CN109470297A - 用于测定湿度的探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种探测器(100)，具有用于检测温度测量值的温度传感器(150)和用于检测湿度测量值的湿度传感器(180)。探测器包括：基体(110)，基体在探测器的近端(111)与远端(112)之间长形地延伸；布置在近端处的接口(120)，其构造用于输出指示湿度的数据信号并接收用于加热湿度传感器的供应信号；布置在基体处且在接口下游的电子件(130)，其耦联到温度传感器处并耦联到湿度传感器处，其中，电子件构造用于根据温度测量值和湿度测量值提供数据信号。湿度传感器布置在远端处；并且温度传感器包括环境温度测针(151)，其通过基体的一部分与湿度传感器间隔开并且布置在近端与远端之间。

Description

用于测定湿度的探测器
技术领域
本文献涉及探测器的实施方式，其用于例如为了气象数据检测目的而测定湿度。
背景技术
从现有技术中已知，在用于测定环境空气的湿度的探测器中，湿度传感器被置为高于环境温度的温度。由此，能够降低测量点处的相对湿度，并进而降低会使测量失真的结露的危险。然后，通过湿度传感器的自身的温度测针能够测定该过热温度。从湿度传感器的湿度测针所测定的湿度值中以及从过热温度中例如能够得出水蒸气部分压力。
从E+E ELEKTRONIK Ges.mbH公司的“EE33”型设备的数据表中已知用于探测器的这种湿度传感器的一个实例，数据表能够经由URL http://downloads.epluse.com/fileadmin/data/product/ee33/Datenblatt_EE33.pdf获得。
此外，在探测器的湿度传感器中能够以单件形式集成有湿度测针和温度测针，其例如在E+E ELEKTRONIK Ges.mbH公司的“HMC01”型设备的数据表中描述，其能够经由URLhttp://downloads.epluse.com/fileadmin/data/product/ee33/HMC01_deutsch.pdf获得。
为了最终计算实际的环境湿度适宜的能够是，除了存在于湿度测针处的温度之外，求出实际的环境温度，即要确定其湿度值的环境的实际环境温度。对此需要环境温度传感器，其设置为相对于湿度传感器是附加的并且尽可能不受存在于湿度测针处提高的温度影响来测定环境温度。
就此背景已知，在探测器中，湿度传感器和用于测量环境温度的温度传感器分别安装在单独的壳体中并进而能够彼此分开地定位。例如，VAISALA Oyj的“HMP155”型设备的用户手册描述了这种措施，其中该文献可经由以下网址：http://www.vaisala.com/ Vaisala％20Documents/User％20Guides％20and％20Quick％20Ref％20Guides/HMP155_ User_Guide_in_English.pdf获得。在探测器的分布式布置的情况下，尽管能够比较精确地测定环境温度，但探测器的安装由于两个分开的壳体而是复杂的。
湿度传感器和用于测量环境温度的温度传感器固定在共同基体上的探测器从ROTRONIC的“HygroMet4”型设备的数据表已知，其可经由URL：https://www.rotronic.com/en/productattachments/index/download？id＝929获得。
然而，在最后提出的设备中的问题在于，用于测量环境温度的温度传感器形成测量记录器的远端并进而会易于损坏。此外，温度传感器紧邻湿度传感器，由此由温度传感器测定的温度可能不受存在于湿度传感器处的过热温度影响。
发明内容
因此，目的是，提出一种探测器，其一方面具有紧凑的设计，并且另一方面精确地测定湿度。
由此出发，提出一种探测器，其具有用于检测温度测量值的温度传感器和用于检测湿度测量值的湿度传感器。
探测器包括：基体，其在探测器的近端与远端之间长形地延伸。在近端处布置有接口，接口构造用于输出指示湿度的数据信号。此外，接口构造用于加热湿度传感器的供应信号。
