專利名稱：確定源自熱傳輸流體的熱流量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量熱量的技術(shù)。其涉及用于根據(jù)權(quán)利要求1前序部分來確定源自熱傳輸流體的熱流量的方法。
背景技術(shù)：
兩種流體的二元混合物通常被用于尤其涉及加熱、冷卻或空調(diào)等的終端系統(tǒng)中。眾所周知的二元流體是水/防凍流體混合物，尤其是以水/乙二醇混合物的形式。當(dāng)這樣的混合物或二元流體傳輸熱能并將此能量在循環(huán)液體系統(tǒng)的點(diǎn)處輸送時，當(dāng)所輸送的能量應(yīng)當(dāng)從系統(tǒng)處的特定測量中被計(jì)算時，有必要了解熱傳輸流體的實(shí)際混合率。令人遺憾的是，這樣的二元液體或其他流體混合物的混合率隨時間而變化，例如因?yàn)樗蓮南到y(tǒng)中蒸發(fā)，或水被重新填充，從而改變了混合率。文獻(xiàn)DE102005043699公開了一種用于車輛的傳感單元，其確定車輛的流體系統(tǒng)中防腐蝕介質(zhì)的含量。為確定混合率，測量流體內(nèi)的聲速。文獻(xiàn)DE19533927將容量測量和聲速測量進(jìn)行組合，來確定和控制清洗流體內(nèi)洗滌劑的濃度。文獻(xiàn)DE3741577中公開了一種用于通過引導(dǎo)微波信號穿過所述液體來測量二元流體的混合率的方法和系統(tǒng)。所引用的文件未提及關(guān)于源自熱傳輸流體的熱流量的確定，該熱傳輸流體為不同流體的混合物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于確定源自熱傳輸流體的熱流量的方法，該熱傳輸流體為不同流體的混合物。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供用于執(zhí)行所述方法的熱流量測量裝置。這些以及其他的目的由根據(jù)權(quán)利要求1的方法和根據(jù)權(quán)利要求13的熱流量測量裝置所獲得。根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟:
a)測量所述第一溫度和所述第二溫度之間的溫差；在所述第一和/或第二位置附近的所述流動空間的預(yù)定位置處測量所述熱傳輸流體內(nèi)的聲速；
c)在所述預(yù)定位置處測量熱傳輸流體的絕對溫度；
d)在所述預(yù)定位置處測量體積流量；
e)從所述測量的絕對溫度和所述測量的聲速，確定所述熱傳輸流體的混合率；
f)從所述測量的絕對溫度和所述熱傳輸流體的所述確定的混合率，確定所述熱傳輸流體的密度和比熱；以及
g)從所述測量的溫差、所述測量的體積流量、所述確定的密度和所述確定的比熱，確定源自所述熱傳輸流體的熱流量。
根據(jù)本發(fā)明性方法的一個實(shí)施例，所述熱傳輸流體是兩種流體的二元混合物。特別地，所述熱傳輸流體是水和防凍流體的混合物。更具體地，所述熱傳輸流體是水/乙二醇混合物。根據(jù)本發(fā)明性方法的另一個實(shí)施例，借助于用于特定熱傳輸流體的聲速、絕對溫度與混合率之間關(guān)系的數(shù)據(jù)表，從所述測量的絕對溫度和所述測量的聲速確定所述熱傳輸流體的混合率。替代地，可以借助于特定熱傳輸流體的聲速、絕對溫度與混合率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，從所述測量的絕對溫度和所述測量的聲速確定所述熱傳輸流體的混合率。根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，借助于超聲測量裝置來測量所述熱傳輸流體內(nèi)的聲速。更具體地，超聲測量裝置包括放置在所述流動空間的第一側(cè)處的第一超聲換能器和放置在所述流動空間的第二側(cè)處的第二超聲換能器，使得在所述第一和第二超聲換能器之間行進(jìn)的超聲信號經(jīng)過所述流動空間內(nèi)的流體。特別地，將所述第一和第二超聲換能器相對于所述流動空間內(nèi)的流體流進(jìn)行布置，使得在所述第一和第二超聲換能器之間行進(jìn)的超聲信號具有在所述流體流的方向上的速度分量，在所述第一和第二超聲換能器之間的相反方向上測量聲速，以及從所述相反方向上測量的不同聲速得到體積流量。當(dāng)使用用于聲速測量的特殊裝置時，可從聲速的兩個不同測量，即流動方向上和與流動方向相反的方向上的兩個不同測量，確定流體的流動速度。然后可以從流動速度和流動空間或管的橫截面積計(jì)算出體積流量。然而，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，借助于單獨(dú)的流量計(jì)來測量所述體積流量。根據(jù)另一實(shí)施例，聲速的測量基于測量超聲脈沖在所述第一和第二超聲換能器之間行進(jìn)的渡越時間。更具體地,根據(jù)聲循環(huán)(sing-around)方法來完成聲速的測量。根據(jù)本發(fā)明的熱流量測量裝置包括:
a)第一裝置，用于測量所述第一溫度和所述第二溫度之間的溫差；
b)第二裝置，用于在所述第一和/或第二位置附近的所述流動空間的預(yù)定位置處測量所述熱傳輸流體內(nèi)的聲速；
c)第三裝置，用于在所述預(yù)定位置處測量熱傳輸流體的絕對溫度；
d)第四裝置，用于在所述預(yù)定位置處測量體積流量；
