DE2610266A1 - METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE HUMIDITY OF GASES - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE HUMIDITY OF GASESInfo
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Description
Dr.-ing. Dipl.-Phye. OSKAR X0?JIG PatentanwaltDr.-ing. Dipl.-Phye. OSKAR X0? JIG patent attorney
De«Ml^««k^ stuttgart Telefon: (07H) BSBES 29 64 61 l-iowk) Nr- WOlZOr De «Ml ^« «k ^ stuttgart Telephone: (07H) BSBES 29 64 61 l-iowk) Nr- WOlZOr
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40064006
ZENTRA Albert Bürkle KonunanditgesellschaftZENTRA Albert Bürkle Konunanditgesellschaft
SchönaichSchönaich
Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Feuchte von GasenMethod and device for measuring the humidity of gases
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Feuchte von Gasen, vorzugsweise der Luftfeuchte und/oder damit verknüpfter Parameter unter /Terweiraung eTÜies LiCl-Feuchterressers mit einem Temperaturfühler mit einem ihn umgebenden, mitThe invention relates to a method for measuring the humidity of gases, preferably the air humidity and / or associated therewith Parameters under / Terweiraung eTÜies LiCl moisture eater with a temperature sensor with one surrounding it, with
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4006 - % - 4006 - % -
einer gesättigten LiCl-Lösung getränkten, saugfähigen Träger und mit einer an dem Träger anliegenden, offenen/bifilaren, Elektroden bildenden Drahtwicklung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.a saturated LiCl solution soaked, absorbent carrier and with an open / bifilar electrode-forming wire winding lying on the carrier, as well as a device for carrying out this method.
Es ist bekannt, die Luftfeuchtigkeit mit einem LiCl-Feuchtemesser zu ermitteln. Dabei finden LiCl-Feuchtemesser Verwendung, die ein in Glas eingeschmolzenes, stabförmiges Platin- oder Nickel-Widerstandsthermometer aufweisen, welches mit einer dünnen Glasfasermatte umwickelt ist, die mit einer gesättigten LiCl-Lösung getränkt ist. über die getränkte Glasfasermatte läuft eine offene bifilare Wicklung in Form zweier getrennter Wendeln, deren Drähte einen möglichst gleichmäßigen Abstand voneinander aufweisen sollen. Die Drähte der beiden Wendeln werden beim Meßvorgang an Wechselspannung angelegt, wobei sich der zwischen den beiden Wendeln über die LiCl-Lösung fliessende Wechselstrom so einstellt, dass sich an dem Temperaturfühler bzw. dem Widerstandsthermometer die zu dem jeweiligen Wasserdampf-Partialdruck gehörende ümwandlungstemperatur einstellt. Nachteilig an dem bekannten Meßverfahren bzw. an den zur Durchführung dieses Verfahrens verwendeten LiCl-Feuchtemessern ist es, dass die Meßvorrichtung verhältnismäßig teuer ist und dass die von dem Temperaturfühler gelieferte elektrische Meßgröße in Abhängigkeit von dem Wasserdampf-Partialdruck sehr stark nichtlinear verläuft, so dass die Auswertung dieser Meßgröße zur Anzeige der Luftfeuchte bzw. eines damit verknüpftenIt is known to measure the humidity with a LiCl moisture meter to investigate. LiCl moisture meters are used for this, which have a rod-shaped platinum or nickel resistance thermometer fused in glass, which is wrapped with a thin glass fiber mat, which is soaked with a saturated LiCl solution. about the soaked Fiberglass mat runs an open bifilar winding in the form of two separate coils, the wires of which are one as possible should be evenly spaced from each other. The wires of the two coils are connected during the measuring process AC voltage is applied, whereby the alternating current flowing between the two coils via the LiCl solution is set in such a way that that on the temperature sensor or the resistance thermometer the relevant water vapor partial pressure sets the corresponding conversion temperature. Disadvantages of the known measuring method or of the method used to carry it out LiCl moisture meters used in this method are that the measuring device is relatively expensive and that the electrical measured variable supplied by the temperature sensor as a function of the water vapor partial pressure is very strong runs non-linearly, so that the evaluation of this measured variable for the display of the air humidity or one linked to it
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Parameters schaltungstechnisch aufwendig ist und die Gefahr von Meßfehlern mit sich bringt.Parameters is complex in terms of circuitry and involves the risk of measurement errors.
Es ist eine AufgabeIt's a job
der Erfindung, ein Verfahren zur Feuchtemessung anzugeben, das die vorstehend angeführten Nachteile vermeidet und bei guter bis hoher Meßgenauigkeit eine einfache Weiterverarbeitung des Meßsignals im Rahmen von Steuer- oder Regeleinrichtungen bzw. eine einfache Anzeige des gemessenen Parameters mit Hilfe eines elektrischen Meßinstrumentes ermöglicht, sowie eine Vorrichtung anzugeben, welche für die Durchführung dieses Verfahrens in der Praxis besonders geeignet ist.the invention to provide a method for moisture measurement which avoids the disadvantages mentioned above and with good to high measurement accuracy, simple further processing of the measurement signal in the context of control or Control devices or a simple display of the measured parameter with the help of an electrical measuring instrument allows, as well as to specify a device which is particularly suitable for carrying out this method in practice is.
Diese Aufgabe ist bei dem Verfahren der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass man mit Hilfe eines als Temperaturfühler dienenden Heißleiters ein elektrisches Meßsignal erzeugt, welches sich zumindest im wesentlichen linear mit der Luftfeuchte bzw. einem damit verknüpften Parameter ändert.This object is achieved in the method of the type described at the outset according to the invention in that one with With the help of a thermistor serving as a temperature sensor, an electrical measurement signal is generated, which is at least in the changes essentially linearly with the air humidity or a parameter linked to it.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass zwischen der Widerstands-Temperatur-Kennlinie von Heißleitern einerseits und der Abhängigkeit der sogenannten Umwandlungstemperatur vom Wasserdampf-Partialdruck und ähnlichen Parametern andererseits gewisse mathematische Ähnlichkeiten bestehen.The invention is based on the consideration that between the resistance-temperature characteristic curve of thermistors on the one hand and the dependence of the so-called transition temperature on the water vapor partial pressure and similar parameters on the other hand there are certain mathematical similarities.
709837/0391709837/0391
4006 - 4 ~4006 - 4 ~
•/ff.• / ff.
die sich für eine einfache und genaue Feuchtemessung mit Vorteil ausnutzen lassen, wie dies im einzelnen nachstehend näher erläutert wird.which is advantageous for a simple and precise moisture measurement can be exploited, as will be explained in more detail below.
Die Feuchtemessung unter Verwendung von LiCl basiert bekanntlich darauf, dass dieser Stoff ein hygroskopisches Salz ist, über dessen gesättigter Lösung sich eine relative Feuchte von ca. 10 % einstellt, und zwar weitgehend unabhängig von der Temperatur der Lösung. Lässt man durch die Lösung einen elektrischen Strom fliessen, so erhöht sichThe moisture measurement using LiCl is known to be based on the fact that this substance is a hygroscopic salt, A relative humidity of approx. 10% is established above its saturated solution, largely independently of the temperature of the solution. If you let an electric current flow through the solution, it increases
der über ihr herrschende Dampfdruck bzw. genauer gesagt der Wasserdampf-Partialdruck. Der Temperaturanstieg und die damit verbundene Widerstandserhöhung des LiCl-Elektrolyten setzen sich bis zum Erreichen eines Gleichgewichtszustandes fort, der dadurch gekennzeichnet ist, dass aus der gesättigten LiCl-Lösung ebensoviel Wasser verdunstet, wie aus der Luft in die Lösung eintritt. Dies bedeutet aber, dass der Wasserdampfdruck an der Grenzfläche zwischen der Lösung und der Atmosphäre gleich dem Wasserdampf-Partialdruck in der ümgebungsatmosphäre ist. Die diesem Gleichgewichtszustand zugeordnete Temperatur an der Grenzfläche zwischen gesättigter Lösung und Atmosphäre wird als Umwandlungstemperatur %,bezeichnet und in K (Grad Kelvin) gemessen. Gemäß den vorstehenden Ausführungen ist die ümwandlungstemperatur eindeutig nur vom Wasserdampf-Partialdruck in der Umgebung des Meßelementes abhängig und damit ein Maß für den Wasserdampf-Partialdruck bzw. damit verknüpfte oder davon abgeleitete Parameter, wie z.B. die absolute Feuchtigkeit.the vapor pressure prevailing above it or, more precisely, the water vapor partial pressure. The temperature rise and the associated increase in resistance of the LiCl electrolyte continue until a state of equilibrium is reached, which is characterized in that from the saturated LiCl solution, as much water evaporates as enters the solution from the air. But this means that the water vapor pressure at the interface between the solution and the atmosphere is equal to the water vapor partial pressure in the surrounding atmosphere is. The temperature associated with this equilibrium state at the interface between saturated The solution and atmosphere are referred to as the% transformation temperature and are measured in K (degrees Kelvin). According to the The above statements are the transformation temperature clearly only from the water vapor partial pressure in the environment of the measuring element and thus a measure of the water vapor partial pressure or associated therewith or derived therefrom Parameters such as the absolute humidity.
