Trocha historie nikoho nezabije – mechanické měřiče tepla

Měření tepla na patách objektů zaznamenalo v ČR a SR v posledních 25 letech nebývalý rozmach.

Skutečnost, že se před 40 roky celkem běžně používaly k měření tepla měřiče pracující na čistě mechanickém principu – bez jediné elektronické součásti, se zdá nyní stěží uvěřitelná. A přesto je tomu tak. Historické, čistě mechanické měřiče tepla zvládaly nejen měřit teplotu přívodu i zpátečky a průtok teplonosné látky, ale také počítat teplotní diferenci a hodnoty navzájem násobit podle kalorimetrické rovnice.

Principiálně všechny mechanické měřiče tepla pracovaly na obdobném principu a byly tvořeny těmito částmi:

• mechanický rychlostní (obvykle vícevtokový nebo Woltmann) nebo objemový průtokoměr,
• kapalinová teplotní čidla s kapilárním vedením, šneková bourdonova trubice,
• u některých typů vahadlový systém pro „výpočet“ DT,
• mechanická násobička.

Průtokoměry se konstrukčně nelišily v ničem od dosud po­užívaných mechanických průtokoměrů. Vzhledem k dřívějším technologickým možnostem, nebyly jejich vnitřní díly plastové. Vlastní kalorimetrické počítadlo bylo z průtokoměru vždy odnímatelné a bylo opatřeno mechanickou spojkou. Spojka mohla být provedena jako jednosměrná, což zamezovalo odečítání hodnoty kumulované energie při zpětném průtoku. Kalorimetrické počítadlo (stejně jako průtokoměr) mohlo i nemuselo být opatřeno počítadlem kumulované hodnoty protečeného množství teplonosného média.

Další podstatnou částí kalorimetrického počítadla byla dvě kapalinová teplotní čidla s kapilárním vedením na straně kalorimetrického počítadla, opatřená šnekovou bourdonovou trubicí. Ta převáděla teplotu na úhel natočení. Obě trubice byly často spojeny vahadlovým systémem, jehož posuv nebo natočení odpovídalo DT = T_přívodu – T_zpátečky. Vahadlo bylo spojeno s ukazatelem DT.

Srdcem kalorimetrického počítadla byla mechanická násobička. Princip byl vcelku jednoduchý, ale mechanické provedení bylo poměrně složité. Základní princip spočíval v tom, že mezi hřídelí průtokoměru a počítadlem kumulované energie byla vsazena spojka, která zabírala pouze po dobu části otáčky hřídele. Poměr úhlu, po který byla spojka v záběru a jeho doplňku do 360°, byl závislý na DT. Zatímco počítadlo kumulované hodnoty protečeného množství teplonosného média načítalo kontinuálně, počítadlo kumulované hodnoty energie načítalo přerušovaně – v části otáčky hřídele průtokoměru, kdy byla spojka sepnuta. Měřiče byly cejchovány obvykle v kWh, MWh, kcal nebo Gcal. Principiální funkční schéma měřiče je patrné z obrázku.

Obr. 5 • Ukazatel DT a kumulované energie

Vlastní provedení spojky bývalo rozmanité. Nejčastěji šlo o kulisy natáčené v závislosti na DT a po obvodu pojížděné válečkem, který spojku zapínal (viz schéma činnosti). Další používané obdobné provedení vystavovalo palce v závislosti na DT, které pak zabíraly o ozubené kolo nekruhového tvaru. Třetí systém využíval ozubeného klínového kola, které bylo vertikálně posouváno v závislosti na DT, a tím se dostávalo do záběru pouze v části každé otáčky.

Někdy byla konstrukce taková, že vertikální posuv konalo jak klínové kolo (v závislosti na jedné z teplot), tak i pastorek, do které zabíralo (v závislosti na druhé teplotě). Pokud se měnily obě teploty souhlasně (DT byl konstantní), pak se kolo i pastorek pohybovaly souhlasně a násobící koeficient tak zůstával neměnný. Celkové provedení měřičů je patrné z obrázků na následující straně.

Mechanické měřiče tepla se používaly od šedesátých do osmdesátých let minulého století a plnily jedinou funkci – měření tepla. Postupem času, s rozvojem elektroniky (používání tranzistorů a následně integrovaných obvodů a mikroprocesorů) se měřiče tepla stávají přesnějšími, při zachování výborných metrologických parametrů, stále zlevňují a jsou vybavovány mnoha přídavnými funkcemi, především možností dálkového odečtu. Ale to je již úplně jiná kapitola…

Zdroje:

1. Archiv a firemní muzeum společnosti ENBRA, a.s. a Pražská teplárenská a.s.
2. F. Adunka: Wärmemengenmessung
3. Autor článku děkuje panu Karlu Fiedlerovi, ze společnosti Pražská teplárenská a.s., za vstřícný přístup při získávání ­fotografických podkladů pro tento článek.