DE2504797C2

DE2504797C2 - Wärmemengenmesser

Info

Publication number: DE2504797C2
Application number: DE2504797A
Authority: DE
Inventors: Heinz Kurt Brabrand Brümmer
Original assignee: KAMSTRUP-METRO AABYHOEJ DK AS
Current assignee: KAMSTRUP-METRO AABYHOEJ DK AS
Priority date: 1974-02-22
Filing date: 1975-02-05
Publication date: 1982-06-09
Also published as: DK96374A; DE2504797A1; SE418015B; DK134085C; DK134085B; FI750320A; SE7501965L

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmemengenmesser zum Messen der von einem strömenden Medium abgegebenen Wärmemenge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der genaue Wert der von einem Wärmeverbraucher abgegebenen Wärmemenge (pergibt sich gemäß:

Q= j (hy-hg) -^LdT,

(D

τ = Zeit

hy = Enthalpie des Vorlaufmediums,
h_R = Enthalpie des Rücklaufmediums,
m = Masse des Wassers.

Durch Einsetzen eines /r-Faktors gemäß:
. hy ~ hu dm

At

dv

(2)

mit A t = TemperaturdifTerenz zwischen der Vorlauftemperatur Iy und der Rücklauftemperatur t_R und ν = Volum.n des Mediums ergibt sich die Wärmemenge gemäß:

Q = (At-k-^-άτ. J di

(3)

Gleichung (3) enthält die beiden Größen, die bei üblichen Wärmemengenmessern direkt gemessen werden, nämlich die Temperaturdifferenz At und das Volumen beziehungsweise die Durchflußmenge des

Mediums, bei dem es sich insbesondere um Wasser für Zentralheizungsanlagen handelt

Der Jt-Faktor wird üblicherweise zu k = 1 gesetzt Bei den üblicherweise verwendeten Temperaturen weicht jedoch k ziemlich stark von dem Wert 1 ab, weshalb sich eine ziemlich große Ungenauigkeit ergibt Dieser Fehler kann dadurch korrigiert werden, daß k zu einem etwas niedrigerem Wert gesetzt wird, beispielsweise k = 0,985. Aber auch liier ist die Genauigkeit nicht befriedigend, da k von der Temperatur des Mediums abhängig ist, denn es ist:

k =

mit cp = spezifische Wärme des Mediums,
ρ = Dichte des Mediums,

(4)

wobei beide Werte nichtJinear von der Mediumtemperatur abhängen.

Zur Überwindung dieses Problems ist es gemäß dem eingangs genannten Wärmemengenmesser bekannt (DE-AS 12 78137), eine Korrektur der Wärmemenge für die sich mit der Temperatur ändernden spezifische Wärme und Dichte des Mediums durchzuführen. Bei diesem bekannten Wärmemengenmesser erfolgt die Korrektur mittels Widerständen, die mit Widerständen, die die Summe der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur wiedergeben, reihen- oder parallel geschaltet sind. Dabei ist es offensichtlich unerheblich, an welcher Stelle des Mediumkreislaufes die Durchflußmengenmessung erfolgt. Insbesondere wird nicht berücksichtigt, daß nicht die gleichen Durchflußmengen zum und von dem Wärmeverbraucher wegen der temperaturabhängigen spezifischen Wärme und Dichte strömen.

Bei einem ähnlichen bekannten Wärmemengenmesser (DE-AS 12 74816) erfolgt die Korrektur mittels fester Widerstände in einer Meßbrücke, die auch temperaturabhängige Widerstände enthält, weshalb deren Aiisgangssignal von der Temperaturdifferenz abhängig ist. Auch hier treten die erwähnten Ungenauigkeiten auf.

Schließlich wird bei einem weiteren bekannten Wärmemengenmesser (DE-OS 15 73 232) die. Wärmemenge ausgehend von der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauftemperatur und Rücklaui'temperatur und einer Messung der Menge des durchströmenden Mediums berechnet. Obgleich auch erkannt ist, daß die Dichte des Wassers temperaturabhängig ist, e-folgt offenbar diesbezüglich keine Korrektur, vielmehr wird in einer Brückenschaltung eine der Menge des durchströmenden Mediums entsprechende Größe mit einer der Temperaturdiffe. 2nz entsprechender, Größe multipliziert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine möglichst genaue Wärmemengenmessung durch Korrektur bezüglich der Temperaturabhängigkeit von Dichte und spezifischer Wärme zu erreichen.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. .
Die Erfindung wird durch die Merkmale der

b5 Unteransprüche weitergebildet.