在探测器中还设有布置在基体处且在接口下游的电子件，电子件耦联到温度传感器处并耦联到湿度传感器处。电子件构造用于根据温度测量值和湿度测量值提供数据信号。
在此，湿度传感器布置在远端处。湿度传感器还能够形成探测器的远端。
温度传感器包括环境温度测针，环境温度测针通过基体的一部分与湿度传感器间隔开并且布置在近端与远端之间。因此，例如湿度传感器形成探测器的远端，并且温度传感器例如能够大致居中地固定在基体上。此外，温度传感器的环境温度测针能够通过基体的另一部分也与电子件间隔开。
湿度传感器和温度传感器的布置实现了湿度的精确测定并且还将探测器简单地安装在应用中，其中同时能够确保，防止温度传感器受到外来影响。此外，探测器由于湿度传感器与温度传感器之间的间距而能够有利地被校准。
例如，环境温度测针具有尖端，尖端不指向湿度传感器，而是指向探测器的近端，即远离能够被加热的湿度传感器。
在一个实施方式中，基体包含第一留空部，第一留空部围绕环境温度测针。基体例如能够设计为电路板(PCB，印刷电路板)，其中铣出或冲出留空部，并且环境温度测针安置在留空部中。因此，基体保护环境温度测针以防止外来影响。
基体能够具有布置在湿度传感器与温度传感器之间的脱耦结构。因此，温度传感器不是与湿度传感器直接相邻地布置，而是通过基体的一部分(即，脱耦结构)与湿度传感器间隔开。脱耦结构能够具有局部减小的导热性，其中导热性的这种减小能够以不同的方式和方法来实施，例如通过选择相应的材料和/或通过几何设计来实施。类似的内容能够适用于基体的如下部分，其建立了环境温度测针与电子件之间的间距。
例如在本发明的范围内，脱耦结构包括基体的第二留空部，或者通过基体的第二留空部来形成。该第二留空部例如能够定位在远端与第一留空部之间，第二留空部包围环境温度测针。例如，该第二留空部的长度为至少5mm(沿着基体的纵向延伸)和/或其宽度为基体宽度的至少40％。只要不威胁到探测器的机械稳定性，也能够选择更大的长度和/或宽度，这在远端处的湿度传感器与环境温度测针的位置之间引起相应更强的热脱耦。
探测器的湿度传感器能够包括单独的或附加的加热装置，加热装置同样布置在远端处。湿度传感器能够配设有湿度测针和温度测针，它们例如以前文提出的关于“HMC01”型设备的数据表中所描述的方式和方法来实施。在探测器的一个实施方式中，湿度传感器刚好如在该数据表中所描述的那样来设计。湿度测针和温度测针能够容纳在湿度传感器的(例如通过上面提出的加热装置)可加热的湿室中。该湿室或空间上对湿室进行限界的封闭套筒能够形成探测器的远端。除了单独的加热装置之外，也能够经由温度测针的提高的测量电流或其损失功率实现湿度传感器的加热。电子件能够构造用于适当地调整湿度传感器处的温度。
探测器的部件，除了接口之外，能够集成在共同的壳体中，壳体例如能够包括注塑件。特别地，壳体能够不仅容纳湿度传感器的湿室也能够容纳电子件。
基体的上述第一留空部同样能够通过壳体来塑造，使得壳体的相应留空部包围环境温度测针。
在探测器的一个实施方式中，接口所输出的、由探测器的电子件产生的数据信号能够说明相对湿度，并且可选地还说明环境温度。
探测器能够构造用于大量不同应用，其中重要的是尽可能精确地测定湿度。在此尤其考虑气象数据检测。在另一实施方式中，探测器例如构造用于位置固定地安装在空调中，例如安装在交通工具的空调中。另外的应用领域包括制药和食品工业、蘑菇农场、湿度存储、空调室、测试室和促熟室、气象学、以及物品的干燥(例如陶瓷、木材、混凝土和/或聚酯的干燥)。
附图说明
本发明的其他细节和优点在以下根据附图对一些实施例的说明中更清楚易懂。
其示出：
图1示例性且示意地示出根据一个或多个实施方式的探测器的透视图；
图2A-C分别示例性且示意地示出根据一个或多个实施方式的探测器的部段的透视图；
图3示例性且示意地示出根据一个或多个实施方式的探测器的湿度传感器的一部分的俯视图；