借此，所述第一、第二、第三、第四裝置被連接到評價(jià)單元，該評價(jià)單元基于其從所述第一、第二、第三、第四裝置接收的數(shù)據(jù)來確定所述熱流量。根據(jù)本發(fā)明性熱流量測量裝置的一個實(shí)施例，用于測量溫差的所述第一裝置包括放置于第一位置處的第一溫度探測器和放置于所述第一位置下游的所述第二位置處的第二溫度探測器。更具體地，用于在所述流動空間的預(yù)定位置處測量所述熱傳輸流體內(nèi)的聲速的所述第二裝置，包括被連接到超聲控制單元的超聲測量裝置?；旧?，可從第一和第二溫度探測器的所測量的第一和第二溫度確定絕對溫度。然而，根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，用于在所述預(yù)定位置處測量熱傳輸流體的絕對溫度的所述第三裝置，包括在流動方向上被放置在所述第一和第二溫度探測器之間的第三溫度探測器。根據(jù)另一個實(shí)施例，用于在所述預(yù)定位置處測量體積流量的所述第四裝置，包括單獨(dú)的流量計(jì)。根據(jù)又一個實(shí)施例，提供用于特定熱傳輸流體的聲速、絕對溫度與混合率之間關(guān)系的數(shù)據(jù)表，且評價(jià)單元可以訪問所述數(shù)據(jù)表。根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，所述超聲測量裝置包含至少兩個超聲換能器，布置所述至少兩個超聲換能器，使得在所述至少兩個超聲換能器之間行進(jìn)的超聲信號穿過所述熱傳輸流體。更具體地，將所述至少兩個超聲換能器相對于所述熱傳輸流體的流動方向進(jìn)行布置，使得所述至少兩個超聲換能器之間的測量軌道與所述流動方向以斜角相交。


現(xiàn)在將借助于不同實(shí)施例以及參照附圖來更加詳細(xì)地解釋本發(fā)明。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的熱流量測量裝置；以及
圖2示出了針對具有0、20、40和60%的乙二醇餾分的二元水/乙二醇混合物，聲速對溫度的相關(guān)性的一組曲線特性，當(dāng)聲速和絕對溫度已知時，其可被用于確定混合率。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的熱流量測量裝置10。裝置的中央部分為流動空間11，例如管。流體12，尤其以二元流體的形式，更具體地是以水/防凍流體混合物的形式，或者甚至更具體地是以水/乙二醇混合物的形式，流經(jīng)具有由圖1中的箭頭組所限定的流動方向的所述流動空間11。在流動空間11的左側(cè)處，流體12具有第一溫度Tl，在流動空間11的右側(cè)處，具有低于Tl的第二溫度T2。溫度差或溫差A(yù)T = T1-T2是源自流體12并離開流動空間11的熱流量dQ/dt的結(jié)果(見圖1中的寬箭頭)?？捎缮崞骰驘峤粨Q器等引起熱流量dQ/dt。根據(jù)基本的物理原理(參見例如文獻(xiàn)US4440507)，可以使用下面的方程來確定熱流量dQ/dt:
權(quán)利要求
1.用于確定源自熱傳輸流體(12)的熱流量(dQ/dt)的方法，該熱傳輸流體(12)是至少兩種不同流體的混合物，且其經(jīng)過流動空間(11)從具有第一溫度(Tl)的第一位置流動到具有由于熱流量(dQ/dt)而比所述第一溫度(Tl)低的第二溫度(T2)的第二位置，所述方法包括以下步驟: h)測量所述第一溫 度(Tl)和所述第二溫度(T2)之間的溫差(AT); i)在所述第一和/或第二位置附近的所述流動空間(11)的預(yù)定位置處測量所述熱傳輸流體(12)內(nèi)的聲速(Vs)； j)在所述預(yù)定位置處測量熱傳輸流體(12)的絕對溫度(T)； k)在所述預(yù)定位置處測量體積流量(dV/dt)； I)從所述測量的絕對溫度(T)和所述測量的聲速(Vs)，確定所述熱傳輸流體(12)的混合率； m)從所述測量的絕對溫度(T)和所述熱傳輸流體(12)的所述確定的混合率，確定所述熱傳輸流體(12)的密度和比熱；以及 η)從所述測量的溫差(AT)、所述測量的體積流量(dV/dt)、所述確定的密度和所述確定的比熱，確定源自所述熱傳輸流體(12)的熱流量(dQ/dt)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述熱傳輸流體(12)是兩種流體的二元混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于所述熱傳輸流體(12)是水和防凍流體的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述熱傳輸流體(12)是水/乙二醇混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，借助于用于特定熱傳輸流體(12)的聲速(Vs)、絕對溫度(T)與混合率之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)表(21)，從所述測量的絕對溫度(T)和所述測量的聲速(Vs)確定所述熱傳輸流體(12)的混合率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法,其特征在于借助于特定熱傳輸流體(12)的聲速(Vs)、絕對溫度(T)與混合率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，從所述測量的絕對溫度(T)和所述測量的聲速(vs)確定所述熱傳輸流體(12)的混合率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的方法，其特征在于借助于超聲測量裝置(13)來測量所述熱傳輸流體(12)內(nèi)的聲速(Vs)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，超聲測量裝置(13)包括放置在所述流動空間(11)的第一側(cè)處的第一超聲換能器(14)和放置在所述流動空間(11)的第二側(cè)處