DE3322452A1

DE3322452A1 - Vorrichtung zur direkten messung von waermeenergie

Info

Publication number: DE3322452A1
Application number: DE19833322452
Authority: DE
Inventors: Luigi Biassono Milan Cazzaniga
Original assignee: Cazzaniga SpA
Current assignee: Watts Industries Italia SRL
Priority date: 1982-07-15
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1984-01-19
Also published as: SE8303966L; FR2530337B3; SE8303966D0; DK324483A; FR2530337A1; IT8222403A0; DK324483D0; IT1151995B

Description

Vorrichtung zur direkten Messung von Wärmeenergie

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur direkten kontinuierlichen Messung der Wärmeenergie, die mittels eines Strömungsmittels zu einem Tauscher zum Erhitzen oder Kühlen von Räumen übertragen wird, und zur Speicherung und Fernübertragung der Hauptparameter der Vorrichtung.

Es sind Vorrichtungen zur direkten Messung der Wärmeenergie bekannt, die die Verwendung von Signalen proportional zur Temperaturdifferenz zwischen zwei Punkten der Strömungsmittelleitung und zum Volumen der Durchflußmenge vorsehen.

Es sind weiterhin verbesserte elektronische Vorrichtungen bekannt, die einen elektronischen Rechen- und Integriermodul aufweisen, wie die in der Italienischen Patentanmeldung 24091 A/81 beschriebene Vorrichtung, die eine höhere Zuverlässigkeit bei der durchgeführten Messung und eine kontinuierliche Steuerung der Genauigkeit der Messung sicherstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, zu jedem Zeitpunkt eine sofortige Information über die thermischen Parameter der Vorrichtung zu erhalten und sie außerdem zu einer angeschlossenen Empfangsstation fernübertragen zu können.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 4 beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung, Figur 2 ein vollständiges elektrisches Schaltbild.

Figur 3 ein Anschlußschaltbild der die Temperatursensoren bildenden Widerstände und

Figur 4 die Schaltung zur Messung der Widerstände.

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Wie Fig. 1 zeigt, weist die Vorrichtung einen Verarbeitungsmodul 1 auf,.der einen Mikroprozessor enthält, der von einem Netz 2 gespeist wird und zu dem die Signale eines Vtorlauftemperatursensors 3, eines Rücklapftemperatursensors 4 und eines Vοlumensensors 5 gelangen.

Der Verarbeitungsmodul 1 sendet Signale zu einem Volumenzähler 6, einem Energiezähler 7 und in Abhängigkeit von einer Wähltaste 8 zu einer Digitalanzeige 9. Der Verarbeitungsmodul ist außerdem über eine Sammelleitung 10 mit weiteren Datenfernübertragungseinrichtungen verbunden.

Mit 11 bis 15 sind Programmierdaten des Mikroprozessors bezeichnet, und zwar im einzelnen das jedem Impuls des Volumensensors entsprechende Volumen 11, der Umwandlungsfaktor 12 der thermischen Größen, die gewählte Wärmemaßeinheit 13, die Werte 14 des Völumenwärmekoeffizienten K und die Volumenmaßeinheit 15.

Wie Fig. 2 2.eigt, erzeugt der Mikroprozessor 16 ein Taktsignal 17, das einen A/D-Umsetzer 18 steuert.

Der Umsetzer 18 empfängt aufeinanderfolgend von einem Multiplexer 19 Signale, der die Werte von Widerständen bis 2 3 ermittelt.

