DE3221505A1 - Measuring arrangement for domestic energy consumption - Google Patents

Abstract

Arrangement for measuring, evaluating and indicating on a central data display device in technical units and as energy costs as instantaneous value, consumption over relatively large intervals such as day or month for the essential domestic energy consumption of heating oil, natural gas, electrical energy, water and so forth, characterised in that the flow rates of liquid substances such as oil and water are determined via float-type flow meters and the consumption of electrical energy is determined by means of moving coil dynamometers, a measure of the respective consumption being supplied by the penetration of an inductive sensor into a measuring coil, which measure is supplied by carrier frequency via the domestic electrical installation to a data acquisition, computer and data display system which can be installed at any point by plug-in socket connection. <IMAGE>

Description

Meßanordnung für Haushaltenergieverbrauch Die Erfindung betrifft eine vorne-hmlich für den Einsatz im Haushalt geeignete Meßanordnung, die den Jeweiligen, den 24-Stunden und den ilonatsverbrauch an Energie in Form von Heizöl", Gas, elektrischen Strom und Wasser erfaßt und an gut sichtbarer Stelle in der Wohnung anzeigt.Measuring arrangement for household energy consumption The invention relates to a front-ugly measuring arrangement suitable for use in the household, which the 24-hour and the annual consumption of energy in the form of heating oil, gas, electrical Electricity and water recorded and displayed in a clearly visible place in the apartment.

Wie nützlich im Haushalt getrof'ene Energiesparmaßnahmen sind, läßt sich nur erfassen, wenn di hiedurch erreichten Energie und Kosteneinsparungen meßtechn sch erfaßt und den Angehörigen des Haushaltes in leicht verständlicher Form an einer jederman zugängigen Stelle präsentiert werden. Da die Versorgungsunternehmen überwiegend nur noch einmal im 3ahr ihre Zähler ablesen, fällt es im Haushalt oft nicht auf, daß z.B. durch einen deffekten Toilettenspüler ständig Wasser vergeudet wird oder daß unnütz ein Warmwasserbereiter am Netz hängt, dessen warmes Wasser z.Zt. niemand braucht. Der Einbau einer Wärmepumpe kann eine erhebliche Minderung des Ölverbrauches bewirken. Andererseits steigt der Elektroenergiebedarf stark an.How useful the energy-saving measures taken in the household are can only be recorded if the energy and cost savings achieved in this way are measured sch recorded and the members of the household in an easily understandable form at one presented to everyone accessible. Since the utilities predominantly read your counters only once a year, it is often not noticed in the household, that e.g. water is constantly wasted due to a defective toilet flush or that a water heater is uselessly connected to the network, the warm water of which is currently nobody needs. The installation of a heat pump can significantly reduce oil consumption cause. On the other hand, the electrical energy demand increases sharply.

Der umweltbewußte Bürger, der mit der Wärmepumpe Energie sparen wollte, wird somit unbewußt zum Förderer des Baus neuer Kernkraftwerke. Um vorgenannte Schwierigkeiten und Mäßvers tänd -nisse zu vermeiden, ist eine zentrale, jederzeit aussajgefähige Erfassung des Haushaltenergieverbrauches notwendig.The environmentally conscious citizen who wanted to save energy with the heat pump, thus unconsciously becomes a promoter of the construction of new nuclear power plants. To the aforementioned difficulties Avoiding misunderstandings is a central one that can be used at any time Recording of household energy consumption is necessary.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine im Haushalt leicht nachinstallierbare Meßwerterfassung des Energieverbrauches und deren Datenübermittlung an einen kleinen Rechner mit Datensichtanzeige mit geringem Verdrahtungs- und Kosten aufwand bewerkstelligen zu können. Um durch geringe Kosten einen breitgestreuten Einsatz in vielen Haushalten zu ermöglichen, wird eine verminderte Meßgenauigkeit gegenüber amtlichen, geeichten Energieverbrauchszählern in Kauf genommen.The invention is now based on the object of a household Easily installable data acquisition of the energy consumption and its data transmission to a small computer with visual display with little wiring and costs effort to accomplish. In order to achieve a broad range through low costs Making use in many households possible will result in reduced measurement accuracy accepted compared to official, calibrated energy consumption meters.

