DE1805592B2 - Anordnung zur Messung von TemperaturdifTerenzen oder Wärmemengen - Google Patents

Description

Teilkreise gebildet wird, welcher Differenzstrom 20

direkt einem an sich bekannten Analog-Digital-Umsetzer (3) mit im wesentlichen gleich
großer Eingangsspannung wie am Differentialkreis zugeführt wird, daß der Analog-Digital- Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Mes-Umsetzer den Differenzstrom in Impulse mit 15 sung von Temperaturdifferenzen oder Wärmemengen einer dem Differenzstrom proportionalen und der in einem strömenden Medium, die einen Temperatur-Spannung umgekehrt proportionalen Frequenz differenzmesser mit zwei Temperaturfühlern entumwandelt, daß ein Torschalter (4) vorhanden hält, bei der ein aus zwei gleichen Teilkreisen mit ist, dessen erster Eingang aa den Ausgang des gleich großer Eingangsspannung bestehender Diffe-Analog-Digital-Umsetzers und dessen zweiter 30 rentialkreis vorbanden ist, wobei jeder der Teilkreise Eingang an einen Impulsgeber (7) angeschlossen mindestens einen die Temperatur des strömenden ist, der eine Impulsreihe liefert, deren impuls- Mediums messenden Temperaturfühler zusammen frequenz dei durchfließenden Menge des Me- mit dem Linearisierungswiderstand enthält,
diums proportional ist, und di } der Ausgang des Solche Meßanordnungen sollen die Möglichkeit Torschalters an den Eingang eines elektroni- 35 der Messung der Wärmeverhältnisse in strömenden sehen Impulszählers (5) angeschlossen ist, dem Medien bieten, z.B. in Wasser, Dampf, öl, Luft die genannten Impulse intermittierend zugeführt usw.; sie sollen genaue Meßergebnisse liefern, ohne werden. i_n der Herstellung teuer zu set·;. Meßanordnungen,

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- die diese Forderungen mehr oder weniger gut erkennzeichnet, daß der Impulsgeber (7) an einen 40 füllen, sind bereits bekannt.

Mengenmesser (8) angeschlossen ist, der jedes- I_n einem bekannten, mechanisch aufgebauten

mal dann einen Impuls an den Impulsgeber ab- Wärmemengenzähler wird ein herkömmlicher elekgibt, wenn eine bestimmte Menge des Mediums trischer Zähler benutzt, der einen Motorzähler entden Mengenmesser durchströmt hat. hält, wobei die Systemscheibe des Zählers dauernd

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- 45 mit einer Geschwindigkeit rotiert, die der Differenz kennzeichnet, daß der Impulsgeber (7) für jeden zwischen Vor- und Rücklauftemperatur proportional Impuls aus dem Mengenmesser (8) an den Tor- ist (deutsche Patentschrift 604 491). Durch diese schalter (4) einen Impuls mit bestimmter Zeit- Ausführung des Zählwerks wird zwar der für die dauer abgibt. Messung ungünstige Vorgang des An- und Aus-

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 50 laufens der Systemscheibe vermieden, es werden bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Differen- jedoch nicht die Nachteile des mechanischen Auftialkreis zwei Transistoren (17. 22) enthält, deren baus eines Meßzählers, wie beispielsweise Trägheit, Eingangsspannungen (U) jeweils die gleiche Raumbedarf und mangelnde Meßgenauigkeit, beGröße haben wie die Eingangsspannung des seitigt.

Analog-Digital-Umsetzers (3). 55 Es sind auch Wärmemengenmesser bekanntgewor-

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- den, in welchen Analog-Digital-Umsetzer zur Umkennzeichnet, daß der Impulsgeber (7) an einen Wandlung der Temperaturdifferenz in Kombination Synchronimpulsgeber (9) angeschlossen ist. mit einem Torschalter verwendet werden (z. B.

