DE1573189B2 - Klimatechnisches Messgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein klimatechnisches Meßgerät, welches die Ermittlung der Lufttemperatur durch elektrische Meßfühler in einem mit einer Einrichtung zur Zugerzeugung verbundenen Ansaugrohr gestattet, welches Ansaugrohr den Einfluß einer Wärmestrahlung abschirmt.

Ein Meßgerät dieser Art ist nach der US-PS 2 006 469 bekannt. Dabei findet für die Messung von Gastemperaturen ein elektrischer Meßfühler Verwendung, der aus einem Ansaugrohr mit darin befindlichen Thermoelementen und einer Einrichtung zur Zugerzeugung besteht, wobei das Ansaugrohr die Wärmestrahlung abschirmen soll. Um dies zu erreichen, sind Leitungswindungen im Bereich einer mehrfachen Abschirmung innerhalb des Ansaugrohres vorgesehen, durch welche Wärme zugeführt oder abgeführt werden soll.

um einen Temperaturgradienten innerhalb der mehrfachen Abschirmung zu vermeiden.

Weiterhin werden häufig klimatechnische Meßgeräte für die Lufttemperaturmcssung auch für die Regelung von Heizgeräten und Klimatisierungsanlagcn verwendet. Hiermit ist jedoch eine Berücksichtigung der Wärmestrahlung nicht möglich, wenngleich sich die Wärmestrahlung sowohl bei der Abstrahlung an kalte Flächen als auch bei der Zustrahlung, z. B. als Sonnenenergie, spürbar auf den Klimazustand auswirken kann. Die Wärmestrahlung kann andererseits durch Erhitzungsmessungen von Meßkörpern ermittelt werden, die jedoch je nach den bestehenden Wärmeübergangsverhältnissen bei an sich gleicher Lufttemperatur und Wärmestrahlung unterschiedliche Werte ergeben könncn, so daß sie sich für die genannten Regelungszwecke nicht eignen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein klimatechnisches Meßgerät der einleitend beschriebenen Art für Anzeige- und Regelzwecke wciterzuentwickeln, das nicht nur die unverfälschte Messung der Lufttemperatur, sondern zugleich die Messung der Wärmestrahlung ermöglicht. Mit dem Gerät soll ferner aus diesen Meßwerten eine für den sich aus Lufttemperatur und Wärmestrahlung ergebenden Klimazustand kennzeichnende Größe gebildet werden können, die sich zur Regelung der Raumtemperatur eignet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß als Meßfühler ein in eine Widerstandsmeßbrücke eingeschaltetes Widerstandsthermometer vorgesehen ist und daß weiterhin im Ansaugrohr die Vergleichsmeßstelle eines thermoelektrischen Wärmestrahlungsempfängers angeordnet ist und daß die Anschlüsse an den Diagonalmeßstellen der Widerstandsmeßbrücke und am ther·

moelektrischen Wärmestrahlungsempfänger mit einem Mehrfachschalter verbunden sind, der die an ihnen anliegenden Meßspannungen jeweils für sich getrennt oder auch gemeinsam einem einem Anzeigeinstrument und/oder Regler vorgeschalteten Verstärker zuleitet.

Vorteilhaft sind noch veränderbare Widerstände, die sich auf einen Mittelwert in dem für klimatechnische Regelungen zu berücksichtigenden Bereich einstellen lassen in den die Meßspannung des Strahlungsempfängers führenden Leitungen vorgesehen, mittels derer diese Spannung in gleicher Weise von der Strahlungstemperatur abhängig zu machen ist, wie die von der Widerstandsmeßbrücke abgegebene Spannung von der Lufttemperatur abhängt.

Auf diese Weise gelingt es zunächst, die Lufttemperatur praktisch ohne den Einfluß der Wärmestrahlung zu erfassen, wobei die Meßwerteinstellzeit von äußeren, unkontrollierbaren konvektiven Luftströmungen unabhängig ist.