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4006 - £ - 4006 - £ -
• 4%. • 4%.
Wie die im Anhang der Beschreibung gegebene Ableitung zeigt, kann man in einem vorgegebenen Temperaturbereich - in diesem Fall in einem ümwandlungstemperaturbereich von 298°K bis 363 K ( Kelvin) - folgende sehr gute Näherungsgleichung für den Zusammenhang zwischen Wasserdampf-Partialdruck ρ und Umwandlungstemperatur Tm, in Kelvin ansetzen: .As the derivation given in the appendix of the description shows, in a given temperature range - in this case in a conversion temperature range from 298 ° K to 363 K (Kelvin) - the following very good approximation equation for the relationship between water vapor partial pressure ρ and conversion temperature Tm, apply in Kelvin:.
ρ ist der Wasserdampf-Partialdruck in Torr. Diese Gleichung gilt auch noch für einen etwas grösseren als den ihr zugrundegelegten ümwandlungstemperaturbereich. Der ümwandlungstemperaturbereich, für den diese Gleichung gilt, ist beispielsweise für alle im Zusammenhang mit Klimaanlagen vorzunehmenden Feuchtemessungen und daraus abgeleiteter Parameter vollauf ausreichend.ρ is the partial pressure of water vapor in Torr. This equation also applies to a somewhat larger one than the one on which it is based transformation temperature range. The conversion temperature range for which this equation applies is, for example for all humidity measurements to be carried out in connection with air conditioning systems and any measurements derived from them Parameters completely sufficient.
Etwas allgemeiner lässt sich die Gleichung (1) wie folgt formulieren:Equation (1) can be formulated somewhat more generally as follows:
wo p. = Wasserdampf-Partialdruck bei einer Temperatur T ist, so dass man auch für andere Umwandlungstemperaturbereiche im Prinzip gleich aufgebaute Gleichungen für P (T/to) veryßJiden kann und nur die Parameter p,, T , eC , andere Werte annehmen.where p. = Water vapor partial pressure at a temperature T, so that in principle the same structured equations for P (T / to) can also be used for other transition temperature ranges and only the parameters p ,, T, eC, assume other values.
7 0 9 8 3 7/03947 0 9 8 3 7/0394
4006 - I -4006 - I -
Für den Widerstandswert R von Heißleitern bzw. NTC-Wider ständen gilt nun die sehr ähnliche allgemeine Gleichung:The very similar general equation now applies to the resistance value R of NTC thermistors or NTC resistors:
ei)egg)
wobei R = Widerstandswert in Ohm bei einer Temperatur Twhere R = resistance value in ohms at a temperature T.
und R = Widerstandswert in Ohm bei der Temperatur T ist. ο οand R = resistance value in ohms at temperature T. ο ο
Wenn man nun einen solchen Heißleiter wählt, dass für die materialabhängigen Paktoren a und b im Exponenten folgende Bedingungen gelten:If one chooses such a thermistor that for the material-dependent factors a and b in the exponent are as follows Conditions apply:
α. = 0C unoi. b -β> α. = 0 C unoi. b -β>
dann lässt sich die Ähnlichkeit der vorstehend erläuterten physikalischen Zusammenhänge erfindungsgemäß auf einfache Weise zur Erzeugung eines elektrischen Meßsignals ausnutzen, welches von der Luftfeuchte bzw. von damit verknüpften Parametern linear abhängig ist.then the similarity of the physical relationships explained above can be easily understood according to the invention Use way to generate an electrical measurement signal, which from the humidity or from associated with it Parameters is linearly dependent.
Vorteilhaft ist es, wenn man zur Fessung der absoluten Luft-It is advantageous if, in order to capture the absolute air
,. ,. . als Temperaturfühler eines liCl-Feuchtemessers,. feuchte einen Heißleiter/verwertetet, aeSsen riaterxal so gewählt wird, daß sich sein Widerstandswert in Abhängigkeit von der Temperatur zumindest annähernd reziprok zur absoluten Luftfeuchte ändert, und zwar in dem betreffenden vorgegeben Umwandslungstemperaturbereich. ,. ,. . as a temperature sensor of a liCl moisture meter. moist an NTC thermistor / recycled, aeSsen riaterxal so chosen is that its resistance value changes as a function of the temperature at least approximately reciprocally to the absolute humidity, namely in the relevant predetermined conversion temperature range.
Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Überlegung, daß die für die absolute Luftfeuchte x, d.h. für den Wassergehalt in g (Gramm) pro kg trockener Luft, geltende Gleichung^1 wo ρ der atmosphärische Luftdruck ist, This embodiment of the method according to the invention is based on the consideration that the equation ^ 1 applicable for the absolute air humidity x, ie for the water content in g (grams) per kg of dry air, where ρ is the atmospheric air pressure,
709837/0394709837/0394
4006 - 1 - 4006 - 1 -
χ = 622 * i~/u~i f1*)χ = 622 * i ~ / u ~ if 1 *)
für den oben genannten Ümwandlungstemperaturbereich durch folgende Gleichung (5) mit sehr guter Näherung ersetzt werden kann, wobei die im Anhang angegebenen Werte zur Berechnung der Konstanten vorgegeben wurden:for the above-mentioned transformation temperature range by the following Equation (5) can be replaced with a very good approximation, with the values given in the appendix for calculating the constants were given:
Falls die Annahme des mittleren atmosphärischen Luftdruckes zu 760 mm Hg für die erwünschte Messgenauigkeit bei Orten abweichender geodätischer Höhen nicht mehr zulässig ist, kann eint vorzugsweise manuell bedienbare Kompensations- oder Korrekturschaltung vorgesehen sein, die gestattet, ρ je nach derIf the assumption of the mean atmospheric air pressure at 760 mm Hg for the desired measurement accuracy at locations deviating geodetic heights is no longer permissible, can unite preferably manually operable compensation or correction circuit be provided, which allows ρ depending on the
geodätischen Höhe unterschiedlich entsprechend dem dort herrschenden mittleren Luftdruck zu berücksichtigen.geodetic height to be considered differently according to the prevailing mean air pressure.
Zwischen der absoluten Luftfeuchte bzw. dem Wassergehalt und der ümwandlungstemperatur besteht also eine ähnliche Beziehung wie zwischen dem Wasserdampf-Partialdruck und der Umwandlungstemperatur. Damit besteht aber auch die Möglichkeit, durch Verwendung eines geeigneten Heißleiters ein elektrisches Meßsignal zu erhalten, welches sich zumindest im wesentlichen linear mit der absoluten Luftfeuchte in dem vorgegebenen Umwandslungstemperaturbereich ändert, wobei je nach Temperaturbereich sich ggfs. die Zahlenwerte der Gleichung 5 ändern können.There is therefore a similar relationship between the absolute humidity or the water content and the conversion temperature as between the water vapor partial pressure and the transition temperature. But there is also the possibility to go through Use of a suitable thermistor to obtain an electrical measurement signal, which is at least substantially linear with the absolute humidity in the given transition temperature range changes, whereby the numerical values of equation 5 may change depending on the temperature range can.
