Brevet FR2440546A1 — publié le 19800530

La présente invention porte sur un dispositif de mesure de l'émission calorifique des corps de chauffe, utilisant des capteurs de teipérature et un différentiateur pour la mesure des températures. Dans les ensembles d'habitation à chauffage collectif comprenant plusieurs appartements recevant lténergie calorifique provenant d'une source commune, il faut, pour ven- tiler de façon équitable les frais de chauffage, déterminer au moins qualitativement Ou proportionnellement la consom- mation de chaleur de chaque partie. Actuellement, Çela se fait principalement à l'aide d'appareils fonctionnant sui vant le principe de l'évaporateur qui sont fixés aux corps de chauffe dans les différentes pièces.Avec Ces appareils connus, la température de la surface du corps de chauffe est transmise par conduction i l'appareil de mesure à évapo- ration (appareil de mesure auxiliaire), la quantité du liquide contenu dans le tube évaporateur évaporée par unité de temps étant proportionnelle h la température superficielle du corps de chauffe.Ce principe n'est pas utilisable dans la pratique comme procédé de mesure et d'indication, car il offre seulement la possibilité de mesurer une grandeur ana- logique qui ne peut être évaluée que par le service qui réalise l'exploitation et le commerce des appareils de mesure à évaporation. L1usager, lui, est privé de toute possibilité de contr8le. En outre, ces appareils de mesure nécessitent le changement régulier du tube d'évaporation. La mesure des quantités de chaleur suivant le principe de l'évaporation est extreuerent imprécise et dépend de différents facteurs en partie imprévisibles dans la pratique. Le brevet allemand 24 16 749 décrit un dispositif de -e- sure de la consommation d'énergie calorifique d'un local utilisant une mesure différentielle entre la température in térieure et la température extérieure, dans lequel le signal de sortie d'un différentiateur, proportionnel k la diffOren- ce des températures intérieure et extérieure mesurées par les capteurs, est multiplié dans un multiplicateur par un facteur proportionnel à une caractéristique thermique du local.On prend comme caractéristique thermique du local le quotient des besoins de chaleur normalisés par la différence des températures intérieure et extérieure normalisées. En aval du multiplicateur est monté un intégrateur dont le signal de sortie représente une mesure quantitative de la con sommation d'énergie calorifique dans le local. Ce disposi- tif de mesure connu permet une mesure continue et donne i l'usager une indication immédiatoient compréhensible de la consommation d'énergie calorifique dans les locaux.Cette mesure est indépendante du système de chauffage utilisé et fonctionne donc de la même façon avec les chauffages par radiatours, par le sol, par rayonnement par le plafond, par air, par plinthes chauffantes, par convecteurs, etc. Ce dispositif connu permet pour la première fois de mesurer la consommation de chaleur dans les habitations, les groupes de locaux ou les locaux en déterminant le comportement thermo- dynamique des parties de butinent correspondantes et ainsi les caractéristiques de consommation d'un local ou d'un groupe de locaux, car les déperditions de chaleur dans les lo caux voisins moins chauffés ou non chauffés sont prises en con idéation par mesure de la température ambiante. La stricte proportionnalité entre les températures ambiantes et la quan titre de chaleur disponible au total, compte tenu de la puistance de l'installation, dans un bâtiment, peut cependant être altéré par les déperditions de chaleur à l'extérieur des locaux ;oumis à la mesure, par exemple quand les fenê- tres sont ouvertes. La mesure quantitative de l'émission calorifique dans un local n'était Jusqu'ici possible qu'arec des compteurs de chaleur (brevet EUA 3 301 049), qui mesurent le produit du débit d'eau par la différence de température entre l'aller et le retour. Ce système connu est extrSmement lourd, car il faut monter sur chaque corps de chauffe, en plus de son- des de température, des appareils de mesure de débit. L'invention a pour but de permettre la mesure de l'émis- sien calorifique des corps de chauffe avec une dépense en matériel relativement faible et de donner à l'usager une indication immédiatement compréhensible de cette émission calorifique. L'invention, pour atteindre ce but, part du principe qui consiste à affecter à chaque corps de chauffe une caractéris tique Hq qui peut être calculée à partir de sa puissance calorifique