图4示例性且示意地示出根据一个或多个实施方式的探测器的湿度传感器的一部分的横截面图；并且
图5示例性且示意地示出根据一个或多个实施方式的探测器的温度传感器的横截面图。
具体实施方式
图1示意性且示例性地示出探测器100的透视图。探测器100包括用于检测温度测量值(尤其环境温度测量值)的温度传感器150以及用于检测湿度测量值的湿度传感器180。
探测器100以基体110为基础，基体在探测器100的近端111与远端112之间长形地延伸。基体110能够具有长形的延伸部，长形的延伸部是基体的平均宽度的至少两倍大。
在如图2A示意地示出的实施方式中，基体110包括电路板，例如PCB电路板。基体110也能够以电路板的形态存在。电路板能够装配探测器100的部件。
在近端111处布置有接口120，接口构造用于输出指示湿度的数据信号。在当前的实施例中，接口120固定在基体110处并且包括插头，经由插头将数据信号输出到数据总线上。替代地，数据信号也能够通过接口120作为无线电信号无线地输出。
接口120能够与常规的串行数据传输标准兼容，例如与EIA-485标准兼容。同时，通过例如将插头旋到螺纹上或旋入到螺纹中的方式，接口120也能够构造用于机械地固定探测器100。接口120形成在应用的耦联点与基体110之间的过渡部，其中，探测器100能够安装在该耦联点上。
此外，探测器100能够经由接口120接收用于加热湿度传感器180的供应信号。供应信号例如是电流或电压信号。
在图1中不可见的且在图2A中仅示意性示出的电子件130布置在接口120的下游，电子件固定在基体110处。电子件130例如包括评估单元，评估单元接收由温度传感器150检测的温度测量值和由湿度传感器180检测的湿度测量值，并且根据温度测量值和湿度测量值计算、提供数据信号并且经由接口120输出数据信号，其中，该数据信号对湿度进行说明(并可选地还对环境温度进行说明)。
除了评估单元之外，电子件130也能够包括无源部件和/或功率电子部件，并且例如构造用于借助这些部件接收供应信号并且为了加热湿度传感器180的目的而处理供应信号并且将供应信号转发到湿度传感器180。
为了传输供应信号或者由此推导出的信号以及为了传输温度测量值和湿度测量值，例如呈所述的电路板形态的基体110包括相应的导线、电缆和/或集成的印制导线，但是这些在附图中没有示出。
如在全部图1至4中所示出的，湿度传感器180布置在探测器100的远端112处。在所示出的实施例中，湿度传感器180因此形成探测器100的远端，这在下文中参考图2A至4更详细地描述。
在基体110的指向远端112的端部处，现在设有两个越过基体110的该端部伸出的管脚1171和1172，在管脚处固定有承载件1800(参见图3)，例如借助焊接连接来固定。但是，代替两个所示出的管脚1171、1172，也能够设有更多个管脚，或者仅一个管脚。同样，在探测器的另一实施方式中，能够设有替代于管脚1171、1172的耦联机构。然而为了进行说明，下面总是提及“管脚1171、1172”。
在承载件1800上布置有湿度测针181和温度测针182，例如以如前文引用的关于E+E ELEKTRONIK Ges.mbH的“HMC01”型设备的数据表中已知的方式和方法来布置。关于湿度传感器180的该可行的实施方式的示例性细节方面，在此处也参考该数据表。
承载件1800例如由玻璃基底制成，玻璃基底承载温度测针182和位于其上的湿度测针181。在此，承载件1800的加热一方面通过如下方式来实现，适当地提高温度测针182的测量电流并且将由此导致的损失功率用作为加热功率。另一方面，例如在基体110的端部处可以借助加热装置183实现湿度传感器180的附加加热，其中该加热装置183能够构造为加热电阻，加热电阻布置在基体110上。两个管脚1171和1172中的至少一个此时能够起导热的作用，经由管脚将从附加的加热装置183产生的热量输送给承载件1800。两个管脚1171和1172中的一个例如能够固定在基体110的上侧上，并且另一管脚固定在基体110的下侧上，这例如在图4中示出。