709837/039%709837/039%
4006 -*- 26102694006 - * - 2610269
Ferner ist es vorteilhaft, wenn man zur Messung der Enthalpie zu dem sich zumindest im wesentlichen linear mit der absoluten Luftfeuchte ändernden elektrischen Meßsignal ein sich linear mit der Temperatur änderndes zweites Meßsignal addiert. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der von Mollier angegebenen Beziehung zwischen der Enthalpie eines Wasserdampf-Luftgemisches, seiner Temperatur und dem Wassergehalt x, die sich für die Anwendung in der Klimatechnik mit guter Genauigkeit durch folgende Näherungsformel ersetzen lässt:Furthermore, it is advantageous if the measurement of the enthalpy is at least essentially linear with the absolute Humidity changing electrical measuring signal is added to a second measuring signal changing linearly with temperature. These The embodiment of the method according to the invention is based on the relationship between the enthalpy indicated by Mollier of a water vapor-air mixture, its temperature and the water content x, which are suitable for use in air conditioning Replace with good accuracy by the following approximation formula leaves:
i = 0,241 t + O,6O2x (6),i = 0.241 t + 0.6O2x (6),
wobei i = Enthalpie in kcal/(1000+x) g feuchte Luft, wobei t = Lufttemperatur in C und wobei χ = Wassergehalt in g/kg trockene Luft ist.where i = enthalpy in kcal / (1000 + x) g moist air, where t = Air temperature in C and where χ = water content in g / kg dry Air is.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn man zur Messung des Wasserdampf-Partialdrucks einen Heißleiter verwendet, dessen Material so gewählt wird, dass sich sein Widerstandswert in Abhängigkeit von der Temperatur zumindest im wesentlichen reziprok mit dem Wasserdampf-Partialdruck ändert. Die physikalischen Grundlagen für diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bereits eingangs in Verbindung mit den Gleichungen (1, 1a, 2 und 3) erläutert.It is also advantageous if one measures the water vapor partial pressure a thermistor is used, the material of which is chosen so that its resistance value depends on the temperature at least essentially reciprocally with the water vapor partial pressure changes. The physical principles for this embodiment of the method according to the invention have already been established explained at the beginning in connection with equations (1, 1a, 2 and 3).
Zu den beschriebenen Messungen der absoluten Feuchte und des Partialdampfdrucks von Luft oder anderer Gase werden LiCl-Feuchte-To the described measurements of the absolute humidity and the partial vapor pressure LiCl moisture from air or other gases
.. „ .., als Temperaturfühler
messer mit Heißleitern/eingesetzt. Zur mesStechnischen Erfassung
des Feuchtedefizits oder der relativen Luftfeuchte benötigt man noch den jeweiligen Sättigungsdampfdruck des Wassers. Dieser
kann ggfs. in herkömmlicher Weise gemessen werden... ".., as a temperature sensor
knife with thermistors / inserted. For the measurement of the moisture deficit or the relative air humidity, the respective saturation vapor pressure of the water is required. If necessary, this can be measured in a conventional manner.
709837/039i -9-709837 / 039i -9-
• ^ί ·• ^ ί ·
Erfindungsgemäß ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn man zur Messung des Sättigungsdampfdruckes von Wasser ebenfalls einen Heißleiter verwendet^ der jedoch nicht Bestandteil des Feuchtemessers ist ι sondern zur direkten Messung der Temperatur der Luft oder des sonstigen Gases dient und deshalb in genügendem Abstand von dem Feuchtemesser wegen dessen übertemperatur anzuordnen ist. Das Material dieses Heißleiters kann erfindungsgemäß so gewählt werden, dass sich sein Widerstandswert in Abhängigkeit von der Temperatur zumindest im wesentlichen linear mit dem Sättigungsdampfdruck des Wassers ändert« Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Überlegung^ dass für den Sättigunasdampfdruck ρAccording to the invention, however, it is particularly advantageous if a thermistor is also used to measure the saturation vapor pressure of water, which is not part of the humidity meter, but is used for direct measurement of the temperature of the air or other gas and therefore at a sufficient distance from the humidity meter whose excess temperature is to be arranged. According to the invention, the material of this thermistor can be selected such that its resistance value changes at least essentially linearly with the saturation vapor pressure of the water as a function of the temperature
in dem jeweils gewünschten Temperaturbereich mit sehr guter Näherung eine im Prinzip gleich aufgebaute Gleichung gilt wie für den Wasserdampf-Partialdruck (vergl0 Gleichung (D)0 Für interessierende Temperaturbereiche der Huroanklimatechnik kann man folgende gute Näherungsgleichung für ρ . ansetzen, deren Ableitung ähnlich wie für Gleichung 1 ist, wobei jedoch die im Anhang angegebenen Ausganaswerte verwendet wurden„ in the respective desired temperature range with very good approximation, a basically same structure equation applies as for the water vapor partial pressure (see 0 equation (D) 0 For interest temperature ranges of Huroanklimatechnik can following good approximate equation of ρ. attach whose derivative similar to that for Equation 1 is, but the exhaust values given in the appendix were used "
Diese Gleichung lässt sich allgemeiner wie folgt fassen:This equation can be expressed more generally as follows:
ρ h _ ρ Γ7*)2 M% χ ρ h _ ρ Γ 7 *) 2 M% χ
ι ο '
wobei ρ = Sättigungsdampfdruck des Wassers bei einer Taupunkt-ι ο '
where ρ = saturation vapor pressure of the water at a dew point
Sei "UBe "U
temperatur T und ρ = Sättigungsdampfdruck des Wassers beitemperature T and ρ = saturation vapor pressure of the water at
ti OS 3Tlti OS 3Tl
einer vorgegebenen anderen Taupunkttemperatur T ist. Im Falle der Gleichung 7 ist T = 298°K. <£7, β ~ sind Konstante, die sich für den jeweils gewünschten Temperaturbereich in gleicher Weise wie bei der Gleichung 1 berechnen lassen. Diese Gleichungen 7 bzv. 7a ergeben folglich durch alleinige Messung der betreffenden Luft-a predetermined other dew point temperature T is. In the case of equation 7, T = 298 ° K. <£ 7 , β ~ are constants that can be calculated for the required temperature range in the same way as in equation 1. These equations 7 and 7a result from measurement of the relevant air
- 10 -- 10 -
709337/03S4709337 / 03S4
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
4006 - J« -4006 - J «-
temperatur den zugehörigen Sättigungsdampfdruck, wenn die Kennlinie des als Messfühler dienenden Heißleiters entsprechend gewählt ist, wie es im Zusammenhang mit den Gleichungen. 1 - 3 erläutert wurde.temperature the associated saturation vapor pressure, if the characteristic of the thermistor serving as a measuring sensor is selected accordingly, as it is in connection with the equations. 1 - 3 was explained.
Es ist also auch bei der Messung des Sättigungsdampfdruckes von Wasser durch Anwendung eines passenden Halbleiters, d.h. eines Halbleiters geeigneter Zusammensetzung, möglich, ein elektrisches Meßsignal zu erzeugen, welches sich zumindest annähernd linear mit dem von der Temperatur abhängigen Sättigungsdampfdruck des Wassers ändert, wobei der Heißleiter die betreffende Gastemperatur misst.It is therefore also possible to measure the saturation vapor pressure of water by using a suitable semiconductor, i.e. a semiconductor of suitable composition, possible to generate an electrical measurement signal, which is at least changes approximately linearly with the temperature-dependent saturation vapor pressure of the water, with the thermistor changing the measures the gas temperature in question.
Es sei bemerkt, dass sich die Temperatur-Widerstands-Kennlinien von Heissleitern in weiten Bereich durch unterschiedliche Zusammensetzung des ihnen zugrundeliegenden Stoffgemisches beeinflussen lassen, so dass man ohne weiteres für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Heißleiter mit geringer Serienstreuung herstellen kann.It should be noted that the temperature-resistance characteristics of hot conductors vary over a wide range Composition of the substance mixture on which they are based can be influenced, so that you can easily use thermistors suitable for carrying out the method according to the invention can produce with little series variation.
