DE1145826B - Vorrichtung zur Umwertung der in automatischen trockenen Kalorimetern gewonnenen elektrischen Messwerte auf einen bestimmten Normalzustand des untersuchten Brenngases - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwertung der in automatischen, trockenen Kalorimetern gewonnenen elektrischen Meßwerte auf einen bestimmten Normalzustand des untersuchten Brenngases, der von dem tatsächlichen Zustand (Druck, Temperatur, Feuchtigkeitsgehalt) abweicht, bei welcher die zur Bestimmung des Heizwertes unter Normalbedingungen notwendigen konstanten und variablen Bestimmungselemente durch feste und variable Widerstände proportionaler Größe dargestellt werden.

Bei den mit Luft oder einem, anderen gasförmigen Stoff als Wärmeträger arbeitenden automatischen Kalorimetern für Brenngase, für die die Bezeichnung trockene Kalorimeter gebräuchlich ist, ist bisher die Anwendung von sogenannten Umwertern, wie man sie bei den mit Wasser als Wärmeträger arbeitenden automatischen Kalorimetern zur Umwertung des Meßwertes auf einen festgelegten Normalzustand verwendet, nicht bekannt. Für genauere Messungen des Heizwertes oder der Verbrennungswärme von Gasen muß von einem festliegenden und bekannten physikalischen Zustand des Brenngases und auch des Wärmeträgers vor dem Kalorimeter ausgegangen werden. Die Ermittlung des Feuchtezustandes bei beiden Stoffen bereitet die meisten Schwierigkeiten, so daß zweckmäßigerweise die Stoffe im vollkommen trockenen oder im feuchtgesättigten Zustand vor dem Kalorimeter zur Verfügung stehen sollen.

Nur bei trockenem Brenngas und Wärmeträger kann ohne Verwendung eines Umwerters der Heizwert oder die Verbrennungswärme, bezogen auf einen Normalzustand, direkt gemessen werden, wobei unter Heizwert der untere Heizwert, unter Verbrennungswärme der obere Heizwert verstanden wird. Geht man jedoch vom meist leichter erreichbaren feuchtgesättigten Zustand der Stoffe aus, so ist ein Umwerter notwendig, wenn die Messung bzw. Anzeige des Meßwertes von Änderungen der Raumtemperatur bzw. der Temperatur der ankommenden Gase unabhängig sein soll.

Der Heizwert eines Brenngases, bezogen auf einen trockenen Normalzustand, ergibt sich z. B. bei mit Wasserdampf gesättigtem Brenngas und ebenfalls gesättigter Luft als Wärmeträger nach der Formel

Hu₀ = L- At (Cp₁, + Jc-Gb- c_pD) kcal/Nm³, (1)

wenn beide Stoffe mit gleichem physikalischem Zustand in das Kalorimeter eintreten. Ein konstanter Druckunterschied zwischen Brenngas und Luft ist bedeutungslos, weil er bei der Eichung berücksichtigt werden kann. Druckunterschiede des Brenngases durch Dichteänderungen infolge Schwankungen in der Gas-Vorrichtung zur Umwertung

der in automatischen trockenen Kalorimetern

gewonnenen elektrischen Meßwerte

auf einen bestimmten Normalzustand

des untersuchten Brenngases

Anmelder:

Ruhrgas Aktiengesellschaft,
Essen, Herwarthstr. 60

Gustav Niedergesäss, Essen
ist als Erfinder genannt worden

Zusammensetzung rufen nur geringfügige Meßfehler von z. B. ±0,1 % bei Druckschwankungen um etwa ±10 mm WS hervor, die man praktisch vernachlässigen kann, wenn sie das Volumenverhältnis zwischen Brenngas und Wärmeträger nicht beeinflussen.
In der Formel (1) bedeutet

Hu₀ = Heizwert in kcal/Nm³ Brenngas,
L = Luftdurchfluß in Nm³/Nm³ Brenngas,
At- Temperaturdifferenz in ⁰C zwischen Lufteintritt und Abgas-Luft-Gemischaustritt,
CpL = spezifische Wärme der trockenen Luft in

kcal/Nm^{3 0}C,
c_v D = spezifische Wärme des Wasserdampfes in

kcal/kg ⁰C,
Gd = Dampfgewicht in kg/m³ bei der jeweiligen Temperatur und Sättigung,
k = Umwertefaktor zur Umrechnung des Dampfgewichtes von kg/m³ feuchter in kg/Nm³ trockener Luft, der identisch ist mit dem zur Umrechnung von m³ gesättigter Luft in Nm³ trockener Luft bzw. Gas.

