BE553905A - - Google Patents

Description

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   L'invention concerne un procédé et un dispositif de mesure de la quantité de-chaleur dégagée par un courant de fluide. 



   Les appareils de mesure de quantités de   chaleurcon-   nus et fabriqués dans l'industrie et les procédés de mesure sur lesquels sont basés ces appareils ne donnent pas satisfaction dans la plupart des cas, à cause des erreurs de mesure auxquelles ils donnent lieu ou si leur précision est plus grande à cause de leur prix de revient relativement élevé. Le défaut de précision des mesures effectuées par la plupart des appareils connus est dû principalement au-fait que dans ces appareils oh ne mesure en général que le produit de la différence de température par le débit, sans effectuer de mesure calorimétrique précise. 



   L'invention a donc pour objet un compteur de chaleur de qualité supérieure, dont les mesures sont précises et qui surtout peut être étalonné et en raison de la simplicité de son assemblage est susceptible de satisfaire aux besoins considérables d'appareils permettant de facturer la consommation de chaleur dans des maisons à appartements. 



   Suivant l'invention, on mesure la quantité de chaleur dégagée par un courant de fluide véhicule de chaleur, après qu'il   a'dégagé   la quantité de chaleur à mesurer, en prélevant une quantité de fluide proportionnelle au-courant total, et en la chauffant en permanence à la température existant dans le tuyau d'arrivée, puis en mesurant calométriquement la quantité de chaleur servant à réchauffer le courant partiel sous forme de grandeur proportionnelle à la quantité totale de chaleur dégagée.

   De préférence on réchauffe le courant partiel prélevé en-le faizant passer dans un échangeur de chaleur, disposé dans un calorimètre dont on règle le remplissage de liquide par chauffage 

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 m.esurable à la température du   6 1 arrivée .   En effectuant ce chauffage par l'électricité on   peut   déterminer le travail électrique nécessaire à cet effet au moyen d'un compteur à moteur ordinaire.'
L'appareil de mesure des quantités de chaleur de 1' invention comporte un échangeur de chaleur dans lequel passe un courant partiel du fluide véhicule de chaleur ayant dégagé la chaleur qu'il contient et qui est disposé dans le récipient d'un calorimètre, dont le liquide de re-mplissage.,

   en particulier de l'huile possédant des propriétés de transmission de chaleur satisfaisantes est maintenu à la température du tuyau d'arrivée par une résistance de chauffage électrique réglée en fonction de la température, tandis que pour indiquer la quantité de chaleur électrique dégagée le circuit de chauffage contient un instrument indicateur sous forme de wattmètre.

   Le réglage en fonction de la température du chauffage du calorimètre s'effectue de préférence au moyen d'un montage en pont, qui contient dans deux branches du pont une résistance sensible à la température qui indique la tem- pérature du tuyau d'arrivée et une résistance indiquant la température du liquide du calorimètre, et dans la branche neutre un relais qui en ces de dissymétrie du pont met en circuit la résistance de   chauffage.   On peut faire augmenter la sensibilité d'excitation du relais en contant .en série   un   organe amplificateur par exemple un   transistor.   
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  Suivant une for:..3 i.3 réalisation choisie ,T'e-r-y.b-"'.l.brr->11- ce, l'appareil de mesure fonssionne sous une tension   alterna-   tive et les quantités des chalsur à   mesurer     peuvent être   indiquées par un   conteur   a moteur à courant alternatif. Suivant cette forme de-réalisation dans laquelle la bobine d'intensité du compteur est connectée en série avec la résistance de 

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 chauffage, la bobine de tension correspondante peut être très avantageusement formée par l'enroulement primaire d'un transformateur qui par l'intermédiaire d'un redresseur sec fournit la tension continue nécessaire à l'alimentation du pont. 



   D'autres caractéristiques et détails de l'invention ressortiront de la description détaillée' qui en est donnée ci-après avec le dessin ci-joint a l'appui qui représente un exemple de réalisation choisi de préférence et sur lequel : la figure 1 est'un diagramme de principe de connexions électriques de l'appareil de mesure des quantités de chaleur de l'invention, et la figure 2 est un diagramme de la variation de tempéra- ture dans le courant partiel réchauffé du fluide en cir-   culation.   



   Le compteur de chaleur de l'invention fonctionne d' après le principe de l'équivalent calorifique électrique qui peut être déterminé exactement par un procédé technique de mesure et mesure la quantité de chaleur consommée dans une installation de chauffage, en se basant sur un courant partiel nettement défini du débit total de cette installation. 



   Le compteur de chaleur décrit ci-après consiste en principe en un trajet de mesure, un calorimètre d'échange, un thermorégulateur et un compteur à courant alternatif. 