Günstig ist es auch, wenn man zur Messung des Feuchtedefizits von dem sich linear mit dem Sättigungsdampfdruck des Wassers ändernden elektrischen Meßsignal das sich linear mit dem Wasserdampf-Partialdruck ändernde Meßsignal subtrahiert. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens beruht auf der folgenden Definitionsgleichung für das Feuchtedefizit Ap:It is also beneficial if the measurement of the moisture deficit is linear with the saturation vapor pressure of the water changing electrical measurement signal that changes linearly with the water vapor partial pressure changing measurement signal subtracted. This embodiment of the measuring method according to the invention is based on the following Definition equation for the moisture deficit Ap:
Ap = Psat-p (8)Ap = P sat -p (8)
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn man zur Messung der relativen Luftfeuchte das sich linear mit dem Wasserdampf-Partialdruck ändernde elektrische Meßsignal durch das sichIt is also advantageous if the relative humidity is measured linearly with the water vapor partial pressure changing electrical measurement signal through the
709837/039 4 -11-709837/039 4 -11-
4006 -YC- 4006 -YC-
linear mit dem Sättigungsdampfdruck des Wassers ändernde elektrische Meßsignal dividiert, um so die Gleichung für die relative Luftfeuchtigkeit x':divided linearly with the saturation vapor pressure of the water changing electrical measurement signal, so the equation for the relative humidity x ':
Jj
psat Yy
p sat
(9)(9)
zu realisieren.to realize.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich eine Vorrichtung als günstig erwiesen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Temperaturfahler mindestens ein Heißleiter ist. Dies ergibtFor carrying out the method according to the invention, a device has proven to be favorable which is characterized by is that the temperature detector is at least one thermistor. This gives
LiCl-Feuchtemesser mit höherer Meßgenauigkeit als die bisherigen LiCl-Feuchtemesser mit Platin- oder Nickelwiderstandsthermometern, der wesentlich billiger/Und ermöglicht auch viel kleinere Baugrössen. Auch ist die Exemplarstreuung der Meßgenauigkeit in der Serienherstellung geringer und man erhält linearisierte Kennlinien des LiCl-Feuchtemessers. Ein solcher LiCl-Feuchtemesser lässt sich relativ einfach und preiswert aufbauen und liefert ein elektrisches Meßsignal, welches einfach und genau ausgewertet werden kann.LiCl moisture meter with higher measuring accuracy than the previous ones LiCl moisture meter with platinum or nickel resistance thermometers, which is much cheaper / and also enables much smaller sizes. Also is the specimen variance the measuring accuracy in series production is lower and linearized characteristics of the LiCl moisture meter are obtained. Such a LiCl moisture meter can be set up relatively easily and inexpensively and supplies one electrical measuring signal, which can be evaluated easily and precisely.
Vorteilhaft ist es, wenn der Heißleiter zur Messung des Wasserdampf-Partialdruckes, des Sättigungsdampfdruckes bzw. der absoluten Feuchte einen Widerstandswert besitzt, der sich gemäß der Gleichung (2) ändert. Im Falle der Messung des Sättigungsdampfdruckes ist der Heißleiter nicht Bestandteil eines LiCl-Feuchtemessers. Für die Messung des Wasserdampf-Partialdruckes und der absoluten Lupb feuchl's. lsi- Jsr' Heißleiter dagegen der Temperaturfühler eines MCl-Feuchtemessers.It is advantageous if the thermistor for measuring the water vapor partial pressure, the saturation vapor pressure or the absolute humidity has a resistance value which changes according to equation (2). When measuring the saturation vapor pressure, the thermistor is not part of a LiCl moisture meter. For measuring the water vapor partial pressure and the absolute Lupb feuchl's. lsi- Jsr 'NTC thermistor, on the other hand, is the temperature sensor of an MCl moisture meter.
709837/0394 " 12 "709837/0394 " 12 "
Vorteilhaft ist es ferner, wenn der eine Anschluss des Heißleiters mit einer Speisespannung und sein andererIt is also advantageous if the one connection of the Thermistor with a supply voltage and his other
/invertierendLen./ invertingLen.
Anschluss mit dem' Eingang eines rückgekoppeltenConnection with the 'input of a feedback
Operationsverstärkers verbunden ist, dessenI^Operational amplifier is connected, whoseI ^
' Stierender Emgang am Bezugspotential liegt und von dessen Ausgang das elektrische Meßsignal abgreifbar ist. Durch eine solche Anordnung des Heißleiters ergibt sich nämlich als Meßsignal eine Spannung, die bei geeigneter Wahl des Heißleiters im wesentlichen genau der gleichen Funktion folgt wie der zu messende Parameter. Eine Vorrichtung dieser Art wird besonders einfach, wenn im Rückkopplungszweig des Operationsverstärkers ein Festwiderstand vorgesehen ist. Falls die Gleichung (3) nicht ausreichend genau erfüllt ist, kann zweckmäßig im Rückkopplungszweig des Operationsverstärkers ein Linearisierungsnetzwerk vorgesehen sein, mit dessen Hilfe eine ausreichend genaue Anpassung der Widerstandskennlinie des Heißleiters herbeiführbar ist. Statt dessen oder zusätzlich kann auch am Ausgang des Operationsverstärkers ein Linearisierungsnetzwerk vorgesehen sein.'The output is connected to the reference potential and from its output the electrical measurement signal can be tapped. Such an arrangement of the thermistor namely results as a measurement signal a voltage which, if the thermistor is suitably selected, is essentially exactly the same Function follows like the parameter to be measured. A device of this type is particularly simple when im A fixed resistor is provided in the feedback branch of the operational amplifier. If equation (3) does not is met with sufficient accuracy, a linearization network can expediently be used in the feedback branch of the operational amplifier be provided, with the help of which a sufficiently precise adaptation of the resistance characteristic the thermistor can be brought about. Instead or in addition, it can also be used at the output of the operational amplifier a linearization network can be provided.
In Weiterbildung der Erfindung hat es sich ferner als günstig erwiesen, wenn zur Messung des Feuchtedefizits, d.h. zur Messung der Differenz des Sättigungsdampfdruckes und des Wasserdampf-Partialdruckes ein zweiter Heißleiter vorgesehen ist, dessen Widerstandswert sich in der angegebenen Weise ändert und der auf der TemperaturIn a further development of the invention, it has also proven to be advantageous if, to measure the moisture deficit, i.e. a second one to measure the difference between the saturation vapor pressure and the water vapor partial pressure NTC thermistor is provided, the resistance value of which changes in the specified manner and which depends on the temperature
- 13 709837/0394 - 13 709837/0394
4006 -W-4006 -W-
• χο- • χο-
des Wasserdampf-Luftgemisches gehalten wird, wenn der eine Anschluss des zweiten Heißleiters mit Speisespannung und sein anderer Anschluss mit dem Eingangof the water vapor-air mixture is maintained when the one connection of the second thermistor with supply voltage and its other connection with the input
eines zweiten rückgekoppelten Operationsverstärkers veranderer
bunden ist, dessen/Eingang am Bezugspotential liegt und wenn die Ausgänge der beiden Operationsverstärker mit
den beiden Anschlüssen eines Strommeßgerätes zur Anzeige der Differenz der Ausgangs/ 1SUx1 beiden Operationsverstärker,
die zumindest im wesentlichen linear von dem Feuchtedefizit abhängig ist, verbunden sind.a second feedback operational amplifier changed
is bound, whose / input is at reference potential and if the outputs of the two operational amplifiers are connected to the two connections of an ammeter to display the difference between the output / 1 SUx 1 two operational amplifiers, which is at least essentially linearly dependent on the moisture deficit.
Es ist auch vorteilhaft, wenn zur Messung der relativen Luftfeuchte im Rückkopplungszweig des Operationsverstärkers ein zweiter Heißleiter vorgesehen ist, der auf der Temperatur des Wasserdampf-Luftgemisches gehalten wird.und wenn die Widerstandskennlinien des ersten am Eingang des Operationsverstärkers liegenden Heißleiters und des zweiten im Pückkopplungszweig liegenden Heißleiter so gewählt sind, dass sich ihre Widerstandswerte in Abhängigkeit von der Temperatur umgekehrt proportional zum Wasserdampf-Partialdruck bzw. zum Sättigungs-Dampfdruck verändern. Mit einer derartigen Vorrichtung erhält man in besonders einfache Weise ein elektrisches Meßsignal, welches sich zumindest mit guter Näherung linear mit der relativen Luftfeuchtigkeit, d.h. mit dem Quotienten aus Wasserdampf-Partialdampfdruck und Sättigungsdampfdruck ändert.It is also advantageous if to measure the relative humidity in the feedback branch of the operational amplifier a second thermistor is provided, which is kept at the temperature of the water vapor-air mixture Resistance characteristics of the first thermistor at the input of the operational amplifier and the second in the feedback branch lying thermistors are chosen so that their resistance values depend on the temperature change inversely proportional to the water vapor partial pressure or to the saturation vapor pressure. With such a Device is obtained in a particularly simple manner, an electrical measurement signal, which is at least with good Approximation linear with the relative humidity, i.e. with the quotient of water vapor partial vapor pressure and Saturation vapor pressure changes.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche.Further details and advantages of the invention are explained and / or in more detail below with reference to a drawing are the subject of the protection claims.