的第二超聲換能器(15)，使得在所述第一和第二超聲換能器(14、15)之間行進(jìn)的超聲信號經(jīng)過所述流動空間(11)內(nèi)的流體(12)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，將所述第一和第二超聲換能器(14、15)相對于所述流動空間(11)內(nèi)的流體流進(jìn)行布置，使得在所述第一和第二超聲換能器(14、15)之間行進(jìn)的超聲信號具有在所述流體流的方向上的速度分量，在所述第一和第二超聲換能器(14、15)之間的相反方向上測量聲速(Vs)，以及從在所述相反方向上測量的不同聲速(Vs)得到體積流量(dV/dt)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8的方法，其特征在于，借助于單獨(dú)的流量計(jì)(24)來測量所述體積流量(dV/dt)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9的方法，其特征在于，聲速(Vs)的測量基于測量超聲脈沖在所述第一和第二超聲換能器(14、15)間行進(jìn)的渡越時間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，根據(jù)聲循環(huán)方法來完成聲速(Vs)的測量。
13.用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至12之一的方法的熱流量測量裝置(10)，所述熱流量測量裝置(10)包括: a)第一裝置(16、18)，用于測量所述第一溫度(Tl)和所述第二溫度(T2)之間的溫差(AT)； b)第二裝置(13、19)，用于在所述第一和/或第二位置附近的所述流動空間(11)的預(yù)定位置處測量所述熱傳輸流體(12)內(nèi)的聲速(Vs)； c)第三裝置(17)，用于在所述預(yù)定位置處測量熱傳輸流體(12)的絕對溫度(T)； d)第四裝置(13、24)，用于在所述預(yù)定位置處測量體積流量(dV/dt)； 借此，所述第一、第二、第三、第四裝置(13、16、17、18、19、24)被連接到評價(jià)單元(20)，所述評價(jià)單元(20)用于基于其從所述第一、第二、第三和第四裝置(13、16、17、18、19、24)接收的數(shù)據(jù)來確定所述熱流量(dQ/dt)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的熱流 量測量裝置，其特征在于，用于測量溫差(AT)的所述第一裝置包括放置于所述第一位置處的第一溫度探測器(16)和放置于所述第一位置下游的所述第二位置處的第二溫度探測器(18)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的熱流量測量裝置，其特征在于，用于在所述流動空間(11)的預(yù)定位置處測量所述熱傳輸流體(12)內(nèi)的聲速(Vs)的所述第二裝置，包括被連接到超聲控制單元(19)的超聲測量裝置(13)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的熱流量測量裝置，其特征在于，用于在所述預(yù)定位置處測量熱傳輸流體(12)的絕對溫度(T)的所述第三裝置，包括在流動方向上被放置在所述第一和第二溫度探測器(16、18)之間的第三溫度探測器(17)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16的熱流量測量裝置，其特征在于，用于在所述預(yù)定位置處測量體積流量(dV/dt)的所述第四裝置包括單獨(dú)的流量計(jì)(24 )。
18.根據(jù)權(quán)利要求13至17之一的熱流量測量裝置，其特征在于，提供用于特定熱傳輸流體(12)的聲速(vs)、絕對溫度(T)與混合率之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)表(21)，并且評價(jià)單元(20)可以訪問所述數(shù)據(jù)表(21)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的熱流量測量裝置，其特征在于，所述超聲測量裝置(13)包括至少兩個超聲換能器(14、15)，布置所述至少兩個超聲換能器(14、15)，使得在所述至少兩個超聲換能器(14、15)之間行進(jìn)的超聲信號穿過所述熱傳輸流體(12)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的熱流量測量裝置，其特征在于，將所述至少兩個超聲換能器(14、15)相對于所述熱傳輸流體(12)的流動方向進(jìn)行布置，使得所述至少兩個超聲換能器(14、15)之間的測量軌道與所述流動方向以斜角相交。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定源自熱傳輸流體(12)的熱流量(dQ/dt)的方法，該熱傳輸流體(12)是至少兩種不同流體的混合物，且經(jīng)過流動空間(11)從具有第一溫度(T1)的第一位置流動到具有由于熱流量(dQ/dt)而比第一溫度(T1)低的第二溫度(T2)的第二位置，借此，通過測量所述流體中的聲速來確定所述熱傳輸流體(12)的密度和比熱，且所述熱傳輸流體(12)的密度和比熱被用于確定熱流量(dQ/dt)。
文檔編號G01K17/10GK103201606SQ201180055464
公開日2013年7月10日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者M.林德格倫, C.卡蘭德, P.霍洛赫 申請人:貝利莫控股公司