   La section du trajet de mesure-proprement dit 1 peut, être adaptée aux dimensions du tuyau de retour de l'instal- lation de chauffage et ce trajet est intercalé dans ce tuyau. Un échangeur de chaleur 2, qui comporte une tubulure   d'entrée .3 et   une tubulure de sortie 3' est disposé en parallèle avec le trajet de mesure de façon à prélever au 

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 milieu du courant principal une quantité de fluide proportion- nelle à ce courant. Les débits sont ainsi exactement propor-      tionnells à la quatrième puissance de leurs rayons conformé- 'ment aux résistances à l'écoulement d'après la loi de Hagen- Poiseuille. Ces proportions relatives sont indépendantes du débit, pourvu que l'écoulement ne soit que laminaire.

   On peut pour compenser les tolérances de fabrication déterminer ces proportions exactement par étalonnage avant la mise en service de l'appareil de mesure, 
L'échangeur de chaleur 2 intercalé dans le trajet de mesure consiste   de préférence   en un tuyau en cuivre à paroi mince, enroulé en hélice bifilaire, pour supprimer les phé- nomènes de circulation thermique. Cet échangeur de chaleur 2 est disposé dans un calorimètre par échange qui consiste dans un récipient calorifuge 4 rempli de liquide 5 et de préférence sous forme de vase de Dowar. Le bain d'huile 5 est chauffé par une résistance de chauffage électrique 6 d' une manière décrite plus loin et est maintenu en permanence à une température correspondant à celle du tuyau d'arrivée, en ce qui concerne la quantité de chaleur à céder au fluide à mesurer.

   L'ensemble de l'appareil de mesure est alimenté en courant par un réseau ordinaire à courant alternatif et est connecté   à. des   brones 7 et 8. Une des extrémités de la ré- sistance de chauffage 6 est connectée directement à la borne 8 et l'autre par l'intermédiaire d'un dispositif à contacts de relais 9 et de la bobine d'intensité 10 d'un compteur à moteurs à courant alternatif 11 à l'autre borne 7. Le dispo- sitif à contacts 9 est actionné par la bobine 12 du relais de façon à faire arriver dans l'installation la totalité de la tension du réseau appliquée à la résistance de chauffage 6 lorsque le relais est   excité.

   Etant   donné que le courant de chauffage passant par la résistance de chauffage 6 passe 

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 aussi dans la bobine d'intensité 10, le compteur à moteur 11peut indiquer exactement le nombre dé watts du travail électrique correspondant à la quantité de chaleur électrique nécessaire au calorimètre et par suite au trajet de mesure   1, 3.   



   Les dimensions de la résistance électrique 6 sont choisies de façon à compenser la perte d'énergie due à l'échangeur de chaleur 2'dans le.calorimètre même lorsque le différence d'énergie thermique est maximum. De préférence la résistance de chauffage 6 est montée sous forme concentrée de façon à n'occuper qu'un faible encombrement dans.le bain d'huile   5'et   à assurer en raison du courant calorifique qui s'établit entre le fil de chauffage et l'huile, une turbulence satisfaisante et par suite une rapide égalisation de la température dans le bain du calorimètre. 



   On s'assure que la température dans le calorimètre ainsi que celle du fluide qui sort par le tuyau 3' restent en permanence égales à la température dans le tuyau d'arrivée au moyen d'un thermorégulateur, qui dans un montage en pont relève d'une part la température dans le tuyau d'arrivée et d'autre part dans le bain d'huile du calorimètre. Le réglage s'effectue dans le dispositif de réglage de la figure 1 au moyen   -..'.un pont   à courant continu, dans lequel on compare deux résistances13 et 14 en fonction de la température. La résistance 13 est disposée, ainsi que l'indique le tracé en pointillé, dans une enveloppe posée sur le tuyau d'arrivée 15, de sorte que sa résistance ohmique est fonction de la température dans ce tuyau.

   La résistance 13 est enrobée de préférence dans la paraffine et est recouverte d'une enveloppe en caoutchouc, perbunan,   P.V.C.,   etc.. Liais elle peut aussi être introduite dans le tuyau d'arrivée avec une douille d'immersion. Le remplissage de paraffine qui se 

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 liquéfie par la chaleur sert à transmettre la chaleur et en même temps à isoler la résistance électriquement. 



   La résistance 14 du pont varie comme la résistance 13 en fonction de la température et comme elle est disposée dans le calorimètre en fonction de la température du bain d'huile   5. '    
Les dimensions des deux résistances 13 et 14 sont choisies de façon que le'pont soit en équilibre lorsque la température est la même dans le tuyau d'arrivée et dans le récipient du calorimètre et que le courant ne passe pas dans la branche neutre. Par contre si la température diminue dans le récipient du calorimètre un déséquilibrage s'y établit, le courant passant dans la branche neutre du pont a pour effet d'exciter le relais 12 qui fait passer le courant dans-la résistance de chauffage 6. 