In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:
Fig. 1 ein schentatisches Schaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Messung des Wasserdampf-Partialdrucks,Fig. 1 is a schematic circuit diagram of a device according to the invention for measuring the water vapor partial pressure,
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Messung des Feuchtedefizits,Fig. 2 is a schematic circuit diagram of a device according to the invention for measuring the moisture deficit,
Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit,Fig. 3 is a schematic circuit diagram of a device according to the invention for measuring the relative humidity,
Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer abgewandelten Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit, 4 shows a schematic circuit diagram of a modified device according to the invention for measuring the relative humidity,
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines LiCl-Feuchtemessers einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,5 shows a plan view of a preferred embodiment of a LiCl moisture meter a device according to the invention,
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wobei obenseitig Teilbereiche der Drähte und Glasfasermatte weggebrochen sind,with parts of the wires and fiberglass mat broken away at the top are,
Fig. 6 einen Querschnitt durch den MCl-Feuchtemesser gemäß Fig. 5 längs der Linie 6-6 in dieser Figur,6 shows a cross section through the MCl moisture meter according to FIG. 5 along the line 6-6 in this figure,
Fig. 7 einen Teilquerschnitt durch einen IiCl-Fig. 7 is a partial cross-section through an IiCl-
Feuchtemesser mit einer anderen Anordnung seiner Drahtwendeln.Moisture meter with a different arrangement of its wire coils.
Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung besteht aus einem Heißleiter R1, einem Operationsverstärker OP und einem Rückkopplungswider stand R2. Der Heißleiter R1 ist der Temperaturfühler eines LiCl-Feuchtemessers, bspw. des in Fig. 5, 6 dargestellten LiCl-Feuchtemessers, wie dies durch einen gestrichelt eingezeichneten Kasten F angedeutet ist.The circuit shown in Fig. 1 consists of a thermistor R1, an operational amplifier OP and a feedback resistor stood R2. The thermistor R1 is the temperature sensor of a LiCl moisture meter, e.g. the one shown in Fig. 5, 6 shown LiCl moisture meter, as shown by a dashed box F is indicated.
Im einzelnen liegt der eine Anschluß des Heißleiters R1 an einer Speisespannung u , während der andere Anschluß des Heißleiters R1 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, dessen nicht invertierender Eingang an Bezugspotential, insbesondere an Erde, liegt, wie dies in Fig. 1 mit dem üblichen Symbol angedeutet ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP, an welchem ein elektrisches Meßsignal in Form einer Ausgangsspannung U-. abgreifbar ist, ist mit dem mit dem Heißleiter R1 verbundenen Eingang des Operationsverstärkers OP über den Rückkopplungswiderstand R2 verbunden.In detail, one connection of the thermistor R1 is connected to a supply voltage u, while the other connection of the thermistor R1 is connected to the inverting input of the operational amplifier, its non-inverting The input is at reference potential, in particular at ground, as shown in FIG. 1 with the usual symbol is indicated. The output of the operational amplifier OP, at which an electrical measurement signal in the form of an output voltage U-. can be tapped is to the input of the operational amplifier OP connected to the thermistor R1 connected across the feedback resistor R2.
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Bei der Schaltung gem. Fig. 1 ergibt sich eine Ausgangsspannung u , die dem Reziprokwert 1/R1 des Widerstandswertes R1 des Heißleiters R1 proportional ist (der Heißleiter ist also der Einfachheit halber mit seinem temperaturabhängigen Widerstandswert R1 bezeichnet).The circuit according to Fig. 1 results in an output voltage u which is the reciprocal of 1 / R1 of the resistance value R1 of the thermistor R1 is proportional (so the thermistor is for the sake of simplicity with his temperature-dependent resistance value R1).
Die genaue Gleichung für die Abhängigkeit der Ausgangsspannung U1 von den übrigen Parametern lautet:The exact equation for the dependence of the output voltage U 1 on the other parameters is:
aus Gleichung (11) ergibt sich in Verbindung mit Gleichung (2) die folgende Beziehung:from equation (11) results in connection with equation (2) the following relationship:
=- uoE2 (Iff · β W^iH (Ha)= - u o E 2 (Iff β W ^ iH (Ha)
Vergleicht man die Gleichung (11a) mit der Gleichung (1a), so sieht man sofort, dass die Ausgangsspannung u eine lineare Funktion des Wasserdampf-Partialdruckes ρ ist, wenn die Gleichung (3) erfüllt ist, d.h., wenn man das Material für den Heißleiter R1 so wählt, dass die im Exponenten stehenden Faktoren a ■= oC Uw cL la = β sind^ wobei man sich in der Praxis ggfs. damit zufriedengeben muss, wenn die Bedingung (3) zumindest im wesentlichen erfüllt ist, was im übrigen für sämtliche hier angegebenen Beziehungen gilt, auch wenn im Einzelfall darauf nicht besonders hingewiesen ist. Die jeweils erzielbare Messgenauigkeit ist zumindest für die meisten technischen Anwendungsgebiete, bspw. für die Humanklimatechnik voll ausreichend und relativ hoch.If one compares the equation (11a) with the equation (1a), one sees immediately that the output voltage u is a linear function of the water vapor partial pressure ρ, if the equation (3) is fulfilled, that is, if the material for the NTC thermistor R1 selects so that the factors in the exponent are a ■ = oC Uw cL la = β ^ where in practice one may have to be satisfied with this if condition (3) is at least substantially fulfilled, which is otherwise for all relationships specified here apply, even if not specifically indicated in individual cases. The measurement accuracy that can be achieved in each case is fully sufficient and relatively high, at least for most technical fields of application, for example for human air conditioning technology.
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Der Rückkopplungswiderstand R2 kann dann ein Festwiderstand sein, wenn sich der temperaturabhängige Widerstands-,wert des Heißleiters R1 im Hinblick auf die angestrebte Meßgenauigkeit mit ausreichender Genauigkeit gemäß Gleichung (2) ändert. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Rückkopplungswiderstand R2 als Linearisierungsnetzwerk auszubilden, um Abweichungen der Änderung des Widerstandswertes des Heißleiters R1 vom idealen Verlauf zu linearisieren. Zusätzlich oder stattdessen besteht die Möglichkeit, die Speisespannung u zur Erzielung einer linear von dem Wasserdampf-Partialdruck abhängigen Ausgangsspannung U1 in Abhängigkeit von der Temperatur beispielsweise durch Verwendung entsprechender Rückkopplungsnetzwerke zu verändern. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Ausbildung des Rückkopplungswiderstandes R2 als Linearisierungsnetzwerk und die temperaturabhängige Änderung der Speisespannung u lediglich einer Korrektur der temperaturabhängigen Änderung des Widerstandswertes des Heißleiters R1 dienen, welcher in allen Fällen das wesentliche Bauelement für die Erzielung eines linear von der zu messenden Grosse abhängigen elektrischen Meßsignals ist. Auch dies gilt wieder für die nachstehend noch zu betrachtenden Schaltungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The feedback resistor R2 can then be a fixed resistor if the temperature-dependent resistance value of the thermistor R1 changes with sufficient accuracy according to equation (2) with regard to the desired measurement accuracy. However, there is also the possibility of designing the feedback resistor R2 as a linearization network in order to linearize deviations in the change in the resistance value of the thermistor R1 from the ideal curve. Additionally or instead there is the possibility of changing the supply voltage u to achieve an output voltage U 1 that is linearly dependent on the water vapor partial pressure as a function of the temperature, for example by using appropriate feedback networks. It should be noted, however, that the formation of the feedback resistor R2 as a linearization network and the temperature-dependent change in the supply voltage u only serve to correct the temperature-dependent change in the resistance value of the thermistor R1, which in all cases is the essential component for achieving a linear value from the one to be measured Large dependent electrical measurement signal is. This also applies again to the circuits still to be considered below for carrying out the method according to the invention.
Ausgehend von der Vorrichtung bzw. der Schaltung gemäß Fig. 1 lässt sich in einfacher Weise eine Vorrichtung bzw. Schaltung zur Ermittlung des Feuchtedefizits gemäß Gleichung (8) angeben. Eine solche Schaltung zeigt Fig. 2.Starting from the device or the circuit according to FIG. 1, a device or Specify the circuit for determining the moisture deficit according to equation (8). Such a circuit is shown in FIG. 2.