6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch ge- »Elektrizitätswirtscbaft«, Jg. 69 [1970], H. 2, S. 35 kennzeichnet, daß der Impulszähler (5) an einen 60 bis 37). Die Erfassung der Temjperaturdifferenz ersummierenden Zähler (11) über eine Anordnung folgt aber bei diesem bekannten Wärmemengenmes-(23) angeschlossen ist, in welcher die Grenz- ser mit Hilfe einer Meßbrücke, die die Temperaturleistuflg durch die Zeit bestimmt wird, während differenz als eine Spannungsdifferenz darstellt, wowelcher eine bestimmte Anzahl von Impulsen bei die Spannungsdifferenz stufenweise abgeglichen ermittelt wird, und welche die ermittelten Im- 65 werden muß, bis sie an dem Eingang eines Nullindipulse, die diese Anzahl überschreiten, bevor die kators zu Null geworden ist, damit der in der Meß-Zeit zu Ende ist, an den summierenden Zähler schaltung vorhandene Torschalter gesperrt wird. (11) sendet. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. eine

T 1 80S 592

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Anordnung zur Messung von Temperaturdifferenzen rät als Warmwassereilhler verwendet und setzt man

oder Wärmemengen in einem strömenden Medium für dif, spezifische Wärme des Wasser - 1 kcal/kg ° C

sw schatten, die aus elektronischen Einheiten auf- und für das spezifische Gewicht = I kg/dm⁸, so wird

gebaut ist und mit welcher eine zuverlässige und jede Einheit des Zahlers

genaue Messung einer Temperaturdifferenz oder s _in„_nn. .. ., ... ... ....

Wärmemenge erzielt wird 1" OQQ K^ca* bei dem kleineren Wasserzähler,

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei 100 QOO kcal bei dem mittelgroßen Wasserzähler,

einer Anordnung der eingangs genannten Art durch ^{l kcal bei dero} ^^{00160 Wasserzabler}'

die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs i Fig.2 zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform

angegebenen Maßnahmen gelost. ₁₀ ^^ Temperaturdifferenzmessers mit den beiden

Durch dtsse Maßnahmen ergibt sich eine Meß- Temperaturfühlern 1 und 2 und dem Differentialanordnung, deren Linearität innerhalb eines Tem- kreis. Von den Sekundärwicklungen 13, 14 und 15 peraturbereichs von —40° C bis +180° C etwa l°/o eines an das Netz angeschlossenen Transformators beträgt und die im Vergleich mit bekannten Meß- 12 werden drei gleich große Spannungen U abgeanordnungen dieser Art eine größere Lebensdauer 15 nommen. Zwei von diesen Spannungen liegen an je bat und mit geringerem Kostenaufwand herstellbar einem Temperaturfühlerkreis, und die dritte liegt an ist dem nachfolgenden Analog-Digital-Umsetzer 3. Die

Die Erfindung wird an Hand der in den Zeich- beiden Temperaturfuhlerkreise sind untereinander nungen dargestellten Ausfuhrungsbeispiele näher er- gleich, weshalb nur der eine, der den Temperaturläutert. Es zeigt 20 fühler 1 enthält, beschrieben wird. In Reihe mit der

Fig. 1 das Blockdiagramm einer Ajasführungs- Wicklung 13 liegen der Temperaturfühler!, ein form einer Anordnung nach der Erfindung für die Widerstand 16 von 400 Ohrr¹ sowie die Basis-Emit-Messung einer Wärmemenge in einem strömenden ter-Strecke eines npn-Transisiors 17. Als Schutz lie-Medium, gen über dieser Strecke ein Gleichrichter 18 mit der

Fig. 2 einen in der Anordnung gemäß Fig. 1 25 Durchlaßrichtung gegen die Basis des Transibiuis

vorgesehenen Temperaturdifferenzkreis und und ein Kondensator 19 zum Kurzschließen hoch-

F i g. 3 einen Grenzleistungsmesser. frequenter Ströme. Parallel zu der Sekundärwicklung