特别地，由此可行的是，由湿度测针181和温度测针182构成的装置经受高于探测器100的环境温度的温度。特别地，电子件130能够构造为，通过利用加热装置183以及温度测针182的测量电流，适当地调整湿度传感器180处的、例如承载件1800处的温度。例如，探测器100构造为，基于加热而防止湿度传感器180的结露以及随之产生的测量值失真。在没有加热的情况下，这种结露能够例如尤其产生于空气湿度高的环境中。
湿度测针181和温度测针182的传感器信号输送给电子件130，尤其输送给电子件130的评估单元，以用于后续处理，其中对此除了两个管脚1171、1172(未示出的)还能够在基体110处或基体中设置导线和/或印制导线。
在所示出的实施例中，湿度传感器180还具有封闭套筒186，封闭套筒能够套在由湿度测针181和温度测针182构成的装置上，并且能够例如借助螺纹装置187、188与探测器100的其余部分连接。以这种方式和方法，通过封闭套筒186能够形成湿度传感器180的湿室184。封闭套筒186能够同时形成使探测器100封闭的壳体170的一部分，尤其是探测器100的远端112。
用于检测环境温度并进而包括环境温度测针151的温度传感器150不是布置在远端112处的。更确切地，环境温度测针151通过基体110的一部分与湿度传感器180间隔开并且布置在近端111与远端112之间，例如大致在基体的中间，这例如在图1至2C中示出。此外，环境温度测针151能够通过基体110的另一部分与电子件130间隔开。
在当前的实施例中，电子件130设置在近端111与环境温度测针151之间。
由于温度传感器150的与被加热的湿度传感器180间隔开的布置，环境温度测针151与被加热的湿度传感器180热脱耦，从而能够精确地检测环境温度。
在当前的实施例中，也将环境温度测针151的测量信号输送给电子件130，尤其输送给电子件130的评估单元。根据环境温度测针151的测量信号、湿度传感器180的温度测针182的测量信号并根据湿度传感器180的湿度测针181的测量信号，电子件能够计算、提供对探测器100的环境湿度进行说明的数据信号并且经由接口120输出该数据信号。
热脱耦还能够通过如下方式改进：环境温度测针151的尖端1511指向近端111，即远离布置有湿度传感器180的远端112。探测器的涉及实际环境温度的位置因此距湿度测量的位置比较远，湿度测量的位置如所提及的那样能够被加热。
在所示出的实例中，基体110具有第一留空部113，第一留空部围绕环境温度测针151，这例如在图2A中示出。在一个可行的实施例中，选择如下地布置环境温度测针151以及第一留空部113：也遵守在电子件130与环境温度测针151之间的最小间距，其中该最小间距能够通过基体110的另一部分来制造。因为，电子件130也能够发出会使环境温度的测量失真的热量。
图5根据横截面图示出温度传感器150的一个示例性实施方式。在此，温度传感器150例如包括环境温度测针151，其具有传感器元件1513，例如传感器元件呈电阻温度传感器(例如PT100传感器元件，PT1000传感器元件，NTC传感器元件，或者PTC传感器元件)的形态，传感器元件布置在套筒1512中，套筒例如是金属套筒1512。套筒1512的尖端1511指向近端111的方向(并且不指向湿度传感器180，湿度传感器处于远端112处或者形成远端)。传感器元件1513例如焊接在基体110处，并且套筒1512部分地越过基体110的相应部段伸出，这例如在图5中示例性地示出。容纳有传感器元件1513的套筒1512布置在第一留空部113中并且因此通过壳体170的对留空部113进行限定的部分得以保护。此外，套筒1512的内腔能够用高导热性的材料填充，从而确保在套筒1512的外壁与内置的传感器元件1513之间的良好的热联接。
在探测器100中，在温度传感器150与湿度传感器180之间的热脱耦能够不仅通过空间间隔来实现，而是也能够通过基体110的材料技术方面和/或结构上的调整来实现。