Die Widerstände 20 und 21 bilden jeweils die Vor- und Hicklauftemperatursensoren 3 und 4, der Widerstand 22 ist ein Vergleichswiderstand und der Widerstand 23 in Null-Bezugswiderstand. Der Umsetzer 18 wandelt die empfangenen Signale in Abhängigkeit vom empfangenen.Taktsignal in Impulse unterschiedlicher Länge um und sendet sie zum Mikropro-

zessor 16, zu dem auch die Signale des an einen Impulsgenerator angeschlossenen Volumensensors 5 gelangen. Die erzeugten Werte werden dann an der Anzeige 9 wiedergegeben, und das Durchlaufvolumen und die verbrauchte Energie werden zu den Zählern 6 und 7 übermittelt, über einen Sender 24 können diese Daten außerdem im BCD-Code zu weiteren Empfangselementen geleitet werden, um zentral mittels einer geeigneten Interface das Lesen, Drucken und/oder Weiterleiten mittels einer Telefonleitung über eine beliebige Entfernung aller gemessener und gezählter Größen (Energie, Volumen) zu ermöglichen. Die übertragene Wärmeenergie, die Durchflußmenge und der Volumenwärmekoeffizient K sind entsprechend der vorherigen italienischen Patentanmeldung 2 4091 A/81 definiert.

Im Programm des Prozessors ist Vorkehrung getroffen, daß für jeden Wert T. und T~ numerisch der mittlere Koeffizient K entsprechend einer vorbestimmten Tabelle eingeführt wird. Auf diese Weise entspricht die ermittelte Energiegröße den effektiven Betriebsbedingungen der Vorrichtung.

Die Temperaturmeßeinrichtung bezieht sich auf einen einzigen Widerstand bekannter und konstanter Größe. Der analoge Abtaster und Multiplexer 19 ermittelt am Eingang der Reihe nach: R , den Widerstand der Vorlaufsonde 3, R₂, den Widerstand des Rücklaufsensors 4, R ,den Vergleichswiderstand 22 und R , den Null-Widerstand 23 gegenüber Masse.

Die Messung dieser Widerstände wird nacheinander durchgeführt und zu dem einzigen A/D-Umsetzer 18 und dann zu dynamischen Speichern des Prozessors übertragen.

Der Übergang vom Analogwert auf den Digitalwert unterliegt keiner Beeinflussung infolge einer Änderung der Spannung, der Bauelemente, der Taktfrequenz des Prozessors usw., da

der Wert von R der Wert zum Zeitpunkt der Messung ist, der als Bezugsmaß verwendet wird.

Diese Messung wird gleichzeitig und unter den gleichen Bedingungen wie die der anderen Werte R und R„ durchgeführt, so daß man eine automatische Korrektur der gemessenen Werte erreicht. Außerdem werden bei der Messung auch die Widerstände der Anschlußleitungen der Sonden berücksichtigt. Die Sonden sind entsprechend dem Schaltbild der Fig. 3 angeschlossen, indem der Widerstand 20 bzw. R , der dem Meßelement 3 der Vorlauftemperatür T, entspricht, zwischen den Anschlüssen 25 und 26 gemessen wird, und der Widerstand. 21 bzw. R₂, der dem Meßelement 4 der Rücklauftemperatur T~ entspricht, zwischen den Anschlüssen 27 und 28 gemessen wird. Man hat somit längs der Meßleitung von T zweimal die Widerstände 29 und 30, die zusammen den Widerstand der Anschlußleitungen der wärmeempfindlichen Elemente der Vorrichtung entsprechen.

Entsprechendes gilt längs der Leitung von T₂. Wenn man den Widerstand 29 mit RFV und den Widerstand 30 mit RFR bezeichnet, erhält man somit:

R^₁ = R₁ + 2 RFV + 2 RFR und R'₂ = R₂ + 2 RFV + 2 RFR.

Das Schaltbild der Fig. 4 zeigt die Art des Anschlusses der gezeigten Schaltung an den Multiplexer 19.

Das Rechenprogramm kann nun den Effektivwert von R, und R₂ ermitteln, indem man einen Koeffizienten o( gewinnt, der durch „

o( = -^t- . C
r

gegeben ist, wobei R der Ausgangswert des Widerstandes ist, R¹ der Wert des Widerstandes 22 bei jeder Messung und C ein fester Wert, der sich in Abhängigkeit von und Rp_R ergibt.