déterminée selon DIN 4704 et du fascicule DIN 4703. Ces normes permettent de définir les grandeurs suivantes QN puissance calorifique du corps de chauffe déter- minée selon DIN 4704 (selon tableau du cons tructeur) iiDIN température ambiante d'essai (K) # HKmDIN température moyenne d'essai du corps de chauffe (K) eVDIN température d'aller d'essai du corps de chauffe DRAIN température de retour d'essai du corps de chauffe avec # HK = DIN = #VDIN + #RDIN 2 La caractéristique H introduite par l'invention, qui sert de constante du corps de chauffe, est définie par la formule Hq = QN = (W/K/1,3) (#HKm-DIN - #iDIN) 1,3 Le produit de cette caractéristique Hy, constante pour chaque corps de chauffe, par la différence ##, élevée à la puissance 1,3, des valeurs instantanées de la température moyenne #HKm du corps de chauffe et de la température am- biante #i donne après intégration du temps t au temps t i o z une mesure de la quantité de chaleur Q émise par le corpus de chauffe. Cela stexpriue mathématiquement par la formule sui- vante Partant du dispositif du type indiqué au début, l'inven- tion propose, en utilisant le principe établi précédemment, qu'il soit prévu pour la mesure des températures d'aller et de retour #R des corps de chauffe et de la température ambiante pi des capteurs de température reliés à nn dispositif contenant le différentiateur destiné à calculer la moyenne des signaux do température mesurée, quten aval du disposi- tif d. calcul de la moyenne soient montés un dispositif élevant le signal de sortie de ce dernier à une puissance déterminée et un multiplicateur à facteur aultiplicateur réglable dans lequel le signal de sortie du dispositif de calcul de moyenne élevé à la dite puissance soit multiplié par un facteur proportionnel à une caractéristique H q du corps de chauffe, cette caractéristique H étant le quotient de la puissance calorifique QN du corps de chauffe déterminée selon DIN 4704 par la différence élevée à la puissance 1,3 de la température moyenne d'essai "HKmDIN du corps de chauffe et de la température ambiante d'essai eiDIN et qu'un intégrateur, de façon connue, soit relié au multipli- cateur, le signal obtenu à la sortie du dispositif, représenté tant l'intégrale de la température moyenne multipliée par la caractéristique H q du corps de chauffe et élevée à la puissance 1,3, étant une mesure quantitative de l'émission calorifique du corps de chauffe. Le signal qui apparat t & la sortie du dispositif fournit pour toutes les températures mesurées une mesure quantitative de l'émission calorifique du corps de chauffe ai l'on forme à partir des température. d'aller #y et de retour #R et de la température ambiante #i une doyenne logarithmique ## suivant la formule Pour l'obtention d'un signal de mesure exact et toujours valable, selon une caractéristique de l'invention, les captours de température sont des thermistances reliées pour la formation de la moyenne à un calculateur électrique et ce calculateur est conçu de façon à former la moyenne logarithmique précitée à partir des valeurs instantanées de la température d'aller #v, de la température de retour & et de la température ambiante Si les valeurs instantanées prévues des températures me surées satisfont à la condition #R - #i # 0,7. #v - #i, on peut, en conservant une précision suffisante, simplifier le dispositif de mesure on faisant une moyenne arithmétique des températures. Dans ce cas, selon une autre caractéris- tique de l'invention, les capteurs de température sont des thermistances qui, pour la formation d'une moyenne arithaé- tique ## par formation de différence à partir d'une tempé- rature moyenne du corps de chauffe #HKm = #V + #R 2 et de la température ambiante #i, sont reliées au différen- tiateur, et le signal de sortie du différentiateur est appliqué en tant que signal de moyenne à l'entrée du dispositif d'élévation à une puissance déterminée.De préférence, les capteurs de température sont montés en série. Corme la ca ractéristique H du corps de chauffe est une constante intrin q sèque pouvant être calculée sans difficulté i partir dos grandeurs précitées, on l'introduit une seule fois avant ou après le montage par réglage du multiplicateur. Cette caractéristique du corps de chauffe corrige de façon étonnamment simple la différence mesurée de façon continue entre la tom- pérature moyenne du corps de chauffe et la température am- biante pour donner à la sortie du dispositif, après intAgra- tion dans le temps une mesure quantitative de la quantité de chaleur émise