Der Wärmemengenmesser gemäß Fig. 1 enthält 13 liegt eine Reihenschaltung aus einem Gleichricheinen Temperaturdifferenzmesser, der zwei Tempe- ter 20 und einem Kondensator 21, deren Verbinraturfühier 1 und 2 enthält, die in dieiem Falle aus 30 dungspunkt mit Erde verbunden ist, so daß er auch Widerstandsthermometern bestehen, die an die mit dem entsprechenden Punkt in dem Kreis des Spannungen + U und — U angeschlossen sind so- Temperaturfühlers 2 sowie mit geerdeten Punkten wie einen Differentialkreis, in welchem die Differenz in dem Analog-Digital-Umsetzer 3 verbunden ist. zwischen den Strömen in den Widerstandsthermo- Der Transistor 22 in dem anderen Temperaturmetern 1 und 2 gebildet wird. Dieser Differenzstrom, 35 fühlerkreis ist ein pnp-Transistor. Die Kollektoren der ein Maß für die Temperaturdifferenz ist, wird der Transistoren sind direkt miteinander sowie mit einem Analog-Digital-Umsetzer 3 zugeführt, der die der Eingangsseite des Analog-Digital-Umsetzers 3 Differenzströme in Impulse mit einer Frequenz um- verbunden.

wandelt, die proportional zu dem Differenzstrom ist. Während positiver Halbperioden der Spannung U

Diese Impulsfrequenz wird einem elektronischen Im- 40 aus den Sekundärwicklungen 13 und 14 fließen aus

pulszähler 5 über einen Torschalter 4 zugeführt, der der Emitterelektrode des Transistors 17 bzw. zu der

den Impulszug durchläßt, wenn ein Öffnungsimpuls Emitterelektrode des Transistors 22 die Ströme Z₁

aus einem Impulsgeber 7 vorhanden ist. Der Impuls- bzw. /,:

geber 7 sendet einen Impuls von 20 ms Länge jedes- ^

mal dann, wenn er durch einen Impuls von einem 45 Z₁ =

Impulskontakt in einem Mengenmesser 8 beeinflußt ^₁ + 400 wird, der seinen Impulskontakt jedesmal schließt, _uncj
wenn eine gewisse Menge den Mengenmesser 8 passiert hat. Der elektronische Impulszähler 5 summiert j _ ^/ die Impulse und beeinflußt jedesmal einen Zähler 6 50 ~ R₀ + 400 ' (z. B. ein gewöhnlicher Gesprächszähler), wenn die
Zahl der Impulse einen gewissen Wert erreicht hat. wobei R₁ und R₂ Widerstände in den beiden Tem-

In einer praktischen Ausführungsform entspricht peraturfühlern l'und 2 sind. Der Strom / in der

eine Temperaturdifferenz von 0,1⁰C zwischen den Leitung zu dem Analog-Digital-Umsetzer 3 wird Widerstandsthermometern 1 und 2 einem Impuls des 5' dann

Analog-Digital-Umsetzers 3. Der Impulskontakt in / U 1 \ ,.,

dem Mengenmesser 8 liefert vier Impulse je Um- ~ Ii?+ 400 /?„ + 400 /

drehung. Wenn der Mengenmesser 8 ein gewöhn- 1 ' 2

licher Wasserzähler ist, kann eine Umdrehung bei Die Temperaturfühler 1, 2 bestehen aus Widerverschiedenen Größen 1001, 10001 oder 10 0001 60 Standsthermometern mit Nickelwicklung und mit

entsprechen. Der Impulszähler S ist derart dimen- dem Widerstand 100 Ω bei 0° C.

sioniert, daß er an den Zähler 6 einen Impuls abgibt, Für diese Wicklungen gilt mit sehr großer Ge-

wenn er 4000 Impulse von dem Torschalter 4 erhal- nauigkeit

ten hat. Das kann z. B. bedeuten, daß der Mengen- 1 q q~2 L (2)

messer 8 eine Umdrehung macht, d. h. vier Impulse 65 _R _|_ ^qq ' ^ ' ^y ' durch den Impulsgeber 7 an den Torschalter 4 abgibt, wenn der Temperaturunterschied 100⁰C be- wobei R der Widerstand in Ω und / die Temperatur trägt (was 1000 Impulsen entspricht). Wird das Ge- in ⁰C ist.