Bei der Erfindung kann mittels einer von der Rücklauftemperatur linear abhängigen Korrekturgröße eine Korrektur erreicht werden, die wesentlich genauer

ist, als die, die mittels der bekannten Wärmemengenmesser erreichbar ist

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß dadurch, daß der i-Faktor linear abhängig von der Rücklauftemperatur geändert wird, eine Korrektur der gemessenen Wärmemenge erreicht werden kann, derart, daß sie innerhalb eines sehr großen Bereichs von Rücklauftemperaturen und Temperaturdifferenzen sehr nahe bei exakt berechneten Werten liegt. Ein einfach ausgebildeter Wärmemengenmesser kann dabei dadurch erreicht werden, daß eine der Temperaturdifferenz entsprechende Impulsfolge und ein von der Durchflußmenge abhängiges Impulssignal, dessen Impulsbreite von der Rücklauftemperatur linear veränderbar ist, zur Berechnung der korrigierten Wärmemenge herangezogen werden.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zsigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Ausfüh; ungsbeispiels eines Wärmemengenmessers gemäß der Erfindung,

Fig.2—4 Kurven zur näheren Erläuterung der Erfindung.

F i g. 1 zeigt einen Wärmeverbraucher 1, dem über eine Vorlaufleitung 2 warmes Wasser als strömendem Medium zugeführt wird und der das durch Abgabe von Wärme abgekühlte Wasser über eine Rücklaufleitung 3 abgibt In der Vorlaufleitung 2 ist ein erster Temperaturfühler 4 angeordnet, der die Vorlauf tempera tür t >/erfaßt und in ein elektrisches Signal umsetzt, das einem Spannungs/Frequenz-Umsetzer 5 zugeführt wird. Ein zweiter Temperaturfühler 4' ist in der Rücklaufleitung 3 angeordnet und setzt die Rücklauftemperatur i« in ein zweites elektrisches Signal um, das ebenfalls dem Spannungs/Frequenz-Umsetzer 5 zugeführt wird.

Der Spannungs/Frequenz-Umsetzer 5 gibt ausgangsseitig ein Impulssignal ab, dessen Wiederholfrequenz f der Differenz zwischen der Vorlauftemperatur tv und der Rücklauftemperatur te proportional ist, d. h.:

(5)

wie eines elektromechanischen Zählers anzeigbar ist und das ein Maß für diejenige Wärmemenge darstellt, die von dem Medium, hier dem Wasser, an den Wärmeverbraucher 1 abgegeben worden ist

Bei der bisher erläuterten Anordnung wurde die temperaturabhängige Änderung der Dichte und der spezifischen Wärme des Mediums noch nicht berücksichtigt Das angezeigte Ergebnis ist somit nur für eine bestimmte Temperaturdifferenz und eine bestimmte Temperatur des Mediums zutreffend.

F i g. 2 zeigt, wie sich die Dichte ρ des Wassers mit der Temperatur t des Wassers ändert Fig.3 zeigt entsprechend wie sich die spezifische Wärme c_p mit der Temperatur ändert Da die spezifische Wärme c_p von der Masse des Wassers und damit von der mit dem Durchflußmengenmesser 6 erfaßbaren Durchflußmenge abhängt, muß eigentlich gefolgert werden, daß für eine Übereinstimmung zwischen den Meßergebnissen und den tatsächlichen Verhältnissen eine außerordentlich komplizierte Korrektur notwendig ist

Jedoch kann durch eine vergleichsweise sehr einfache Korrektur eint außerordentlich gute Annäherung an die exakten Werte erreicht werden.

Fig.4 zeigt die Änderung des Ar-Faktors mit der Temperatur f« des Rücklaufmediums für verschiedene Werte der Temperaturdifferenz At Diese berechneten Werte sind in Fig.4 in Vollinien dargestellt Weiter zeigt Fig.4 eine Sirichlinien-Gerade mit der Gleichung:

40

wobei k\ ein Proportionalitätsfaktor ist.

Mit Hilfe eines Durchflußmengenmessers 6 wird die Menge des durch den Wärmeverbraucher 1 strömenden Wassers gemessen. Der Durchflußmengenmesser 6 gibt jedesmal, wenn eine vorgegebene Wassermenge durchgeströmt ist, einen Impuls an einen monostabilen Multivibrator 7 ab. Der monostabile Multivibrator 7 wird durch jeden eintretenden Impuls getriggert und gibt ausgangsseitig einen Impuls ab, dessen Dauer bzw. Impulsbreite von der Form der ankommenden Impulse unabhängig und dabei so groß ist, daß eine w isentliche Anzahl der am Spannurgs/Frequenz-Umsetzer 5 auftretenden Impulse umfaßt wird.