Während der Wert Gd nur von der Temperatur abhängt, wird k auch vom barometrischen Druck beein-

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flußt und ergibt sich nach der Formel (bei einem Nor- Umwerter eine Fremdspannung bzw. Fremdstrommalzustand 0⁰C, 760 Torr und trocken) quelle benutzt.

Die nachstehend beschriebene Erfindung beseitigt 273 α. t 760 ^^e obenerwähnten Mangel in der Meßgenauigkeit von

k — ——=r— ■ ; (2) 5 automatischen Kalorimetern bzw. den Vorrichtungen

Pg Pd _ΊλΧΐ Umwertung der in automatischen Kalorimetern gewonnenen elektrischen Meßwerte auf einen Normal- t ■= Temperatur der Stoffe vor Eintritt in das zustand.

Kalorimeter, Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur

Pd = Dampfdruck in mm Hg bei Sättigung bei io Umwertung der in automatischen, trockenen Kalorider Temperatur t, meiern gewonnenen elektrischen Meßwerte auf einen

Pg — absoluter Druck des Gases vor der Meß- bestimmten Normalzustand des untersuchten Brennblende oder Meßdüse des Kalorimeters in gases, die dadurch gekennzeichnet ist, daß im Eingangsmm Hg. kreis für die der im Kalorimeter gemessenen Tempera-

15 turdifferenz proportionale elektrische Spannung eine

Es sind bereits Vorrichtungen zur Umwertung oder Reihenschaltung, bestehend aus einem ersten Fest- »Reduzierung« der in Kalorimetern gewonnenen Meß- widerstand, einem als Potentiometer ausgebildeten werte auf einen bestimmten Normalzustand bekannt, zweiten Festwiderstand, dem ein verstellbarer Widerdie jedoch vorzugsweise in Verbindung mit sogenann- stand parallel geschaltet ist, und einem verstellbaren ten nassen, d. h. mit einer Flüssigkeit, insbesondere 20 Kompensationswiderstand, angeordnet ist und im Wasser, arbeitenden Kalorimetern benutzt werden Ausgangskreis der erste Festwiderstand des Eingangssollen. Bei einer dieser bekannten Vorrichtungen wird kreises und der mit diesem in Reihe geschaltete einstelldie Umwertung mit Hilfe eines Thermomanometers bare Teil des zweiten Festwiderstandes angeordnet vorgenommen, das in verschiedener Weise ausgebildet sind, daß der Wert des ersten Festwiderstandes dem sein kann. Mit Hilfe dieses Thermomanometers werden 25 Wert der spezifischen Wärme der Luft proportional ist, Temperatur und Druck des zu untersuchenden Gases, daß der Potentiometerabgriff des zweiten Festwidergegebenenfalls unter Berücksichtigung des Wasser- Standes entsprechend der Eintrittstemperatur des dampfgehaltes, für die Heizwertangabe berücksichtigt. Wärmeträgers und der verstellbare Parallelwiderstand Bei dieser Umwertung wird aber nur der Faktor k der entsprechend dem Absolutdruck und der Temperatur Formel (1) berücksichtigt und nicht separat der Fak- 30 bzw. der Feuchte einstellbar ist und daß die Verstelltor Gj). Außerdem ändert sich bei der bekannten Vor- anordnung des Parallelwiderstandes mit der des Komrichtung mit Änderungen von k der Widerstand der pensationswiderstandes zwecks Erzielung eines kön-Gesamtschaltung, wodurch ein wenn auch meist ge- stanten Eingangswiderstandes der Gesamtanordnung ringfügiger Meßfehler entsteht. Bei einer anderen be- im gegenläufigen Sinne starr gekoppelt ist. kannten Vorrichtung zur Reduzierung des in nassen 35 Der dem »zweiten Festwiderstand« parallel ge=- Kalorimetern gemessenen Heizwertes auf einen Nor- schaltete Widerstand, dessen Größe in Abhängigkeit malzustand wird der zur Reduktion der Heizwertan- vom Absolutdruck und der Temperatur bzw. von der zeige auf den Normalzustand des Prüf gases dienende Feuchte einstellbar ist, entspricht zwar in Aufbau und Widerstand parallel oder in Reihe zur Stromquelle im Wirkungsweise der oben zuerst genannten, bekannten Speisestrom einer Brücke mit Widerstandsthermo- 40 Vorrichtung (Thermomanometer) zur Reduzierung der meiern geschaltet. Bei dieser Vorrichtung wird eben- in Kalorimetern gewonnenen Meßwerte. Dieser Widerfalls nur der Faktor k für die Umwertung berücksich- stand ist jedoch bei der vorliegenden Erfindung nur ein tigt. Darüber hinaus arbeitet die Vorrichtung im Gegen- Teilaggregat des Umwerters, während bei den bekannsatz zu der vorliegenden Erfindung mit einer Fremd- ten Einrichtungen die Umwertung allein mittels des stromquelle. Eine andere bekannte Vorrichtung zur 45 Thermomanometers (das in verschiedener Weise ausAusschaltung verschiedener systematischer Fehler bei gebildet sein kann) erfolgt.