Wird K = 455170, erhält man Übereinstimmung über einer gewissen Grenzleistung liegenden Über-

mjt den Tabellenwerten bis auf 1 °/o innerhalb des Verbrauches ermöglicht wird, der in einem summie-

Temperaturbereiches von — 40 bis +18O⁰C. renden Zähler 11 registriert wird. Dies kann nuf

Aus den Gleichungen (1) und (2) erhält man: zwei Wegen erreicht werdon. Bei dem einen Weg

5 geht man davon aus, daß eine gewisse Grenzleistung

. _ J_ _ f., _ ν aus der Zeit bestimmt wird, während welcher eine

~ K gewisse Anzahl von Impulsen in einem elektronischen Schalter 23 ermittelt wird. Der elektronische

wodurch gezeigt wird, daß die Temperaturdifferenz Schalter 23 sendet ermittelte Impulse, die diese An-

l ίο zahl, bevor die Zeit zu Ende ist, überschreiten, zu

proportional zu _υ ist. Wenn die Impulsfrequenz in _dem summierenden Zähler 11. Dies kann mit an sich

, . . ... ... , , .. , / bekannten Mitteln, z. B. mit einer Zeituhr und einer

dem Analog-Digital-Umsetzer 3 proportional zu ^- _{Relaiskette odef} „^ T_ransistorkreiscn, ge-

ist, wird also die Frequenz proportional zu der Tem- schehen.

peraturdifferenz. 15 Der andere Weg, den Überverbrauch zu messen,

Der Wärmemengenmesser kann außer für die wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.

Wärmemengenmessung auch für die Messung eines Jeder Impuls aus dem Mengenmesser 8 entspricht

Temperaturunterschiedes (oder einer Temperatur) in dem Impulszähler 5 einer Anzahl von Impulsen,

verwendet Werden. Er wird dann noch mit einem die dem Energieverbrauch seit dem vorhergehenden

Zähler 10 ausgerüstet, der mit einer Nullstellungs- ao Impuls aus dem Mengenmesser 8 entsprechen. Ist

anordnung versehen ist. Da die aus dem Analog- eine längere Zeit verflossen, können viele Impulse

Digital-Umsetzer 3 kommende Impulsfrequenz ein gestattet werden, ohne daß die mittlere Leistung

Maß für die Temperaturdifferenz ist (d.h. bei be- eine gewisse Grenzleistung überschritten hat, wäh-

stimmten Größen des Widerstandes des einen Wider- rend dagegen nur eine kleine Anzahl von Impulsen

Standsthermometers ein Maß für die Temperatur), 35 gestattet werden kann, wenn die Zeit kurz ist. Wird

kann der Torschalter 4 weggelassen werden, wobei die Zeit seit dem vorhergehenden Mengenmesser-

man in dem Impulszähler 5 ein Maß für die Tempe- impuls mit T, die Grenzleistung mit P und die Lei-

ratur bekommt, das in dem Zähler 10 registriert wird. stungsabgabe mit E bezeichnet, wird der Überver-

Dies erfordert aber gewisse Umschaltungen in dem brauch

Impulszähler, die bei einer Anordnung, in der nur 30 E₆ — E — T ■ P.
die Temperatur gemessen werden soll, Berechtigung

haben können. Bei einem Wärmemengenmesser wird Der untere Teil in F i g. 3 ist in derselben Weise

die Anordnung mit einem Impulsgeber 9 versehen, wie in F i g. 1 aufgebaut und mit denselben Bezeich-

der parallel zu dem Impulskontakt des Mengenmes- nungen versehen. Die Anordnung, die einen even-

sers 8 geschaltet wird. Wenn dieser Impulgeber 9 35 tuellen Überverbrauch zeigen soll, ist hinter dem