par le corps de chauffe. Le dispositif de l'invention peut entre réalisé avec des composants électriques simples. Les composants utilisés, à savoir le différentiateur, le multiplicateur à facteur ré- glable, le circuit d'élévation à une puissance déterminée, etc. existent en circuits analogiques et en circuits-numéri- ques.En cas d'emploi de circuits numériques, il convient de prévoir à l'endroit approprie en aval des capteurs do tom- pérature un convertisseur analogique-numérique. Dans un di- positif numérique, le dispositif de formation de moyenne et le dispositif d'élévation à une puissance déterminée peuvent être groupés de façon particulièrement simple en un calculateur numérique. En cas d'emploi de composants analogiques, le différentiateur peut store un pont de résistances dans lequel sont montées de façon appropriée les thermistances constituant les capteurs de température. Le dispositif d'élévation à une puissance déterminée peut être par exemple un amplificateur à amplification exponentielle (puissance 1,3). Le multiplicateur peut être de façon connue un amplificateur opérationnel monté en aval du différentiateur avec lequel l'introduction de la caractéristique H du corps de chauffe q se fait au moyen d'une résistance ajustable par une dEriva- tion ramenant le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel à une entré. Il est de préférence prévu pour la mesure de la tenpéra- ture moyenne de chauffage deux capteurs de température placés de façon à mesurer l'un la température d'aller & et l'autre la température de retour oRt ces capteurs, constitués de thermistances, étant montés en série et réunis pour la formation de la moyenne au capteur de température ambian- te, également constitué d'une thermistance. L'intégrateur et le multiplicateur peuvent être monté l'un derrière l'autre dans un ordre quelconque. Pour l'uti- lisation multiple de l'intégrateur, il est cependant avantageux de le monter après le multiplicateur. Dans ce cas, selon une caractéristique de l'invention, les sorties de plusieurs multiplicateurs associés à des corps do chauffe différents sont reliées aux entrées d'un sommateur dent la sortie est reliée à l'intégrateur. A la sortie de l'intégra- teur peut alors Entre produit un signal de comptage représentant une mesure quantitative de la quantité de chaleur émise par plusieurs corps de chauffe. Un exemple de réalisation du dispositif de mesure de l'émission calorifique des corps de chauffe est expliqué en détail ci-après i l'aide du dessin. Dans cet exemple de réalibation, on forme une moyenne arithmétique b partir des valeurs instantanées des températures d'aller et de retour et de la température ambiante, et le dispositif est suffisamment précis pour les valeurs instantanée de température rencon trées dans la pratique, car son signal de sortie-correspond à moins de 1 % près à l'émission calorifique du corps de chauffe. Le dispositif décrit est alimenté par un appareil d'ali- mentation traditionnel 1. En cas d'alimentation par batterie, le capteur de température ambiante peut être associé direc tendent à cet appareil 1, et les deux peuvent être utilisés sous forme d'ensemble complet sans installation extérieure. Appareil d'alimentation 1 fournit à ses sortis par exem- ple une tension continue lissée de 2 x 19 V. Suivant le typa du différentiateur, on peut aussi utiliser un appareil d'alimentation à courant constant. L'appareil d'alimentation 1 alimente un différentiateur qui, dans ltesemple de réalisation décrit, est constitué d'un pont de résistances représenté dans le rectangle en trait mixte 2, qui comprend les résistances RHK, R1 et Ri, et dtun amplificateur différentiel 21. Les deux résistances RHK et Ri montées en série avec la résistance fixe R1 sont des thermistances, RHK représentant le capteur qui mesure la température moyenne du corps de chauffe et Ri le capteur qui mesure la température ambiante.L'amplificateur différentiel 21 a ses entrées reliées respectivement aux jonctions des résistances RHK et R1 et des résistances R1 et Ri S'il est convenablement conçu, il apparat à sa sortie un signal qui correspond à la différence entre la température moyenne du corps de chauffe et la température ambiante La sortie du différentiateur 2, c'est-à-dire de l'ampli- ficateur différentiel 21, est reliée à l'entrée d'un dispositif d'élévation à une puissance déterminée 3 dans lequel le signal d'entrée est élevé à la puissance 1,3 préréglée par l'entrée d'exposant e. Le signal de sortie du dispositif 3 représentant la différence de