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Der Wert von R. und R₂ wird gewonnen aus:

R₂ = o( . R'₂

wobei R' und R'₂ die gleichzeitig mit R¹ gemessenen Werte sind.

Im Programm ist außerdem die Umwandlung von R, und R₂ in T₁ und Tp vorgesehen, wenn man die Nichtlinearität des in der Sonde verwendeten Platins (z.B. PT 500 0hm/0°C) berücksichtigt.

Die ermittelte Differenz ist daher

Δ φ _ ΓΠ _ φ
1 -2

Die Werte T , T₂ und Δ T werden im Speicher des Prozessors übertragen.

In Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten wird dann entsprechend einem gespeicherten übereinstimmungsgesetz ein Mittelwert in einem geeigneten Intervall des Volumenwärmekoeffizienten K gewählt (siehe Veröffentlichung 846/74 von Dr. Hans Magdeburg PTB Berlin), der bei der gezeigten Ausführungsform zur Volumenmessung in Beziehung steht, die in der Rücklaufleitung des Wärmevektor-Strömungsmittels durchgeführt wird.

Die gespeicherten Volumenimpulse werden mit den entsprechenden ermittelten Werten von ΔT und K multipliziert. Das Ergebnis wird zu einem Speicherregister übertragen, das, wenn die Menge, die einer programmierten Maßeinheit entspricht, erreicht ist, einen Impuls zum Engergiezähler sendet.

Entsprechend werden die Volumenimpulse zu einem Volumenspeicherregister übertragen, das, wenn die vorgewählte

Volumenmaßeinheit erreicht ist, einen Impuls zum Volumenzähler sendet.

Die einzeln ermittelten Werte T , T₂ und A^T können in digitaler Form abgerufen werden.

Die Werte der Stundenleistung und der momentanen Leistung können getrennt auf der Grundlage der aufgenommenen und verfügbaren Daten ermittelt werden, um sie nach Bedarf mittels einer vorbestimmten Zeitbasis darzustellen.

Die Daten T,, T₂, A T, die Stundenleistung und die momentane Leistung können, wie zuvor erwähnt, in den BCD-Code umgewandelt werden.

Die Übertragungsleitungen sind galvanisch vom Verarbeitungsmodul mittels eines Fototransistors isoliert, um keine möglichen Störungen auf der Leitung zu übertragen. Wenn man eine konstante Zeitbasis bei geeigneter Frequenz für die Messungen haben möchte, wie dies bei Verwendung von Netzspannung mit einer von der üblichen Frequenz von 50 Hz abweichenden Frequenz der Fäll ist, kann die Vorrichtung mit einem Zusatzoszillator, der z.B. quarzgesteuert ist, versehen we

Leerseite

Claims

k MM)K KIiNKKH- SCHMm-MLS(A'- ΙΠΚί«<;έΐ:*". - '."". *.* I'ATKNTW W ΛIJK

K 20 344/7

Cazzaniga S.p.A.
Corso Europa 7
MILAN (Italien)