4000 Impulse über den Impulsgeber 7 an den Tor- Torschalter 4 angeschlossen. Sie besteht aus einem

schalter 4 liefert, entspricht jeder von den Impuls- Oszillator 24, dessen Frequenz zu der Grenzleistung

zähler 5 an den Zähler 10 abgegebene Impuls einer proportional ist. Der Oszillator 24 ist an einen Vor-

Temperaturdifferenz von 0,1⁰C. Dies bedeutet, daß wärts- und Rückwärtszähler 25 angeschlossen, der

der Inhalt des Zählers 10, wenn der Zähler 6 für die 40 nach dem vorhergehenden Mengenmesserimpuls mit

Wärmeeinheiten abgeschaltet ist, eine numerische dem Wert 0 beginnt Wenn der nächste Impuls

Darstellung der herrschenden Temperatur (Tempe- kommt, hat der Zähler 25 einen Wert erreicht, der

raturdifferenzen) bis auf eine Genauigkeit von 0,1⁰C zu dem Wert Γ·Ρ proportional ist. Die Impulse,

ist. Bei weniger genauen Messungen kann man sich die danach den Torschalter 4 passieren, bewirken,

mit einer Auflösung von 1° C begnügen, wobei nur 45 daß der Zähler 25 rückwärts zählt. Wenn der WertO

400 Impulse von dem Impulsgeber 9 gesendet wer- erreicht ist, wird ein Torschalter 26 geöffnet, der

den. Eine derartige Messung der Temperatur bei sowohl an den Torschalter 4 als auch an den Zähler

einem Wärmemengenmesser gibt auch Aufschluß 25 angeschlossen ist und der über die übrigen Im-

dariiber, ob er richtig arbeitet. pulse in einen elektrischen Zähler 27 überführt, det

Die Anordnung gemäß der Erfindung kann derart 50 den Überverbrauchszähler 11 beeinflußt. Der Zählet

abgeändert werden, daß auch die Messung eines 25 wird über die Leitung 29 auf Null gelöscht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 7* Anordnung osch Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsossillator (24) vor-1. Anordnung zur Messung von Temperatur- banden ist, dessen Frequenz einer bestimmten

   differenzen oder Wärmemengen in einem strö- Grenzleistung entspricht, daß ein mit drei Em-

   raendeo Medium, die einen Temperaturdifferenz- 5 gangen und einem Ausgang versehener elektroraesser mit zwei Temperaturfühlern enthält, bei niscber Vorwärts- und Rückwärtszähler (25) und

   der ein aus zwei gleichen Teilkreisen mit gleich ein weiterer Torschalter (26) vorhanden sind,

   großer Eingangsspannung bestehender Differen- der einen Überverbrauch angebende Impulse

   tiaUcreis vorhanden ist, wobei jeder der Teilkreise über einen weiteren Impulszähler (27) an einen

   mindestens einen die Temperatur des strömen- io summierenden Zähler (11) liefert, wad daß der den Mediums messenden Temperaturfühler zu- Vorwärts- und Rückwärtszähler die Summe der

   sammen mit einem Linearisierungswiderstand Impulse aus dem Torschalter (4) von der Summe

   enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulse aus dem Oszillator während der

   der Wert des Linearisierungswiderstandes in Ab- Zeit zwischen zwei Impulsen aus dem Mengen-

   hängigkeit von dem Material des zugehörigen ι* messer (8) subtrahiert und den Rest zu dem Temperaturfühlers (1, 2) gewählt ist, daß die weiteren Torschalter (26) überführt, der, wenn

   Teilkreise so zusammengeschaltet sind, daß ein die Summen gleich sind, öffnet.

   Differenzstrom zwischen den Strömen, die die Teilkreise durchfließen, an den Ausgängen der