température ## élevée à la puissance 1,3 est appliqué à un multiplicateur représenté schématiquement dans le rectangle en trait mixte 4. Dans l'exemple de réalisation représenté, ce multiplicateur est constitué d'un amplifica- teur opérationnel 41 dont la sortie est reliée à l'entrée par une boucle de réaction Dans la boucle de réaction est montée une résistance ajustable R qui permet de régler la q caractéristique H du corps de chauffe introduite en tant que facteur multiplicateur. Dans l'exemple de réalisation décrit, le multiplicateur 4 est suivi d'un convertisseur analogique-numérique 5 qui convertit le signal analogique de sortie du multiplicateur en un signal numérique. Un convertisseur approprié est décrit dans le brevet allemand 24 16 749. La sortie numérique du convertisseur 5 est intégrée dans un intégrateur 6, et le signal intégré est affiché sur un indicateur de compteur, non représenté. Après étalonnage, ce dispositif permet une lecture immédiatement compréhensible pour l'usager de la quantité de chaleur, par exemple en kWh, émise par le corps de chauffe. Pour indiquer sur un indicateur de compteur la quantité de chaleur émise par plusieurs corps de chauffe, c'est- & dire pour intégrer ensemble les signaux de sortie de plusieurs multiplicateurs 4 associés à des corps de chauffe différents, on peut monter en aont,soit du convertisseur ana logique-numérique 5, soit de l'intégrateur 6, un sommateur dont les entrées seront reliées aux sorties des multiplicateurs 4 à grouper. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de mesure de l'émission calorifique des corps de chauffe,utilisant des capteurs de température et un différentiateur pour la mesure des températures, caractérisé par le fait qu'il est prévu, pour la mesure des t-upé- ratures d'aller V et de retour BR des corps de chauffe et de la température ambiante #i, des capteurs de température (RHK' Ri) qui sont reliés à un dispositif (2) contenant le différentiateur, destiné à former une moyenne ## des si gnaux de température mesurés, qu'en aval du dispositif de formation de moyenne (2) sont montés un dispositif (3) éle vant le signal de sortie de ce dernier à une puissance dé- terminée et un multiplicateur (4) à facteur multiplicateur réglable (R ) dans lequel le signal de sortie du dispositif q de formation de moyenne (2) élevé à la dite puissance est multiplié par un facteur proportionnel à une caractéristique H q du corps de chauffe, cette caractéristique H étant le quotient de la puissance calorifique 9 du corps de chauffe déterminée selon la norme DIN 4704 par la différence élevée à la puissance 1,3 de la température moyenne d'essai #HKmDIN du corps de chauffe et de la température ambiante d'essai eiDINb etqu'unintégrateur (6), de façon connue, est relié au multiplicateur (4), le signal obtenu à la sortie du dispositif, représentant l'intégrale de la tempéra- ture moyenne multipliée par la caractéristique H du corps q de chauffe et élevée à la puissance 1,3, tant une mesure quantitative de l'émission calorifique du corps de chauffe. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les capteurs de température sont des thermistan- ces (RHig Ri) qui sont reliées pour la formation de la moyenne ne à un calculateur électrique et que ce calculateur est conçu pour former, à partir des valeurs instantanées de la température d'aller #V la température de retour ## et la température ambiante #v, une moyenne logarithmique ## selon #i- la formule 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les capteurs de température sont des thermistances (RHK, Ri) qui, pour la formation d'une moyenne arith métrique par formation de différence & partir d'une température moyenne du corps de chauffe HKm = #v + #R 2 et de la température ambiante #i, sont reliés au différentiateur (2), et que le signal de sortie du différentiateur (2) est appliqué en tant que signal de moyenne 9 l'entrée du dispositif d'élévation i une puissance déterminée (3). 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les capteurs de température (RHK, Ri) sont montés on série. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que 1'intégrateur (6) est monté en aval du multiplicateur (4). 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le multiplicateur (4) est monté en aval de l'intégrateur (6). 7 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les sorties de plusieurs multiplicateurs (4) associés à des corps de chauffe différents sont reliées aux entrées d'un go auteur dont la sortie est reliée à l'lnté- grateur (6).