   Les résistances variables en fonction de la température 13 et 14 consistent de préférence en éléments NTC, dont le coefficient de température est supérieur d'une puissance de dix à celui des résistances normales dépendant de la      température et parce que dans le procédé de mesure de l'invention qui représente pratiquement une 'commande de tout ou rien, il n'est pas nécessaire qu'il existe une relation,linéaire entre la température et la résistance. 



  De plus les éléments   NTC   de faible capacité permettent de réaliser un réglage sans inertie. 



   Le pont précité se complète par deux résistances fixes 16 et 17 et un potentiomètre 18, dont la prise de courant mobile 19 servant à l'étalonnage et au réglage forme avec le point de jonction des deux résistances 13 et   14   les bornes de connexion de la branche neutre du pont. 



   On fait augmenter la puissance de commutation en dis- posant dans la branche neutre du pont un transistor dont la 

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 base est connectée au point de jonction des deux résistances 13 et 14 et'l'émetteur à la prise de courant 19 du potentiomètre. La puissance de commutation peut être prélevée, ainsi qu'on peut le voir, par des conducteurs 21 et 22 à un des angles de tension du pont et au collecteur du transistor et être transmise directement à la bobine 12 du relais. On peut obtenir par example au moyen d'un transistor fabriqué par le "Firme Valvo" sous la désignation OC 72 et OC 76, avec une tension du'pont d'environ 30 volts une amplification de la puissance centuple. On a mesuré 'dans un montage d'essai réalisé par la demanderesse un courant du collecteur d'environ 2 mA, qui lorsque le courant passe dans le relais atteint environ 3 mA.

   On peut régler le point de fonctionnement du transistor en choisissant d'une manière appropriée la valeur des résistances 16, 17 et 18 du pont, qui était respectivement dans le montage d'essai précité de 200,300 et 200 ohms. 



  Chaque fois que le relais 12 s'excite, ainsi qu'il a été dit, son armature 23 est attirée et le circuit de chauffage de la résistance de chauffage 6 se complète avec le réseau. La sensibilité de l'excitation du régu-   lateur   précité a été déterminée à la suite d'essais approfondis à une valeur   de +     0,2 Q.   Le condensateur   24   connecté en parallèle avec la bobine 12 du   relais   sert à retarder légèrement la chute du relais.. 



   Le montage en pont est alimenté par le réseau à courant alternatif, connecté aux'bornes 7 et 8 par l'intermédiaire d'un transformateur, dont l'enroulement secondaire 25 alimente le pont en montage de   Graetz par   l'intermédiaire de quatre redresseurs secs. Un condensateur 27 connecté en parallèle par rapport aux angles du pont sert à aplanir davantage la tension. On peut pour faire 

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 l'économie d'un transformateur d'alimentation spécial du pont, former, comme l'indique la.fig. 1, l'enroulement primaire du transformateur par la bobine de tension 28 cu compteur à moteur à courant alternatif 11 pour obtenir la tension induite dans l'enroulement secondaire 25. 



     'Etant   donne que la quantité de chaleur absorbée dans le -calorimètre par le' passage d'un courant partiel du fluide de retour de l'installation de chauffage est au point de vue physique directement proportionnelle au travail électrique consommé et indiqué par le compteur, on peut étalonner le compteur directement en kcal, en tenant compte du rapport de   1000:86.5   de l'équivalent thermo-électrique. Etant donné que le compteur de l'appareil de mesure choisi peut toujours fonctionner au point de sa charge nominale (par exemple entre 0,1 et 1,0 A), il serait particulièrement avantageux de simplifier le compteur, puisqu'on peut renoncer à des possibilités de correction pour de faibles charges et pour les décalages de phases.

   De même les conditions de démarrage et l'influence exercée par les surtensions n'ont aucune importance. On peut alors monter-dans ces-compteurs spéciaux des éléments de commutation supplémentaires, tels que par exemple le montage en pont complet, y compris son alimentation en tension, de sorte qu'il suffit de monter séparément le calorimètre avec trajet de-mesure et thermomètre de mesure de la température du tuyau   d'arrivée.   



   Le diagramme de la fig. 2 représente la variation de la température dans le calorimètre   4,   5. Les diverses grandeurs sont les suivantes : 

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 t' = température dans le tuyau d'arrivée 15, t1" = température du bain d'huile 5   maintenue â   la température du tuyau d'arrivée, t2' = température de retour dans le tuyau 1 avant échange de chaleur, t2" température- de retour dans le tuyau 3 après échange de chaleur. 