kontinuierlich arbeitenden Kalorimetern unterscheidet Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung an einem

sich ebenfalls grundsätzlich vom Gegenstand der Er- schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel eines findung dadurch, daß erstens die Temperaturdifferenz erfindungsgemäß ausgebildeten Umwerters näher erzwischen Eintritt und Austritt des Wärmeträgers durch 50 läutert. Die absolut dicht geschlossene Meßdose 4 entzwei Widerstandsthermometer in Brückenschaltung ge- hält in ihrem Innenraum ein neutrales Gas und wenige messen wird, deren Meßkreis aus einer Fremdstrom- Tropfen einer geeigneten Flüssigkeit, z. B. Wasser, zu quelle gespeist wird, und daß zweitens die Korrektur seiner Sättigung. Sie reagiert auf Änderungen des der Meßfehler, die durch Unterschiede im Wasser- barometrischen Druckes und der Temperatur, mißt dampfgehalt des gasförmigen Wärmeträgers und des 55 den Faktor k wie bei den bekannten Umwertern und zu untersuchenden Gases bei verschiedenen Tempera- zeigt den Wert mit einem Zeiger auf einer Skala an. türen und Drücken und nichtlinearer Widerstands- Gleichzeitig wird dabei auf dem Widerstand 3 ein dem charakteristik entstehen, sowie solcher, die bei Schwan- Faktor k proportionaler Widerstandswert eingestellt, kungen der Umgebungstemperatur, die auf das Kalori- Eine zweite Meßeinrichtung 6, die nur auf Temperaturmetergefäß einwirken, auftreten, mit Hilfe von zwei 60 änderungen anspricht, zeigt mit ihrem Zeiger auf einer Kompensatoren in Verbindung mit zwei Fremdstrom- Skala das Dampfgewicht pro m^s im Sättigungszustand quellen erfolgt. an und greift auf dem Widerstand 5 einen dem Dampf -

Im Gegensatz zu diesen bekannten Vorrichtungen gewicht pro m⁸ proportionalen Wert ab. Zur Tempewird bei der Vorrichtung nach der Erfindung nicht nur raturmessung kann außer dem beispielsweise in der der in Formel (1) angegebene Faktor k, sondern auch 65 Zeichnung dargestellten auch jedes andere Temperatur- Gd berücksichtigt, und es wird weder bei der Messung meßgerät verwendet werden, dessen Anzeige zur Überder Temperaturdifferenz im Kalorimeter noch in dem tragung des Meßwertes auf den Widerstand 5 geeignet den eigentlichen Erfindungsgegenstand darstellenden ist. Die Eichung der Temperaturmeßeinrichtung in

kg Dampf pro m³ Gas kann mit Hilfe der bekannten Wasserdampftafeln erfolgen.