Das Ausgangssignal des Spannungs/Frequenz-Umsetzei -. 5 wird über eine Leitung 8 dem ersten Eingang eines Zählers 9 zugeführt, und das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 7 wird über eine Leitung 10 einem zweiten Eingang des Zählers 9 zugeführt Der Zähler ist so ausgebildet, daß er die Anzahl de.- Impulse zählt, die während der Dauer des über die Leitung 10 zugeführten Impulses über die Leitung 8 dem ersten Eingang des Zählers 9 zugeführt worden sind.

Durch geeignete Umsetzung der Anzahl der gezählten Impulse und geeignete Dimensionierung der Schaltung, wird ein Meßergebnis am Ausgang des Zählers erreicht, das mittels eines Anzeigeelements 11 k = (1,0057 -0,00033/«).

(6)

Es zeigt sich, daß diese Gerade eine sehr gute Annäherung an die exakten Kurven darstellt; insbesondere ist diese Annäherung wesentlich besser, als die eingangs erwähnte Annäherung gemäß k = 0,985, wobei dieser Wert ebenfalls als Strichlinie in Fig.4 dargestellt ist

Diese Korrektur mittels eines sich linear ändernden k-Faktors wird bei dem in Fig. 1 dargestellten Wärmemengenmesser auf außerordentlich einfache Weise erreicht, und zwar wird das die Rücklauftemperatur te wiedergebende Ausgangssignal des Temperaturfühlers 4' über eine Leitung 12 dem monostabilen Multivibrator 7 als Steuerspannung zugeführt, die die Dauer bzw. Impulsbreite der Ausgangsimpulse des monostabilen Multivibrators 7 steuert. Diese Impulsbreite v\ ergibt sich daher gemäß:

r, = (A:₂ —

wobei ki, A3 und Iu Konstanten sind und wobei der Ausdruck in der Klammer den jt-Faktor darstellt.

Durch den erläuterten Wärmemengenmesser werden mittels einfacher Maßnahmen die temperaturabhängige C'chte und spezifisc' e Wä.me des Wasser., bzw. des strömenden Mediums berücksichtigt, so daß ein Meßergebnis erreichbar ist, das dem exakten Wert außerordentlich gut angenähert ist.

F i g. 1 zeigt weiter eine Leitung 13, die das Ausgangssignal des Durchflußniengenmessers 6 direkt einem Anzeigeelement 14, wie einem elektromechanischen Zähler, zuführt, das zusammen mit dem Anzeigeelement 11 für die Wärmemenge in einem einzigen Gerät 15 vorgesehen sein kann.

Mittels des derart ausgebildeten Wärmemengenmessers wird es durch einfache lineare Korrektur der gemessenen Rücklauf-Durchflußmenge, wobei der kor-

rigierte Wert innerhalb eines sehr großen Bereichs von Rücklauftemperaturen und von Temperaturdiflerenzen nahe dem exakten genauen Wert ist, möglich Meßergebnisse zu erhalten, die diesen exakten Werten weitestgehend entsprechen. Somit ist eine den tatsächlichen Verbrauchsverhältnissen weitestgehend entsprechende Erfassung und damit auch Abrechnung möglich.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmemengenmesser zum Messen der von einem strömenden Medium abgegebenen Wärmemenge, mit

einer Temperaturdifferenz-Meßeinrichtung zum Erfassen der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur des Mediums,
einem Durchflußmengenmesser für das Medium, und einer Recheneinrichtung zum Berechnen der abgegebenen Wärmemenge aus der Temperaturdifferenz und der Durchflußmenge unter Berücksichtigung von Korrekturen bezüglich der spezifischen Wärme und der Dichte des Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußmengenmesser (6) in der Rücklaufleitung (3) angeordnet ist und ein Signal an die Recheneinrichtung (5, 7, 9) abgibt, das linear von nur der Rücklauftemperatur ^veränderbar ist

2. Wärmemengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußmengenmesser (6) Impulse abgibt, deren Impulsbreite durch ein zur Rücklauftemperatur ff«) proportionales Signal gesteuert ist.

3. Wärmemengenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Impulserzeugung ein monostabiler Multivibrator (7) vorgesehen ist.