgângsspänning nått utgångsvärdet, bryta matar- spänningen till oscillatorn (10) och den andra räknaren (9).

4. Värmemängdsmätare enligt patentkravet 3, vid vilken referensspänningen alstras med hjälp av en spänningsdelare (R2, R3), som matas med samma spänning som mätbryggan, k ä n n e t e c k n a d därav, att matarspänningen till spänningsdelaren och mätbryggan endast tillföres under de tidsperioder då matarspänning tillföres oscillatorn och den andra räknaren. _

5. Värmemängdsmätare enligt patentkravet 4, k ä n - n e t e c k n a d därav, att ett motstånd (R5) är inkopp- lat mellan ett uttag på spänningsdelaren (R2, R3) och den med bryggkopplingens diagonal förbundna änden av den av- kännare (RR), som är anbringad i mediumströmmen nedströms förbrukaren,