Wesentlich ist nun hierbei weiter, daß die Wärmestrahlung durch die Anordnung der Verglcichsmeßstellen des thermoelektrischcn Strahlungsempfängers im gleichen Luftstrom wie das Meßorgan für die Lufttemperaturmessung liegt. Dadurch wird nämlich zugleich in präziser Weise die Wärmezu- bzw. -abstrahlung in bezug auf einen Körper ermittelt, der die störungsfrei gemessene Lufttemperatur besitzt. Über den Mehrfachschalter kann in einer Schalterstellung die Wärmestrahlung in Energieeinheiten zur Anzeige gebracht werden, während sie in einer anderen Schalterstellung durch die Einschaltung eines veränderbaren Widerstandes in Einheiten der Strahlungstemperatur darstellbar ist. Bei der Dimensionierung und Veränderbarkeit dieses Widerstandes ist rechnerisch davon auszugehen, daß sich die Strahlungstcmperatur durch Multiplikation der Wärmestrahlung mit dem Verhältnis der Abweichung der Lufttemperatur von einem mittels des Widerstandes voreinstellbaren Sollwert der Raumtemperatur zu derjenigen Wärmestrahlung ergibt, die bei einer Strahlungstemperatur bestehen würde, welche um den gleichen Betrag, jedoch in entgegengesetzter Richtung wie die Lufttemperatur vom Sollwert der Raumtemperatur abweicht. Bei einem Sollwert der Raumtemperatur von z. B. 18°C beträgt dieses Verhältnis für eine in unmittelbarer Nähe des Sollwerts liegende Lufttemperatur etwa 0,081, während es für eine in Nähe des Gefrierpunktes liegende Lufttemperatur etwa 0,085 beträgt. Hierbei ist die Dimension dieses Verhältnisses °C/kcal/m²h. Man kann nun den Widerstand so einstellen, daß sich ein mittlerer Umrechnungsfaktor für den zu berücksichtigenden Bereich der Lufttemperatur ergibt. Im Hinblick auf einen möglichst genau vorzunehmenden Ausgleich von Luft- und Strahlungstemperatur ist es hingegen zweckmäßiger, den Widerstandswert durch einen weiteren, im angesaugten Luftstrom liegenden, temperaturabhängigen Widerstand nach Voreinstellung des Sollwertes der Raumtemperatur selbsttätig von der Lufttemperatur abhängig zu machen.

In einer weiteren Schalterstellung wird die der Lufttemperatur entsprechende Meßspannung der Widerstandsmeßbrücke angezeigt, und schließlich können die Meßspannungen der Lufttemperatur und der Strahlungstemperatur in einer anderen Schalterstellung addiert und in dieser Form einem Anzeigeinstrument und/oder Regler zugeführt werden.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen veranschaulicht, die sich auf ein Auslührungsbeispicl beziehen. Darin zeigt

F i g. 1 eine Ausführung des Meßgerätes, während

F i g. 2 die dazugehörige Schaltung wiedergibt.