Vorrichtung zur direkten Messung von Wärmeenergie

Ansprü ehe

XJ Vorrichtung zur direkten Messung von Wärmeenergie, die durch ein Strömungsmittel in eine Klimatisierungseinrichtung übertragen wird, bestehend aus einem Mikroprozessor, Vor- und Rücklauftemperatursensoren und einem Volumensensor, der mit einem Einheitsvolumenimpulsgeber ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Mikroprozessor die gemessenen Größen verarbeitet, die Verbrauchsdaten integriert und die Betriebsdaten der Einrichtung auf Abfrage verarbeitet, überträgt und auf einer Digitalanzeige wiedergibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wiedergegebenen Daten der Programmvoluitiencode, der Programmkaloriemetriecode, die Vorlauftemperatur, die Temperaturdifferenz, die Rücklauftemperatur, die . Volumenleistung und die entsprechende momentane thermische Belastung sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsdaten der Einrichtung im BCD-Code fernübertragen werden , um zentral mit einer Interface das Lesen, Drucken und die Weiterübertragung mittels einer Telefonleitung der gemessenen und intergrierten Größen zu ermöglichen.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Vorlauftemperatursensor (3), der in der Strömungsmittel-Vörlaufleitung angeordnet ist, einen Rück lauf temperatulrsens or (4) , der in der Strömungsmittel-Rücklaufleitung angeordnet ist, einen Volumensensor (5), der in der Strömungsmittel-Rücklauf leitung angeordnet ist, und einen an den VoIumensensor angschlossenen Impulsgenerator, um immer dann einen elektrischen Impuls zu erzeugen, wenn ein bestimmtes Rücklaufs trömungsmi tte lvo lumen überschritten wird, wobei die Temperatursensoren und der Impulsgenerator des Volumensensors an einen elektronischen Modul zur Verarbeitung und Anzeige der Wärmeparameter der Klimatisierungseinrichtung angeschlossen sind.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursonden (3, 4) aus Widerständen (20, 21) bestehen und von einem Umschalter bzw. Multiplexer (19) mit einer bestimmten Abtastzeit abgetastet werden, wobei aufeinanderfolgend auch die Messung eines Widerstandes (22) bekannter und konstanter Größe als Größenbezugsmaß und dann zur Steuerung des Nullwertes durchgeführt wird, und wobei weiterhin diese Werte in entsprechende Werte der Temperatur und der Wärmedifferenz umgewandelt werden, die Länge der Anschlußleitungen der Sensoren und die Nichtlinearität des AnsprechVerhaltens der verwendeten Sensoren kompensieren und zu einem logischen Interfacekreis und von diesem entsprechend einem Grundzyklus zu den Speichern des Mikroprozessors übertragen werden.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse des Volumensensors zu einem logischen Interfacekreis und von diesem entsprechend einem Grundzyklus zu den Speichern des Mikroprozessors übertragen werden.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherten Impulse des Volumensensors mit dem entsprechenden Wert der Temperaturdifferenz und des Volumenwärmekoeffizienten, der entsprechend den gemessenen Temperaturen ermittelt wird, multipliziert werden, und daß das
Resultat zu einem Speicherregister übertragen wird,
das aufeinanderfolgende Schaltimpulse zu einem Energiezähler entsprechend der programmierten Maßeinheit sendet.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherten Impulse des Volumensensors zu einem Speicherregister übertragen werden, das" aufeinanderfolgende Schaltimpulse zum Volumenzähler entsprechend der programmierten Maßeinheit sendet.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der
Vor- und Rücklauftemperatur, der Wärmedifferenz, der Stundenleistung und der momentanen Leistung einzeln

! auf der Grundlage der durchgeführten Messungen verar^ beitet werden und nach Bedarf mittels einer Wähltaste abrufbar sind, um sie digital mitte]s einer bestimmten Zeitbas.;s anzuzeigen.

1.0. Vorr.'.chtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,.daß der Volumenwärmekoeffizient entsprechend jedem Vor- und Rücklauftemperaturpaar auf der Grundlage einer gespeicherten Tabelle bestimmt wird.

11„ Von j_ cn tun g nach ein ^m oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernübertragungsleitung der Zählerimpulse von der Vorrichtung
galvanisch isoliert ist.

Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Teil im Deckel des ihn aufnehmenden Gehäuses enthalten ist und durch Abziehen eines Anschlußsteckers abnehmbar ist, ohne die Klemmleiste der elektrischen Anschlüsse zu entfernen.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch interne Akkumulatoren, die den Betrieb auch bei einer vorübergehenden Unter brechung der Netzspannung sichersteller:.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen Zusatzkreis konstanter Frequenz, der für die Messungen der Stundenleistung und der momentanen Leistung unabhängig von der Netzfrequenz eine Zeitbasis sicherstellt.