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4006 -W- 4006 -W-
Im einzelnen ist die Schaltung gemäß Fig. 2 aus zwei weitgehend cj Ie-ick eh. Teilschaltungen A und E aufgebaut, deren Bestandteile jeweils von einer gestrichelten Linie umgeben sind. Ausserdem sind die beiden Teilschaltungen A und B ebenso aufgebaut wie die Schaltung gemäß Fig. 1. Tatsächlich ist die Teilschaltung A sogar mit der Schaltung gemäß Fig. 1 identisch, was auch durch die Verwendung gleicher Bezugszeichen für den Heißleiter R1 und den Rückkopplungswiderstand R2 zum Ausdruck kommt. Abweichend von Fig. 1 ist jedoch der Operationsverstärker mit dem Bezugszeichen OP1 bezeichnet, da auch die Teilschaltung B einen Operationsverstärker enthält, der mit dem Bezugszeichen OP2 bezeichnet ist.In detail, the circuit according to FIG. 2 is made up of two largely cj Ie-ick eh.Subcircuits A and E built, whose components are each surrounded by a dashed line. In addition, the two sub-circuits A and B are constructed in the same way as the circuit according to FIG. 1. In fact, the subcircuit A is even identical to the circuit according to FIG. 1, which is also due to the use the same reference numerals for the thermistor R1 and the feedback resistor R2 is expressed. In contrast to FIG. 1, however, the operational amplifier is denoted by the reference symbol OP1, since the subcircuit B also has a Contains operational amplifier, which is denoted by the reference symbol OP2.
In der Teilschaltung B ist der eine Eingang des Operationsverstärkers 0P2 mit dem einen Anschluss eines Heißleiters R3 verbunden, an dessen anderem Anschluss die Speisespannung +U0anliegt. Der zweite Anschluss des Operationsverstärkers 0P2 ist mit Bezugspotential verbunden und der Ausgang des Operationsverstärkers OP2 ist über einen Rückkopplungswiderstand R4 mit dem beschalteten Eingang dieses Operationsverstärkers verbunden. Der wesentliche Unterschied zwischen den Teilschaltungen A und B besteht darin, dass der Heißleiter R3 so gewählt ist, dass sich für seinen Widerstandswert gemäß Gleichung (2) für die Faktoren a und b im Exponenten in Übereinstimmung mit Gleichung (7) zumindest annähernd die Werte 5,067 bzw.In subcircuit B, one input of the operational amplifier 0P2 is connected to one connection of a thermistor R3, at the other connection of which the supply voltage + U 0 is applied. The second connection of the operational amplifier 0P2 is connected to reference potential and the output of the operational amplifier OP2 is connected to the connected input of this operational amplifier via a feedback resistor R4. The main difference between the subcircuits A and B is that the thermistor R3 is selected in such a way that its resistance value according to equation (2) for factors a and b in the exponent according to equation (7) is at least approximately 5.067 respectively.
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6809 ergeben. Ausserdem ist der Heißleiter R3 nicht Bestandteil eines LiCl-Feuchtemessers, sondern wird auf der Raumtemperatur T gehalten. Damit ergibt sich am Ausgang der Teilschaltung B ein elektrisches Meßsignal, welches sich entsprechend Gleichung (11a) linear mit dem Sättigungsdampfdruck des Wassers in der zu untersuchenden Atmosphäre ändert.6809 result. In addition, the thermistor R3 is not a component a LiCl moisture meter, but will be at room temperature T held. This results in an electrical measurement signal at the output of subcircuit B, which according to equation (11a) linearly with the saturation vapor pressure of the water in the atmosphere to be investigated changes.
Verbindet man nun die Ausgänge der beiden Teilschaltungen A und E miteinander und fügt in diese Verbindung gemäß Fig. 2 ein Strommeßinstrument M ein - ggfs. in Serie mit einem in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten Widerstand R5 - dann fliesst über das Meßinstrument M ein Ausgleichsstrom I - welcher dem Feuchtedefizit ^p direkt proportional ist.If you now connect the outputs of the two subcircuits A and E to each other and add to this connection according to FIG. 2 shows a current measuring instrument M a - possibly in series with a resistor shown in dashed lines in FIG R5 - then flows through the measuring instrument M a compensating current I - which is directly proportional to the moisture deficit ^ p is.
Durch Abwandlung der Schaltung gemäß Fig. 1 gelangt man ferner zu einer Schaltung bzw. Vorrichtung zur Messung der relativen Luftfeuchte x1. Diese Schaltung ist in Fig. 3 dargestellt. Sie unterscheidet sich von der Schaltung gem. Fig. 1 dadurch, dass anstelle eines Festwiderstandes R2 (oder ggfs. auch eines Linearisierungsnetzv/erkes) als Rückkopplungswiderstand ein zweiter Heißleiter R2' vorgesehen ist, welcher, wie der Heißleiter R3 der Teilschaltung B in Fig. 2 auf der Raumtemperatur bzw. der Temperatur des zu untersuchenden Wasserdampf-Gas-Gemisches gehalten wird und dessen Faktoren a und b im Exponenten der Gleichung für seinen Widerstandswert wieder die für den HeißleiterBy modifying the circuit according to FIG. 1, one also arrives at a circuit or device for measuring the relative humidity x 1 . This circuit is shown in FIG. It differs from the circuit according to FIG. 1 in that instead of a fixed resistor R2 (or possibly also a linearization network), a second NTC thermistor R2 'is provided as a feedback resistor, which, like the NTC thermistor R3 of subcircuit B in FIG. 2 is kept at room temperature or the temperature of the water vapor-gas mixture to be examined and its factors a and b in the exponent of the equation for its resistance value are again those for the thermistor
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R3 angegebenen Wert haben. Da die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers OP bei der gewählten Gegenkopplung auch proportional zum Rückkopplungswiderstand ist, ergibt sich folglich bei der Schaltung gemäß Fig. 3 als elektrisches Meßsignal eine Ausgangsspannung u , welche sich linear mit dem Quotienten aus dem Wasserdampf-Partialdruck ρ und dem Sättigungsdruck des WasserdampfesR3 have specified value. Since the output voltage of the Operational amplifier OP with the selected negative feedback also proportional to the feedback resistance is, consequently results in the circuit according to FIG. 3 as an electrical measurement signal, an output voltage u, which is linear with the quotient of the water vapor partial pressure ρ and the saturation pressure of the water vapor
ρ und damit linear mit der relativen Luftfeuchtigkeit saiiρ and thus linear with the relative humidity saii
χ1 ändert.χ 1 changes.
Für den Fall, dass mit den zur Verfügung stehenden Heißleitern mit der Schaltung gemäß Fig. 3 die erforderliche Meßgenauigkeit nicht erreicht werden kann, bei welcher die Anwendung zusätzlicher Linearisierungshilfen wegen des unterschiedlichen Kennlinienverlaufes des Wasserdampf-Partialdrucks ρ einerseits und des SättigungsdampfdrucksIn the event that with the available thermistors with the circuit according to FIG. 3 the required Measurement accuracy can not be achieved in which the use of additional linearization aids because of the different characteristics of the water vapor partial pressure ρ on the one hand and the saturation vapor pressure
ρ Schwierigkeiten bereitet, lässt sich die relative satρ causes difficulties, the relative sat
Luftfeuchte x1 mit der Vorrichtung bzw. der Schaltung gemäß Fig. 4 ermitteln, welche den besonderen Vorteil bietet, dass zusätzlich zu dem linear von der relativen Luftfeuchte x1 abhängigen elektrischen Meßsignal gleichzeitig Meßsignale ausgewertet werden können, die linear vom Wasserdampf-Partialdruck, vom Sättigungsdampfdruck und vom Feuchtedefizit abhängig sind.Determine humidity x 1 with the device or the circuit according to FIG. 4, which offers the particular advantage that, in addition to the electrical measurement signal that is linearly dependent on the relative humidity x 1 , measurement signals can be evaluated at the same time that are linear from the water vapor partial pressure, from Saturation vapor pressure and the moisture deficit are dependent.