Neben einer rein psychologischen Wirkung der Energieverbr'auchsanzeige auf alle zum Haushalt gehörenden Personen ist zu erwarten, daß manche in Mode gekommene, dubiose Energiesparmaßnahmen, Sie viel Geld kosteten, aber nichts bringen, vom Markt verschwinden.In addition to a purely psychological effect of the energy consumption display on all persons belonging to the household it is to be expected that some have become fashionable, dubious energy-saving measures, cost you a lot of money, but bring you nothing from the market disappear.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß wie folgt gelöst: Der Verbrauch an Flüssigkeiten wie Heizöl und Wasser wird m. H. von Schwebekörper-Strömungsmessern erfaßt, wobei die relative- Lage des Schwebekörpers in der Spule eines induktiven Gebers über die hierdurch veränderte Induktivität zum Meßwert führt. \ Zur Gasmengenmessung dienen .B. Hitzdrahtanenometer mit zwei beheizten und zwei unbehei z ten Drähten im Brückenviereck. Widerstandsänderungen durch Abkühlung sind das Maß für die Strömungsgeschwindigkeit und bei bekanntem Querschnitt somit auch der Gasmenge.The aforementioned object is achieved according to the invention as follows: The In my opinion, the consumption of liquids such as heating oil and water is determined by variable area flow meters detected, the relative position of the float in the coil of an inductive The encoder leads to the measured value via the inductance changed as a result. \ For gas quantity measurement serve .B. Hot wire anometer with two heated and two unheated wires in the bridge square. Changes in resistance due to cooling are the measure of the flow velocity and, if the cross section is known, also the amount of gas.

Zur elektrischen Wirkleistunsmessung dienen nach dem Dynamomger- oder Tauchspulenverfahren arbeitende Wirkleistungsmesser mit Rückstellkraft durch Gravitation und ggf. Feder, wobei die Spannungsspule mit hohem Wide'rstand und vielen Windungen ähnlich einem Schwebekörper in einer Art Reagenzglas öl gedämpft bei erhöhtem Stromverbrauch in Richtung Stromspule ansteigt, dabei den Tauchkern eines induktiven Gebers weiter in dessen Meßspule schiebt und hierdurch die Erfassung der LeiStung über veränderte Induktivität ermöglicht. 8ei dreiphasiger Hausinstallation erfolgt Summation der Strangwerte analog der Dreiwattmetermethode. For electrical real power measurement, according to the dynamomger- active power meters with restoring force that work through the moving coil method Gravitation and possibly spring, whereby the tension coil with a high Wide'rstand and many Convolutions similar to a float in a kind of test tube oil dampened at increased Current consumption in the direction of the current coil increases, thereby making the plunger core an inductive Encoder pushes further into its measuring coil and thereby the detection of the power made possible by changing the inductance. 8 for a three-phase house installation Summation of the string values analogous to the three watt meter method.

Die Einzelmeßplatzwerte werden m.H. von am elektrischen Hausnetz liegenden Meßwertumrechnern nach Codierung über Trägerfrequenz übers Hausnetz dem Zentralrechner übermittelt.Dieser zeigt den jeweiligen Verbrauch an, und weist nach Integration den Verbrauch der letzten 24 S-tunden und des letzten Monats in technischen Einheiten und im Geldwert aus. Hierzu besteht Möglichkeit zur Eingabe der jeweiligen Marktpreise für Ö1, Elektroenergie, Wasser in gebräuchlichen Einheiten. The individual measuring station values are m.H. from the electrical house network lying measured value converters after coding via carrier frequency via the house network Central computer, which shows the respective consumption and provides evidence Integration of the consumption of the last 24 hours and the last month in technical Units and in monetary value. There is the possibility to enter the respective Market prices for oil, electrical energy, water in common units.