Das Meßgerät besteht aus dem Gehäuse 1, an das sich das Ansaugrohr 2 anschließt. Beide Teile sind in der Zeichnung gebrochen dargestellt, während das zwischen ihnen liegende Verbindungsstück 3 im wesentlichen die nicht gebrochene Außenansicht wiedergibt. Im Ansaugrohr 2 ist das Widerstandsthermometer 4 angeordnet, dessen beide Anschlußenden isoliert in den Kabelschlauch 5 eingeführt sind und von dort einer nicht in die Zeichnung aufgenommenen Widerstandsmeßbrücke zugeleitet sind. Zur genauen Einstellung der Brückenspeisespannung auf einer bestimmten Lufttemperatur entsprechenden Wert ihrer Diagonalmeßspannung sowie zur laufenden Kontrolle dient ein gleichfalls im Ansaugrohr 2 vorgesehenes Präzisionsquecksilberthermometer 6, dessen Skalenteilung durch einen im Ansaugrohr 2 eingearbeiteten und mit durchsichtigem Material verschlossenen Beobachtungsschlitz sichtbar ist. In Nähe der Ansaugöffnung des Ansaugrohrs 2 ist die Vergleichsmeßstelle 7 des thennoelektrischen Strahlungsempfängers 8 so angeordnet, daß sie im angesaugten Luftstrom liegt. Die Vergleichsmeßslelle 7 ist hier als ein Thermoelement ausgebildet, dessen Anschlüsse mit denen des thermoelektrischen Strahlungsempfängers 8 gegen das Ansaugrohr 2 elektrisch isoliert und mit diesem thermisch leitend verbunden sind. Zu diesen! Zweck sind die Enden der Thermoelementenschenkel 9 nur sehr dünnwandig isoliert, so daß die Wärmeleitung nur unwesentlich verringert ist. Um die abgegebene Meßspannung zu steigern, sind sowohl die Vcrgleichsmeßstelle als auch der thermoelektrische Strahlungsempfänger mit jeweils mehreren, zu einer Batterie geschalteten Thermoelementen ausgestattet, deren Meßspannungen auf die Temperatur des Ansaugrohrs 2 bezogen sind. Durch Gegenschaltung beider Batterien erhält man dabei die auf Lufttemperatur bezogene Wärmestrahlung. Nach außen ist der thermoelektrische Strahlungsempfänger 8 in der Umgebung seiner Empfängerfläche durch eine hinter letzterem angeordnete Ringblende 10 sowie durch seine stirnseitige Gehäusewand 11 gegen unerwünschten Strahlungseinfall abgeschirmt. Darüber hinaus kann er noch mittels eines strahlungsdurchlässigen Filters geschützt werden. Weiterhin liegen noch ein oder zwei temperaturabhängige Widerstände 12 im Ansaugrohr, die für die genaue Einstellung des von der Lufttemperatur abhängigen Umrechnungsfaktors der Wärmestrahlungswerte in Einheiten der Strahlungstemperatur erforderlich sind. Die in der Zeichnung wiedergegebene Anordnung der verschiedenen Meßorgane im Ansaugrohr 2 ist besonders zweckmäßig, weil die Strömungsgeschwindigkeit der angesaugten Luft und damit auch die konvektive Wärmeübergangszahl an den Stellen steigt, wo der Rohrquerschnitt durch massereichere Meßorgane, so z. B. besonders im Bereich des Präzisionsquecksilberthermometers, verengt ist. Damit wird nämlich der an sich größeren Trägheit der massereicheren Meßorgane gegenüber den masseärmeren entgegengewirkt.

Im Verbindungsstück 3 ist der Mehrfachschalter 13 untergebracht, der in die Stellungen I, II, Hl und IV zu schalten ist. Damit können die Meßspannungen so geschaltet werden, daß entweder die Spannung der Wärmestrahlung, der Strahlungstemperatur, der Lufttemperatur oder der Raumtemperatur in einen nicht dargestellten Verstärker eingeführt werden.

Das Ansaugrohr 2 ist vorzugsweise mit einer die

Wärmestrahlung reflektierenden Oberfläche ausgestattet. Ferner ist seine Ansaugöffnung durch ein Sieb 14 abgedeckt, das den mit der Luft angesaugten Staub zurückhält, die Luftströmung vergleichmäßigt und etwa einfallende Wärmestrahlung reflektiert oder wenigstens absorbiert, so daß die Messungen nicht gestört werden können.

Das Gehäuse 1 dient der Aufnahme einer Einrichtung zur Zugerzeugung, die im Falle des gezeigten Beispiels ein Lüftermotor 15 mit einem zentral ansaugenden Flügelrad 16 ist. Dem Flügelrad 16 ist noch eine Blende 17 vorgeschaltet, um Zirkulationsströmungen zu verhindern. Bei dieser Anordnung ist die Zugerzeugung in jeder Lage des Meßgeräts gesichert, man kann es also besonders vorteilhaft als transportables Gerät ausführen und den thermoelektrischen Strahlungsempfänger 8 stets auf die Wärmestrahlungsquelle ausrichten, was besonders für Versuchsmessungen von großer praktischer Bedeutung ist. Das Gehäuse 1 wird dafür zweckmäßig mit einem Handgriff versehen, vt>n dem auch der Schalter 13 mit nur einer Hand betätigt werden kann. Die Anordnung des thermoelektrischen Strahlungsempfängers 8 am entfernten Ende des Ansaugrohrs 2 gewährleistet zugleich, daß die Meßwerte nicht durch die Nähe des mit der Messung Beschäftigten Verfälschungen erfahren.