Im einzelnen gelangt man zu der Schaltung gemäß Fig. 4, indem man die Ausgänge zweier Teilschaltungen A und B gemäß Fig. 2 mit den Eingängen einer analogen Teilerschaltung T zur Quotientenbildung verbindet, an derenIn detail, one arrives at the circuit according to FIG. 4 by connecting the outputs of two subcircuits A and B. according to FIG. 2 with the inputs of an analog divider circuit T for the formation of quotients, at their
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Ausgang nunmehr eine Ausgangsspannung U1 abgreifbar ist, die der relativen Luftfeuchte x' proportional ist, welche somit einfach an einem Spannungsmesser S am Ausgang der Teilerschaltung T abgelesen werden kann. Zusätzlich kann man gemäß Fig. 2 die Ausgänge der Teilschaltungen A und E über ein Strommeßgerät M miteinander verbinden, an dem das Feuchtedefizit Δ ρ ablesbar ist. Ausserdem ist die Schaltung gem. Fig. 4' noch durch zwei weitere Spannungsmesser S1, S2 ergänzt, die an den Ausgängen der Teilschaltungen A bzw. B liegen und an denen der Wasserdampf-Partialdruck ρ bzw. der Sättigungsdampfdruck ρ direkt ablesbar ist. Vorzugsweise bildet man in der Schaltung gemäß Fig. 4 die Rückkopplungswiderstände R2, R4 in den beiden Teilschaltungen A und B als Linearisierungsnetzwerke, aus, um für die gemessenen Grossen eine möglichst hohe Genauigkeit zu erreichen. Output can now be tapped off an output voltage U 1 which is proportional to the relative humidity x ', which can thus be read easily on a voltmeter S at the output of the divider circuit T. In addition, according to FIG. 2, the outputs of the subcircuits A and E can be connected to one another via an ammeter M, on which the moisture deficit Δ ρ can be read. In addition, the circuit according to Fig. 4 'is supplemented by two further voltmeters S1, S2, which are located at the outputs of the subcircuits A and B and at which the water vapor partial pressure ρ and the saturation vapor pressure ρ can be read directly. In the circuit according to FIG. 4, the feedback resistors R2, R4 are preferably formed in the two subcircuits A and B as linearization networks in order to achieve the highest possible accuracy for the measured variables.
Neben den vorstehend erläuterten Vorteilen, die sich aufgrund ihrer spezifischen Widerstands-Temperatur-Kennlinie ergeben, bringt die Verwendung von Heißleitern bei LiCl-Feuchtemessern auch noch mechanisch konstruktive Vorteile mit sich, welche nachstehend in Zusammenhang mit den Figuren 5 und 6 der Zeichnung näher erläutert werden sollen. Im einzelnen zeigt Fig. 5 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines LiCl-Feuchtemessers gemäß der Erfindung, während Fig. 6 einen Querschnitt durch den Feuchtemesser gemäß Fig. 5 darstellt.In addition to the advantages explained above, which are due to their specific resistance-temperature characteristic result, brings the use of thermistors with LiCl moisture meters also have mechanical design advantages, which are described below in connection with the figures 5 and 6 of the drawing are to be explained in more detail. 5 shows a plan view of a preferred one Embodiment of a LiCl moisture meter according to the invention, while FIG. 6 shows a cross section through the moisture meter according to FIG. 5.
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Der Feuchtemesser gem. Fig. 5 und 6 besitzt als Crundelement eine Leiterplatte 10 aus Isolationsmaterial, insbesondere Kunststoff, die beidseitig mit Leiterbahnen 12 und ferner mi-f/^ohtaktstücken 14 versehen ist. Im Mittelteil der Leiterplatte ist eine öffnung 16 vorgesehen, in welche ein scheibenförmiger Heißleiter 18 eingesetzt ist. Die Dicke der Leiterplatte 10 wird vorzugsweise gleich der Dicke des Heißleiters 18 gewählt.The moisture meter according to FIGS. 5 and 6 has a basic element a circuit board 10 made of insulation material, in particular plastic, which is on both sides with conductor tracks 12 and furthermore mi-f / ^ ohtaktstücke 14 is provided. In the middle part The circuit board has an opening 16 into which a disk-shaped thermistor 18 is inserted. the The thickness of the printed circuit board 10 is preferably chosen to be equal to the thickness of the thermistor 18.
Wie aus Fig. 6 deutlich wird, besteht der Heißleiter 18 aus einem gesinterten Grundkörper 20 aus Halbleiterkeramik und ist auf seinen beiden Hauptflächen mit metallisierten Kontaktbereichen 19 versehen, von denen jeder über eine zugeordnete Verbindungsleitung 22 mit der ihm zugeordneten Leiterbahn 12 auf derselben Seite der Leiterplatte 10 verbunden ist. Die Dicke der Kontaktbereiche 19 und der Leiterbahnen 12 ist in Fig. 6 zur Verdeutlichung übertrieben gross dargestellt; in der Praxis werden sowohl die Leiterbahnen 12 als auch die Kontaktbereiche 19 durch sehr dünne Metallschichten gebildet, die im einfachsten Fall durch je einen kleinen Lötmitteltupfer miteinander verbunden werden, die in der Praxis die in Fig. 6 diskret dargestellten Verbindungsleitungen 22 ersetzen.As is clear from FIG. 6, the thermistor 18 consists of a sintered base body 20 made of semiconductor ceramic and is provided on its two main surfaces with metallized contact areas 19, each of which has one Associated connecting line 22 with the conductor track 12 associated with it on the same side of the circuit board 10 connected is. The thickness of the contact areas 19 and the conductor tracks 12 is exaggerated in FIG. 6 for the sake of clarity shown large; In practice, both the conductor tracks 12 and the contact areas 19 are through very thin metal layers are formed, which in the simplest case are connected to each other by a small solder dab each which in practice replace the connecting lines 22 shown discretely in FIG. 6.
Nach dem Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen dem Heißleiter 18 und den Leiterbahnen 12 werden alle elektrisch leitenden Teile der Anordnung mit geeigneten terperaturfesten und isolierenden dünnen Folien oder Beschichtungen 24 abgedeckt. Auf die Aussenseite der Folien 24After the electrical connection between the thermistor 18 and the conductor tracks 12 has been established, they all become electrical conductive parts of the arrangement with suitable temperature-resistant and insulating thin foils or coatings 24 covered. On the outside of the foils 24
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werden dann Glasfasermatten 26 oder ähnliche saugfähige Auflagen aufgelegt, die mit Lithium-Chlorid getränkt werden, über die Glasfasermatten 26 werden schliesslich zwei zueinander parallele Drahtwendeln 28/gewickelt, um eine offene bifilare, Elektroden bildende Drahtwicklung zu erhalten, deren Anschlüsse 14 an eine nicht dargestellte Spannungsquelle angeschlossen werden. Die einen Enden der beiden Drahtwendeln werden vorzugsweise mit den Kontaktstücken 14 der Leiterplatte 10 verlötet, um gleichzeitig eine einwandfreie Befestigung und eine Zugentlastung zu erzielen. Die anderen Enden der beiden Drahtwendeln 28,28' sind an Befestigungsstücken 14' befestigt und enden hier blind. Ausserdem werden die einzelnen Windungen der Draht-glass fiber mats 26 or similar absorbent pads are then placed, which are soaked with lithium chloride, Finally, two parallel wire coils 28 / are wound over the glass fiber mats 26 around one To obtain open bifilar, electrode-forming wire winding, the connections 14 of which to a not shown Voltage source can be connected. One ends of the two wire coils are preferably connected to the contact pieces 14 of the circuit board 10 is soldered in order to ensure proper attachment and strain relief at the same time achieve. The other ends of the two wire coils 28, 28 'are attached to fastening pieces 14' and end here blind. In addition, the individual turns of the wire
jeweils in Nuten 30, Löcher oder dergleichen an den Längskanten der Leiterplatte 10 eingelegt bzw. eingefädelt, um auf diese Weise einen gleichmäßigen Abstand der einzelnen Windungen dei/T^Mms/endeln voneinander zu erzielen und die Drahtwendeln auch im Betrieb in ihrer Lage zu sichern. Die Kontaktstücke 14 und die äusseren Enden der Leiterbahnen 12 sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie sich zur Herstellung einer Steckverbindung mit einer geeigneten Fassung als Gegenstück (nicht dargestellt) eignen.each inserted or threaded into grooves 30, holes or the like on the longitudinal edges of the circuit board 10, in this way an even distance between the individual turns dei / T ^ Mms / end from each other to achieve and to secure the wire coils in their position during operation. The contact pieces 14 and the outer ends of the conductor tracks 12 are preferably designed so that they can be used to produce a plug connection with a suitable socket as a counterpart (not shown).