Die von der Thermosäule des Kalorimeters erzeugte Thermospannung wird durch den veränderbaren Widerstand 1 einmalig dem gewünschten Meßbereich angepaßt. Entsprechend der Klemmenspannung dieses Widerstandes fließt über den Widerstand 2, die parallel geschalteten Widerstände 3 und 5 und den Widerstand 7 ein Meßstrom, dessen Größe allein von der Temperaturdifferenz At im Kalorimeter abhängig ist, weil auf Grund der Schaltanordnung der Gesamtwiderstand der Schaltung stets konstant bleibt. Über die Klemme 8 und 9 wird an den Widerständen 5 und 7 der druck- und temperaturunabhängige und damit auf einen bestimmten Normalzustand bezogene Meßwert in Form einer Spannung abgegriffen und durch einen stromlos messenden Kompensationsverstärker in einen proportionalen Meßstrom umgewandelt, der zu den in z. B. Heizwert pro Nm³ geeichten Meßgeräten fließt.

Die variablen Widerstände der Anordnung können auch so bemessen sein, daß auf ihnen das Produkt aus einer konstanten Größe mit der gemessenen variablen Größe eingestellt wird, z. B. kann der am Widerstand 5 eingestellte Wert dem Produkt Gd · c_vd proportional sein. Die am Widerstand 5 abgegriffene Spannung zwischen dem Schleifkontakt und der Verbindung zum Widerstand 7 ist proportional dem Ausdruck in der Formel (1): k · Gd · c_pd, multipliziert mit L-At. Die Multiplikation mit k geschieht dabei, bedingt durch die Parallelschaltung von 3 und 5, durch den infolge des Schleifkontaktes veränderbaren Widerstandswert des Widerstandes 3. Hierdurch würde sich jedoch der Gesamtwiderstand der Parallelschaltung und damit der Gesamtstromfluß ändern. Um das zu verhindern, dient der gleichzeitig mit 3 veränderbare Widerstand 2, der so dimensioniert ist, daß er die Widerstandsänderung des Gesamtwiderstandes ausgleicht und diesen dadurch stets konstant hält. Der Spannungsabfall am Festwiderstand 7 verhält sich proportional zu dem Glied in Formel (1): L · At · c_pl, worin L und c_pl konstante Werte darstellen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   Vorrichtung zum Umwerten der in automatisch arbeitenden trockenen Kalorimetern gewonnenen elektrischen Meßwerte auf einen bestimmten Normalzustand des zu untersuchenden Brenngases, der von dem tatsächlichen Zustand (Druck, Temperatur, Feuchtegehalt) desselben abweicht und bei welcher die zur Bestimmung des Heizwertes unter Normalbedingungen notwendigen konstanten und variablen Funktionsgrößen durch feste bzw. variable elektrische Widerstände mit den Funktionswerten proportionalen Widerstandswerten nachgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingangskreis für die der im Kalorimeter gemessenen Temperaturdifferenz proportionale elektrische Spannung eine Reihenschaltung, bestehend aus einem ersten Festwiderstand, einem als Potentiometer ausgebildeten zweiten Festwiderstand, dem ein verstellbarer Widerstand parallel geschaltet ist, und einem verstellbaren Kompensationswiderstand, angeordnet ist und im Ausgangskreis der erste Festwiderstand des Eingangskreises und der mit diesem in Reihe geschaltete einstellbare Teil des zweiten Festwiderstandes angeordnet sind, daß der Wert des ersten Festwiderstandes dem Wert der spezifischen Wärme der Luft proportional ist, daß der Potentiometerabgriff des zweiten Festwiderstandes entsprechend der Eintrittstemperatur des Wärmeträgers und der verstellbare Parallelwiderstand entsprechend dem Absolutdruck und der Temperatur bzw. der Feuchte einstellbar ist und daß die Verstellanordnung des Parallelwiderstandes mit der des Kompensationswiderstandes zwecks Erzielung eines konstanten Eingangswiderstandes der Gesamtanordnung im gegenläufigen Sinne starr gekoppelt ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 233 949, 459 743, 952, 514 042, 640 894;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 789 432.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 309 540/200 3.63