Für stationäre Zwecke, wie sie vor allem bei Rcgclanlagen vorliegen, können auch beliebig andere Mittel zur Zugerzeugung verwendet werden, so z. B. ein oberhalb des Ansaugrohrs vorgesehener und dort im Gchäuse nach außen wärmeisoliert und nach innen in bezug auf das Ansaugrohr strahlungsgeschützt angeordneter, elektrisch beheizbarer Widerstand, der die Luft im Gehäuse erwärmt und dann bei senkrechter Anbringung des Meßgeräts eine Kaminwirkung erzeugt. Gcgebenenfalls kann dann der thermoelektrische Strahlungsempfänger 8 an einem Gelenk od. dgl. angebracht werden, um seine Ausrichtung auf die Strahlungsquelle zu ermöglichen.

Die zu verwendende Schaltung besteht, wie F i g. 2 zeigt, im wesentlichen aus den Stromkreisen der der Lufttemperaturmessung dienenden Widerstandsmeßbrücke 4" und der thermoelektrischen Anordnung 8" zur Wärmestrahlungsmessung. In der Widerstandsmeßbrücke liegt das Widerstandsthermometer 4', während die thermoelektrische Anordnung durch die der Übersichtlichkeit halber nur einfach dargestellten Thermoelemente 7' und 8' gegeben ist. Die Widerstandsmeßbrücke ist an ihren einen Diagonalanschlüssen über einen veränderbaren Widerstand 18, eine Zener-Diode 19 und den dazugehörigen Widerstand 20 an die Gleiehspannungsanschlüsse 21 angeschlossen. Dadurch wird die Widerstandsmeßbrücke mit einem stabilisierten Gleichstrom gespeist, der am Widerstand 18 exakt so eingestellt werden kann, daß die an den anderen Diagonalanschlüssen der Widerstandsmeßbrücke abgreifbare Meßspannung dem am Präzisionsqueeksilberthermometer 6 ablesbaren Wert entspricht. Die die Meßspannungen der Widerstandsmeßbrücke 4" bzw. der thermoelektrischen Anordnung 8" sind mit je den Widerständen 22 bzw. 23 verbunden, die der Anpassung an den anzuschaltenden Verstärker 24 dienen.