In Sonderfällen können auch mehrere Heißleiter als Temperaturfühler an der Leiterplatte 10 angeordnet sein, die unterschiedliche Kennlinien haben, um gleichzeitig Meßsignale für zwei unterschiedliche Grossen, vorzugsweise den Partial-In special cases, several NTC thermistors can be used as temperature sensors be arranged on the circuit board 10, which have different characteristics to simultaneously measure signals for two different sizes, preferably the partial
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dampfdruck und die absolute Luftfeuchte zu erhalten. Auch aus anderen Gründen können ggfs. zwei oder mehr Temperaturfühler vorgesehen sein.to obtain vapor pressure and absolute humidity. For other reasons, two or more temperature sensors be provided.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, sind LiCl-Feuchtemesser gemäß Fig. 5 und 6 u.a. besonders einfach herzustellen, kleiner, billiger und genauer als die bekannten LiCl-Feuchtemesser und genauer bezüglich des Abstandes zwischen den Drähten der Wendeln 28, 28', welche gegen Verrutschen geschützt und gegenüber Zugkräften entlastet sind.As is clear from the above description, LiCl moisture meters according to FIGS. 5 and 6, inter alia, are particularly simple to produce, smaller, cheaper and more accurate than the well-known LiCl moisture meters and more accurate in terms of distance between the wires of the coils 28, 28 ', which are protected against slipping and relieved of tensile forces are.
Bei einer in Fig. 7 schematisch dargestellten Abwandlung des in den Fig. 5 und 6 dargestellten LiCl-Feuchtemessers sind die beiden Elektroden 28 und 28' so angeordnet, daß nur die Drahtwendel 28 um die Glasfasermatten 26 außenseitig herumgewickelt ist, wogegen die Drahtwendel 28' unmittelbar um die Folien 24 der Leiterplatte herumgewickelt ist und folglich an den Innenseiten der Glasfasermatten 26 anliegt. Dies ist erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, da dadurch der Kontakt zwischen den Glasfasermatten 26 und den beiden Elektroden 28, 28" verbessert wird und vollkommen sicher gewährleistet ist, daß der Strom durch die Glasfasermatten besonders gleichmäßig hindurchfließt, wodurch u. a. die Meßgenauigkeit noch höher wird und keine Fertigungsstreuungen durch die Anordnung der Drahtwendeln mehr auftreten.In a modification of the LiCl moisture meter shown in FIGS. 5 and 6, shown schematically in FIG the two electrodes 28 and 28 'are arranged so that only the wire coil 28 around the glass fiber mats 26 on the outside is wound around, whereas the wire coil 28 'is directly wound around the foils 24 of the circuit board and consequently rests against the inside of the glass fiber mats 26. According to the invention, this is particularly advantageous since this improves the contact between the glass fiber mats 26 and the two electrodes 28, 28 ″ and completely it is ensured that the current flows particularly evenly through the glass fiber mats, whereby i.a. the measurement accuracy is even higher and there are no more manufacturing deviations due to the arrangement of the wire coils appear.
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Ableitung der Gleichung 1.Derivation of equation 1.
Es wird folgender Ansatz gedachtThe following approach is thought
P = Ρ« IfP = Ρ «If
T = Uirv;andlungsteinperatur von LiCl ρ = VJasserdairpf-Partialdruck in Torr bei Tenperatur T in Kel^dnT = Uirv; treatment temperature of LiCl ρ = VJasserdairpf partial pressure in Torr at temperature T in Kel ^ dn
ρ =i-7asserdampf-Partialdruck in Torr bei einer anderen Temperatur T in Kelvin ορ = i- 7 partial pressure of water vapor in Torr at a different temperature T in Kelvin ο
c< 1 UIuIz^1 sind zu Le st imine η dn Kons-fanten.c < 1 UIuIz ^ 1 are cons-fants to Le st imine η dn.
/us Γ-1 ei ellung 11 ergeben sich durch r.insetzcn von zwei weiteren Temperaturen T und T des interessierenden rai ui 1-ei-ei ches./ us Γ-1 position 11 is obtained by inserting two further temperatures T and T of the interest rai ui 1-egg-ei ches.
-\^ /I1(Ir-Ir) MZ)- \ ^ / I 1 (Ir-Ir) MZ)
TL T0 )TL T 0 )
- 2C -- 2C -
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
- Μ" ■- Μ "■
''
£us den Gleichungen 11, 12 und 13 lassen sich öl und β berechnen zu:From equations 11, 12 and 13, oil and β can be calculated as follows:
Pi.Pi.
(f -^l At Il -(f - ^ l At Il -
X1 r0 X 1 r 0
) A Lr) A Lr
y r y r
T0 T 0
> 1 , χ/Υί, Γ 'V ■—> 1, χ / Υί, Γ 'V ■ -
Für Feuchteitiessungen iir Zusanunenhang mit Humanklimaanlagen können angesetzt werden:For dampening in connection with human air conditioning systems can be applied:
T = 298.15 K ο 'T = 298.15 K ο '
T1 = 323,65 K T2 = 363,35 K,T 1 = 323.65 KT 2 = 363.35 K,
und die zugehörigen Wasserdampf-Partialdrücke wurden experimentell ermittelt znand the associated water vapor partial pressures were experimentally determined zn
ρ =2,74 Torr, ρ = 10 Torr, ρ = 50 Torr.ρ = 2.74 Torr, ρ = 10 Torr, ρ = 50 Torr.
- 27 -- 27 -
709837/0394709837/0394
ft.ft.
Für diese Werte ergeben sich fürFor these values,
= -4,089= -4.089
und fürand for
A--A--
61696169
so dass durch Einsetzen der obigen Werte für ρ , T , ^ und β sich Gleichung (1) ergibt.so that by substituting the above values for ρ, T, ^ and β , equation (1) is obtained.
Der Gleichung (5) liegen folgende Werte zur Berechnung der Konstanten zugrunde:Equation (5) is based on the following values for calculating the constants:
pL · =p L =
οτ ο τ
= 29 8,15 K = 325,25 °Κ= 29 8.15 K = 325.25 ° Κ
= 352,95 K= 352.95 K
x(T )x (T)
χ(Τ χ(Τχ (Τ χ (Τ
2,27 g/kg 8,159 g/kg = 28,86 g/kg2.27 g / kg 8.159 g / kg = 28.86 g / kg
Der Gleichung (7) liegen folgende Werte zur Berechnung der Konstanten zugrunde:Equation (7) is based on the following values for calculating the constants:
T = 298,15 °K ο r T = 298.15 ° K ο r
T = 273,15 KT = 273.15K
T = 3 13,15 °KT = 3 13.15 ° K
= 23,76 Torr= 23.76 Torr
sat1 = 4,58 Torrsat1 = 4.58 Torr
satsat
TorrTorr
— T «—- T «-
709837/0394709837/0394
Claims (22)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19762610266 DE2610266A1 (en) | 1976-03-11 | 1976-03-11 | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE HUMIDITY OF GASES |
| NL7702477A NL7702477A (en) | 1976-03-11 | 1977-03-08 | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE HUMIDITY OF GASES. |
| FR7707418A FR2354557A1 (en) | 1976-03-11 | 1977-03-11 | Lithium chloride moisture measuring elements - having heat conductor temp. measuring element with linear response (NL 13.9.77) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19762610266 DE2610266A1 (en) | 1976-03-11 | 1976-03-11 | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE HUMIDITY OF GASES |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2610266A1 true DE2610266A1 (en) | 1977-09-15 |
Family
ID=5972201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19762610266 Pending DE2610266A1 (en) | 1976-03-11 | 1976-03-11 | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE HUMIDITY OF GASES |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2610266A1 (en) |
| FR (1) | FR2354557A1 (en) |
| NL (1) | NL7702477A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0875752A1 (en) * | 1997-05-02 | 1998-11-04 | Yamatake-Honeywell Co. Ltd. | Moisture sensitive element and method of manufacturing the same |
-
1976
- 1976-03-11 DE DE19762610266 patent/DE2610266A1/en active Pending
-
1977
- 1977-03-08 NL NL7702477A patent/NL7702477A/en not_active Application Discontinuation
- 1977-03-11 FR FR7707418A patent/FR2354557A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0875752A1 (en) * | 1997-05-02 | 1998-11-04 | Yamatake-Honeywell Co. Ltd. | Moisture sensitive element and method of manufacturing the same |
| US6126312A (en) * | 1997-05-02 | 2000-10-03 | Yamatake-Honeywell Co., Ltd. | Moisture sensitive element and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2354557A1 (en) | 1978-01-06 |
| NL7702477A (en) | 1977-09-13 |
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