因此，基体110例如能够在湿度传感器180与温度传感器150之间具有脱耦结构，脱耦结构例如具有局部减小的导热性。
导热性的减小例如能够通过在基体110中设有相应的材料来实施。
替代地或附加地，基体110在相关部分中也能够承受结构上的变化，这例如在图2A中示意地示出。在那里，基体110具有第二留空部114，第二留空部代表脱耦结构的一部分或形成该部分。第二留空部114设置在围绕环境温度测针151的第一留空部113与远端112之间。例如，该留空部的长度为至少5mm和/或宽度为基体110的宽度的至少40％。第二留空部114的规格也能够大于按照该实例示例地提出的值，以便只要确保探测器100的机械稳定性，就引起湿度传感器180与温度传感器150之间的表现得更强烈的热脱耦。
这两个留空部113和114在侧向方向上例如通过相应的接片1131和1141限界，接片分别能够显得比较细长(相关于基体的宽度)，并进而具有低导热性。由此，也能够确保在环境温度测针151和电子件130方面与湿度传感器180方面之间的热脱耦。
上面的阐述尤其与温度传感器150与湿度传感器180之间的热脱耦相关。然而要理解，为了温度传感器150与电子件130的热脱耦，能够采用类似的或相同的措施。
关于用于制造温度探测器100的一个可行的变体，下面参考图2A-C。因此，在当前的实例中，首先基体110以电路板的形态提供，电路板装配有为了记录测量所需的部件，属于这些部件的有：例如，电子件130、环境温度测针151以及在端部处一方面有接口120并且另一方面有管脚1171、1172，管脚随后引导至要安装的湿度传感器180。电路板还具有第一留空部113以及第二留空部114，留空部例如从电路板中冲出或者从电路板中铣出。
随后，在相应的装配之后用保护材料包封基体110，更确切地说从接口120处开始直至两个管脚1171和1172，包封例如通过执行所谓的热熔成型方法来实现，这例如在图2B中示出。
之后，该制品承受注塑包封，这例如在图2C中示出，注塑包封例如通过以热塑性塑料来包封的形式实现。在基体110的端部处，之前或之后还能够设有螺纹件187，螺纹件构造用于容纳湿度传感器180的封闭套筒186(参见图3)的相应配对件188。
同样再次参考图1，探测器100因此能够具有包围基体110的壳体170，壳体封闭整个探测器100并且尤其不仅容纳了湿度传感器180的可加热的湿室184还容纳了电子件130。根据该处理方式，壳体170能够包括注塑件。
例如，壳体170构造成两件式，其中，第一单件完整地包围基体110，例如在图2C中示例地示出，并且第二单件通过封闭套筒186来形成。封闭套筒186同样能够作为注塑件制成。
在附图中示出的探测器100能够针对多种不同的应用来构造，在这些应用中重要的是尽可能精确地测定湿度。
例如，探测器100构造用于位置固定地安装在空调中、例如交通工具的空调中。另外的应用领域包括制药和食品工业、蘑菇农场、湿度存储、空调室、测试室和促熟室、气象学、以及物品的干燥(例如陶瓷，木材，混凝土和/或聚酯的干燥)。
探测器100例如具有大致250mm的总长度、大致24mm的平均直径，并且基体110的总长度由于接口120以及封闭套筒186的原因而例如比探测器100的总长度小50mm。
探测器100的所提出的结构实现大量的优点，首先，温度传感器150和湿度传感器180耦联在相同的基体110处，并进而不必彼此分开地定位。尽管如此，也确保了温度传感器150与可加热的湿度传感器180的热脱耦，例如通过包括第二留空部114的脱耦结构。由于将环境温度测针151布置在第一留空部113之内，机械上防止了环境温度测针受到外来影响。此外，温度传感器150以及湿度传感器180的所提出的布置使得能够有利地校准探测器100。例如，在校准探测器100时将探测器100的通过封闭套筒186形成的远端112引入湿度校准反应器中，使得湿度传感器180能够被隔离地校准。与此分开地，能够校准温度传感器150。上面描述的围绕环境温度测针151的第一留空部113能够进一步设计有以下规格：环境温度测针151的尖端1511充分地与例如处于近端111处的电子件130间隔开，例如间隔开至少5mm，其中，电子件同样能够发射至少少量的热量。此外，该结构允许在野外使用期间或野外使用之后简单地清洁探测器100。