Mit Hilfe des Schalters 13 können wahlweise die den Stellungen 1, II, III bzw. IV entsprechenden Kontakte geschlossen werden. Dabei gelangt in der Stellung I die Meßspannung der thermoelektrischen Anordnung 8" in voller Höhe auf den Verstärker 24 und wird vom Anzeigcinstrumcnt 25 in Energieeinheiten angezeigt. In der Schalterstellung II wird die gleiche Meßspannung über den voreinstellbaren Widerstand 26, dessen jeweiliger Wert dem Sollwert der Raumtemperatur entspricht, sowie über den im Strom der angesaugten Luft liegenden temperaturabhängigen Widersland 12' in einen der Strahlungstemperatur entsprechenden Meßwert umgewandelt, so daß am gleichfalls umschaltbaren Anzeigeinstrument 25 die Strahlungstemperatur abgelesen werden kann. In der Schalterstellung HI kommt die Lufttemperatur zur Anzeige, während schließlich in der Schalterstellung IV die Lufttemperatur und die Strahlertemperatur zur Raumtemperatur zusammengefaßt werden. Ein weiteres Widerstandspaar 12', 26 ist dabei in den unmittelbar von der thermoelektrischen Anordnung 8" führenden Leitungsweg eingeschaltet, um die Wärmestrahlungsmeßspannung entsprechend umzuwandeln. Die letztere Schalterstellung führt mit der Raumtemperatur zu einer Meßgröße, die hervorragend geeignet ist, um unter dem Einfluß von Wärmestrahlungen stehende Klimazustände zu regeln. An Stelle des oder neben das Anzeigeinstrument 25 kann daher auch ein Regler treten, der auf Grund der Abweichungen der Raumtemperatur von ihrem Sollwert die Energiezufuhr zu z. B. einer Wärmestrahlungsqucllc die Kaltluftzufuhr in den zu klimatisierenden Raum steuert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Klimatechnisches Meßgerät, welches die Ermittlung der Lufttemperatur durch elektrische Meßfühler in einem mit einer Einrichtung zur Zugerzeugung verbundenen Ansaugrohr gestattet, welches Ansaugrohr den Einfluß einer Wärmestrahlung abschirmt, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßfühler ein in eine Widerstandsmeßbrükke eingeschaltetes Widerstandsthermometer (4) vorgesehen ist, und daß weiterhin im Ansaugrohr (2) die Vergleichsmeßstelle (7) eines thermoelektrischen Wärmestrahlungsempfängers (8) angeordnet ist, und daß die Anschlüsse an den Diagonalmeßstellen der Widerstandsmeßbrücke und am thermoelektrischen Wärmeslrahlungsempfänger (8) mit einem Mehrfachschalter (13) verbunden sind, der die an ihnen anliegenden Meßspannungen jeweils für sich getrennt oder auch gemeinsam einem einem Anzeigeinstrument (25) und/oder Regler vorgeschalteten Verstärker (24) zuleitet.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß veränderbare Widerstände (12 bzw. 12', 26) in den die Meßspannung des thermoelektrischen Wärmestrahlungsempfängers (8 bzw. 8') führenden Leitungen vorgesehen sind, mittels derer diese Spannung durch Einstellung auf einen Mittelwert in dem für klimatechnische Regelungen zu berücksichtigenden Bereich in gleicher Weise von der Strahlungstemperatur abhängig zu machen ist, wie die von der Widerstandsmeßbrücke abgegebene Spannung von der Lufttemperatur abhängt.

3. Meßgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Ansaugrohr (2) mindestens ein weiterer temperaturabhängiger Widerstand (12) vorgesehen ist, der in eine die Meßspannung des therinoelektrischen Wärmestrahlungsempfängers (8) führende Leitung eingeschaltet ist.

4. Meßgerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsmeßstellc (7) des thermoelektrischen Wärmestrahlungsempfängers als ein Thermoelement ausgebildet ist, dessen Schenkel (9) mit denen des thermoelektrischen Wärmestrahlungsempfängers (8) gegen das Ansaugrohr (2) elektrisch isoliert und mit diesem thermisch leitend verbunden sind.

5. Meßgerät nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugrohr (2) an seiner Ansaugöffnung ein Sieb (14) aufweist und eine die Wärmestrahlung reflektierende Oberfläche besitzt.

6. Meßgerät nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Ansaugrohr (2) zusätzlich ein für Eichzwecke geeignetes Präzisionsquecksilberthermometer (6) vorgesehen ist, dessen Skala durch einen in der Wandung des Ansaugrohrs (2) vorhandenen Schlitz sichtbar ist.

7. Meßgerät nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zugerzeugung ein in einem mit dem oder den Ansaugrohren (2) verbundenen Gehäuse (1) angeordneter Lüftermotor (15, 16) ist.

8. Meßgerät nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zugerzeugung ein in einem oberhalb des oder der Ansaugrohre (2) vorgesehenen und mit diesen ver-

bundenen Gehäuse (1) nach außen wärmeisoliert und nach innen in bezug auf die Ansaugrohre (2) strahlungsgeschützt angeordneter, elektrisch beheizbarer Widerstand ist.

9. Meßgerät nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem Ansaugrohr (2) und dem Gehäuse (1) bestehende Einrichtung transportabel ausgeführt ist, und daß der thermoelektrische Wärmestrahlungsempfänger (8) am Ansaugrohr (2) in Nähe von dessen Ansaugöffnung angeordnet und das den Lüflermotor (15, 16) sowie den Mehrfachschalter (13) enthaltende Gehäuse (1) bzw. Verbindungsstück (3) mit einem Handgriff versehen ist.