Ein Ausführungsbeispiel ist zeichnerisch dargestellt und im folgenden näher beschrieben.. Es zeigen Fig.l die Anordnung zur Ermittlung des Verbrauchs von Flüssigkeiten wie Heizöl und Wasser Fig.2 ein Tauchspulwattmeter mit induktivem Geber Fig.3 das zentrale Rechner- und Anzeigegerät In Fig.l ist 1 die Wasseruhr, 2 der Anschluß zum Schwebekörper- Strömungsmesser, in welchem der Schwebekörper 3 Je nach Durchflußmenge verschieden hoch in dem sich nach oben konisch erweiterndem, nichtmetallischen Meßrohr 4 aufschwimmt. Der unter Verwendung von Metall oder Ferrit aufgebaute Schwebekörper dringt dabei in die mit Wechseispannung möglichst höherer Frequenz gespeiste Meßspule S ein un( verändert deren Induktivität. Wei Speisung mit konstanter Wechsel spannung ergibt sich ei'n veränderter Strom, bei Schwin(lkreissystemen eine veränderte Frequenz. Zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Ausgangssignal des Auswert- und Codiergerätes 6, das vom Hausnetz 7 versorgt wird und rückwärts in dieses die kodierten Meßwerte über Trägerfrequenz einspeist, kann weitgehend Proportionalität durch Formgebung des Schwebekörpers 3,des Innenrohrkonusses 4, des Wicklungsaufbaus 5 und Materialzusammensetzung des Schwebekörpers 3 (Bsp. Kombination aus Polyäthylen mit weichmagnetischem Ferrit) erreicht werden. Die Komplexibilität dieser Aufgabe erfordert iterierende -Versuchsreihen. Infolge unterschiedlicher Eigenschaften und Mengen von Öl und Wasser sind unterschiedliche Schwebekörpersysteme erforderlich. Der Aufbau des induktiven Gebers 5 und des Auswert- und Codiergerätes 6 können gleich sein.An embodiment is shown in the drawing and below described in more detail .. Fig.l shows the arrangement for determining the consumption of liquids such as heating oil and water Fig.2 a plunger coil wattmeter with inductive Sensor Fig.3 the central computer and display device In Fig.l 1 is the water meter, 2 the connection to the float Flow meter in which the Float 3, depending on the flow rate, different heights in which it is conical upwards expanding, non-metallic measuring tube 4 floats. The one using Metal or ferrite built-up float penetrates into the alternating voltage Measuring coil S on un (which is fed with a frequency that is as high as possible) changes its inductance. If supply with constant alternating voltage results in a changed current, a changed frequency in oscillating circuit systems. Between flow velocity and output signal of the evaluation and coding device 6, which is supplied by the house network 7 and feeds the coded measured values backwards into this via the carrier frequency, can be largely proportional by shaping the float 3, the inner tube cone 4, the winding structure 5 and the material composition of the float 3 (ex. Combination of polyethylene with soft magnetic ferrite). The complexity this task requires iterating tests. As a result of different The properties and quantities of oil and water are different float systems necessary. The structure of the inductive encoder 5 and the evaluation and coding device 6 can be the same.

In Fig.2 ist 8 ein herkömmlicher kWh-Stundenzähler. An einer seiner Ausgangsklemmen liegt die Stromspule' 9 des Tauchspulenwattmeters auf einem Wicklungsträger 10. Dieser umschließt ein flüssigkeitsdichtes Gefäß 11, an dessen Boden 12 im stromlosen Zustand die Spannungsspule 13 liegt. Ihr hoher Widerstand im Gefolge hoher Windungszahl und des Vorwiderstandes 14 bewirkt Fließen eines reinen Wrkstromes IU=U/£R. Die magnetischen Felder der Spannungsspule 13 und der Stromspule 9 versuchen sich bei fließendem Strom zu verketten, wodurch mit steigendem Strom die Spannunqsspule immer mehr in die Stromspule gezogen wird.In Fig. 2, 8 is a conventional kWh hour meter. On one of his Output terminals is the current coil '9 of the plunger coil wattmeter on a winding support 10. This encloses a liquid-tight vessel 11, at the bottom 12 in the currentless State the voltage coil 13 is. Their high resistance in the wake of a high number of turns and the series resistor 14 causes a pure Wrk current IU = U / £ R to flow. the magnetic fields of the voltage coil 13 and the current coil 9 try each other to concatenate flowing current, whereby the voltage coil always with increasing current more is drawn into the current coil.