经由接口120输出的数据信号尤其能够指示探测器100的环境中的相对湿度。此外，电子件130构造用于，经由接口120输出温度传感器150的测量信号作为另一单独的数据信号。

Claims (15)

1.一种探测器(100)，具有用于检测温度测量值的温度传感器(150)和用于检测湿度测量值的湿度传感器(180)，所述探测器包括：
基体(110)，所述基体在所述探测器(100)的近端(111)与远端(112)之间长形地延伸；
布置在所述近端(111)处的接口(120)，所述接口构造用于输出指示湿度的数据信号并接收用于加热所述湿度传感器(180)的供应信号；
布置在所述基体(110)处且在所述接口(120)下游的电子件(130)，所述电子件(130)耦联到所述温度传感器(150)处并且耦联到所述湿度传感器(180)处，其中，所述电子件(130)构造用于根据所述温度测量值和所述湿度测量值提供数据信号；
其中：
所述湿度传感器(180)布置在所述远端(112)处；并且
所述温度传感器(150)包括环境温度测针(151)，所述环境温度测针通过所述基体(110)的一部分与所述湿度传感器(180)间隔开并且布置在所述近端(111)与所述远端(112)之间。
2.根据权利要求1所述的探测器(100)，其中，所述环境温度测针(151)具有尖端(1511)，所述尖端指向所述近端(111)。
3.根据权利要求1或2所述的探测器(100)，其中，所述基体(110)具有第一留空部(113)，所述第一留空部围绕所述环境温度测针(151)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的探测器(100)，其中，所述环境温度测针(151)还通过所述基体(110)的另一部分与所述电子件(130)间隔开。
5.根据前述权利要求中任一项所述的探测器(100)，其中，所述基体(110)具有脱耦结构，所述脱耦结构布置在所述湿度传感器(180)与所述温度传感器(150)之间。
6.根据权利要求5所述的探测器(100)，其中，所述脱耦结构具有局部减小的导热性。
7.根据权利要求5或6所述的探测器(100)，其中，所述脱耦结构包括所述基体的第二留空部(114)。
8.根据权利要求7所述的探测器(100)，其中，所述第二留空部(114)的长度为至少5mm。
9.根据权利要求7或8所述的探测器(100)，其中，所述第二留空部(114)的宽度为所述基体(110)的宽度的至少40％。
10.根据前述权利要求中任一项所述的探测器(100)，其中，所述湿度传感器(180)包括加热装置(183)，所述加热装置同样布置在所述远端(112)处。
11.根据前述权利要求中任一项所述的探测器(100)，其中，所述电子件(130)构造用于调整所述湿度传感器(180)处的温度。
12.根据前述权利要求中任一项所述的探测器(100)，其中，所述湿度传感器(180)包括湿度测针(181)和温度测针(182)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的探测器(100)，还包括包围所述基体(110)的壳体(170)，所述壳体不仅容纳所述湿度传感器(180)的能加热的湿室(184)还容纳所述电子件(130)。
14.根据权利要求13所述的探测器(100)，其中，所述壳体(170)包括注塑件。
15.根据前述权利要求中任一项所述的探测器(100)，其中，所述探测器(100)构造用于位置固定地安装在空调中。
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