   Il ressort des considérations qui précèdent que le procédé de l'invention constitue un moyen, physiquement irré- prochable et   par¯suite,pouvant   être étalonné, de déterminer et de compter la consommation de chaleur. Il permet de cons-      truire un.compteur de chaleur sensiblement moins coûteux- que tous les dispositifs de mesure actuellement connus de cette nature et.par suite de l'employer non seulement comme compteur à distance de chaleur, mais encore comme compteur de la quan- tité de chaleur consommée dans des'appartements munis du chauffage central. 



   La forme de réalisation décrite du principe de l'inven- tion peut encore subir de nombreuses modifications. Par exemple l'appareil de mesure peut être alimenté en totalité en courant provenant d'un réseau à courant continu ou d'une batterie, de nombreuses solutions sont possibles pour régler la température dans le récipient du calorimètre et on peut employer dans le même but par exemple des thermoéléments avec amplificateurs à tubes correspondants.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS : A - Procédé de mesure de la quantité de chaleur dégagée par un fluide en circulation, caractérisé par les points suivants, séparément ou en combinaisons: 1) On prélevé dans un courant d'un fluide véhicule de chaleur, après qu'il a dégagé la quantité de chaleur à mesurer, un courant partiel proportionnel au courant total, on le chauffe en permanence à la température existant dans le tuyau d'arrivée, et on mesure ainsi calorimétriquement la quantité de chaleur transmise au courant partiel sous forme de grandeur proportionnelle à la quantité de chaleur totale dégagée.

   2) Le réchauffage du courant partiel prélevé s'effectue au moyen d'un échangeur de chaleur, disposé dans un calorimètre, dont on règle le liquide de remplissage par un chauffage mesurable à la température du tuyau d'arrivée.

   3) Ce réchauffage s'effectue au moyen d'une résistance de chauffage électrique, dont on mesure la consommation de travail électrique.

   4) On fait arriver le courant dans la résistance de chauffage électrique en fonction de la différence de température entre le courant partiel prélevé et le tuyau d'arrivée.

   B - Appareil de mesure des quantités de chaleur par le procédé précité caractérisé par les points suivants, séparément ou en combinaisons: 1) Un échangeur de chaleur dans lequel passe un courant partiel du fluide véhicule de chaleur, ayant cédé sa chaleur est disposé dans le récipient d'un calorimètre dont' le liquide de remplissage est maintenu par une résistance de <Desc/Clms Page number 11> chauffage électrique réglée, sensible à la température du tuyau d'arrivée et un instrument indicateur indique le nombre de watts de la chaleur électrique dégagée dans le circuit de chauffage.

   2) L'échangeur de chaleur est formé par.' une spirale en tube de cuivre mince.

   3) Il consiste en un tube enroulé en hélice bifilaire.

   4) Le réglage en fonction de la température s'effectue au moyen d'un montage en pont, dans les deux branches duquel sont disposés un élément de commutation électrique tuyau d'arrivée et un'élément indiquant la température du indiquant la température du/liquide du calorimètre, tandis que sa branche neutre contient un relais qui lorsque le pont se déséquilibre met en circuit la résistance de chauffage..

   5) Les éléments sensibles à la température du pont sont formés par des résistances variables en fonction de la tempé- rature, en particulier des éléments NTC, immergés respective- ment dans le fluide du tuyau d'arrivée et dans le liquide du calorimètre 6) Le relais est connecté par l'intermédiaire d'un élé- ment amplificateur, en particulier un transistor, aux angles neutres du pont.

   7) le relais de commutation de la résistance de chauf- fage est connecté à un angle de tension du pont et au collec- teur d'un transistor) dont la base et l'émetteur sont, sonnec- tés aux anges neutres du pont.

   8) La chute du relais de commutation excité par la branche neutre du pont est retardé.

   9) Une des bornes de la branche neutre du pont.servant à étalonner.l'appareil de mesure est formée par une prise de <Desc/Clms Page number 12> courant d'un potentiomètre, qui est intercalé entre les deux branches adjacentes correspondantes du pont.

   10) L'instrument indiquant le nombre de watts est un compteur.

   11).La résistance de chauffage est alimentée par une- tension alternative et sa consommation de courant est mesurée par un compteur à courant alternatif, dont la bobine de tension' est disposée dans le circuit de chauffage.

   12) La tension du pont est prélevée par l'intermédiaire d'un redresseur dans l'enroulement secondaire d'un transforma- teur, dont l'enroulement primaire est formé par la bobine de tension d'un compteur à courant alternatif.

   13) La tension du.pont est redressée par des redresseurs secs à montage de Graetz.

   14) L'élément de chauffage du calorimètre occupe un en- combrement relativement concentré de façon à provoquer une -turbulence et une transmission de chaleur satisfaisantes dans le liquide du calorimètre.