Schwerkraft und ggf. zugleich zur Stromzufuhr zur Spannungspule dienende Federn 15, 16 wirken als Rückstellkraft bei der Produktbildung aus den Feldern von Strom- und Spannungsspulen. Zur Dämpfung von Schwingungen z.B. bei hohen Einschaltstromstößen von Kochplatten oder mehreren Glühlampen wie auch zur Gewährleistung eines ungehinderten Auf- und Abwärtsgleitens der Spannungsspule dient die Flüssigkeitsfüllung 17 im Gefäß 11. Oberhalb der Spannungsspule 13 und außerhalb des Streufeldes der Stromspule 9 ist auf einem Träger 18 ein metallischer oder ferritischer Körper 19 cingeordnot, der je nach Leistungsverbrauch mehr oder weniger tief in die Meßspule 20 des induktiven Gebers eindringt. Die Auswertung der hierbei auftretenden Induktivitätsänderung erfolgt wie unter Figur 1 beschrieben.Gravity and possibly also serving to supply power to the voltage coil Springs 15, 16 act as a restoring force when the product is formed from the fields of Current and voltage coils. For damping vibrations, e.g. in the event of high inrush currents by hotplates or multiple light bulbs as well as to ensure unimpeded The liquid filling 17 serves to slide the tension coil up and down Vessel 11. Above the voltage coil 13 and outside the stray field of the Current coil 9 a metallic or ferritic body 19 is cingeordnot on a carrier 18, depending on the power consumption more or less deep into the measuring coil 20 of the inductive Intruders. The evaluation of the change in inductance that occurs here takes place as described under FIG.

Die über codierte Trägerfrequenz über die elektrische Hausinstallation von den Meßstellen eingespeisten Daten werden in einem Kleinrechner und Datensichtgerät gemäß Fig. 3 ausgewertet.The coded carrier frequency via the electrical house installation Data fed in from the measuring points are stored in a small computer and data display device evaluated according to FIG. 3.

Im oberen Teil 21 erfolgt die Anzeige des augenblicklichen Verbrauchs von Heizöl, Strom und Wasser. Statt Heizöl kann alternativ der Verbrauch von Erdgas angezeigt werden, wobei z.B.ein Hitzdrahtanenometer die Meßdaten in ein im Vergleich zum induktiven Auswerte- und Codiergerät gerinEgfügig abgewandeltes ohmsches Gerät einspeist.The current consumption is displayed in the upper part 21 of heating oil, electricity and water. Instead of heating oil, you can use natural gas as an alternative can be displayed, e.g. a hot wire anometer comparing the measurement data Slightly modified ohmic device for inductive evaluation and coding device feeds.

Unter Einsatz einer Art elektronischer Stopuhr werden die Leistungsdaten mit Zeitabschnitten multipliziert, gebündelt und in zunehmend größer werdenden Zeitabschnitten zwischengespeichert, bis sich z.B. der Energieverbrauch während der letzten 24 Stunden oder letzten 30 Tage (=Monat) ergibt. Der 24-Stundenwert erscheint in der Sichtanzeige der Spalte 22 sowohl in technischen Einheiten 23 als auch als Kosten in DM 24.Using a kind of electronic stop watch, the performance data multiplied by time segments, bundled and in increasingly larger time segments temporarily stored until, for example, the energy consumption during the last 24 hours or last 30 days (= month). The 24-hour value appears on the display of column 22 both in technical units 23 and as costs in DM 24.

Mit Hilfe der Zifferntasten 25, Löschtaste 26, Ein- und Ausschalttaste 27 z.B. während längerer Urlaubsabwesenheit und Drucken der Tasten EIN 28,29,30 lassen sich die gültigeh Marktpreise für die verschiedenen Energiearten einspeisen , die zur Berechnung der Daten für die Anzeige 24 notwendig sind. Bei Drücken der Tasten MONAT 31ç32,3 erscheint inden Anzeigen der Spalte 22 statt des Tages-der Monatsverbrauch. Technischer Innenaufbau derartiger Rechen- und Datensichtgeräte entsprechen dem bekannten Stand heutiger Technik und bedürfen keiner weiteren Erläuterung.With the help of the number keys 25, delete key 26, on and off key 27 E.g. during a longer absence from vacation and pressing the buttons ON 28,29,30 the valid market prices for the various types of energy can be fed in which are necessary for calculating the data for the display 24. When you press the Keys MONTH 31ç32,3 appears in the displays in column 22 instead of the day of the Monthly consumption. Technical internal structure of such computing and data display devices correspond to the known state of today's technology and do not require any further explanation.

LeerseiteBlank page

Claims (1)

Patentanspruche : Anordnung zur Messung, Auswertung und Anzeige in einem zentralen Datensichtgerät in technischen Einheiten und als Energiekosten als Augenblickswert, Verbrauch während größerer Zeitspannen wie Tag oder Monat für den wesentlichen Haushaltenergieverbrauch an Heizöl, Erdgas, Elektroenergie, Wasser usw., gekennzeichnet durch folgende Merkmale a.- Die Ermittlung der Durchflußmengen flüssiger Stoffe wie Ö1 oder Wasser erfolgt über ein Schwebekörper-Strömungsmesser, -bei dem der metallene oder ferritische Schwebekörper bei seinem Eindringen in die Meßspule eines induktiven Gebers durch Verändern von dessen Induktivität ein Maß für die Durchströmgeschwindigkeit liefert.Claims: Arrangement for measurement, evaluation and display in a central data display device in technical units and as energy costs as Instantaneous value, consumption during longer periods of time such as day or month for the significant household energy consumption of heating oil, natural gas, electrical energy, water etc., characterized by the following features a.- The determination of the flow rates liquid substances such as oil or water are carried out using a float flow meter, -With the metal or ferritic float when it penetrates the Measuring coil of an inductive transmitter by changing its inductance a measure for the flow rate delivers. b.- ')ie Ermittlung des Elektroenergieverbrauchs erfolgt mittels eines Tauchspul-Dynamometers, bei dem die hochohmige Spule des Spannungskreises in einem mit Gleit- und Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Gefäß etwa stromproportional nach oben in die äußere, feststehede Stromspule gezogen wird, dabei einen mit der Spannungsspule mechanisch verbundenen metallischen oder ferritischen körper mehr oder weniger ins Innere Jer Spule eines induktiven Gebers schiebt und durch Veränleerung von dessen Induktivität ein Maß für den jeweiligen lektrlschen Leistungsvecbrauch liefert.b.- ') The electrical energy consumption is determined by means of a Moving coil dynamometer, in which the high-resistance coil of the voltage circuit in one The vessel filled with lubricating and damping fluid is approximately proportional to the current is pulled up into the outer, fixed current coil, one with the voltage coil mechanically connected metallic or ferritic bodies more or less ins Inner jer coil of an inductive transducer pushes and by changing it Inductance provides a measure for the respective electrical power consumption. c. - )ie Versorgung der Einze geräte zur Erfassung von Durchflußnengen in Nachbarschaft uon Wasseruhr, Kilowattstundenzähler, Ind Hauptrohre für Öl oder Gas erfolgt vom elektrischen Hausiletz, das gleichzeitig d..e einzelnen Meßwerte in codierter Form über Trägerfrequenz an die zentrale Datenerfassung, rechner und Datenanzeige weiterleitet, wobei dieses Gerät ohne zusätzliche Leitungsinstallation an beliebiger Stelle der Wohnung durch Steckdosenanschluß aufgestellt werden kannc. -) The supply of the individual devices for recording flow rates in the vicinity uon water meter, kilowatt hour meter, Ind main pipes for oil or Gas comes from the electrical house network, which simultaneously d..e individual measured values in coded form via carrier frequency to the central data acquisition, computer and Data display forwards with this device without additional line installation can be set up anywhere in the apartment by means of a socket outlet