DE1959048C3 - Process for measuring the enthalpy of moist air and circuit arrangement for carrying out the process - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Enthalpie feuchter Luft durch Messung ihrer Temperatur und ihrer Feuchte sowie Schaltungs-■nordnungen zur Ausführung des Verfahrens.The invention relates to a method for measuring the enthalpy of moist air by measuring it Temperature and its humidity as well as circuit ■ northings for the execution of the procedure.

Die Erfindung beruht auf dem Umstand, daß die Enthalpie feuchter Luft sich aus einem Anteil temperaturabhängiger sensibler Wärme, d. h. trockener Wärme, und einem Anteil vom Feuchtegehalt abhängiger latenter Wärme, d. h. Verdampfungswärme, zusammensetzt, und die Enthalpiemessung damit auf eine Temperaturmessung und eine Feuchtemessung zurückgeführt werden kann.The invention is based on the fact that the enthalpy of moist air is made up of a proportion of temperature-dependent air sensible heat, d. H. dry heat, and a proportion more dependent on the moisture content latent heat, d. H. Heat of vaporization, composed, and the enthalpy measurement with it a temperature measurement and a humidity measurement can be traced back.

Es ist bekannt, die Enthalpie feuchter Luft aus einer Temperaturmessung und einer Feuchtemessung zu ermitteln. Hierbei wird die Temperaturmessung 048It is known to determine the enthalpy of moist air from a temperature measurement and a humidity measurement to investigate. The temperature measurement is 048

und die Feuchtemessung als Einzelmessung durchgeführt und die Enthalpie entweder mittels mathematischer Beziehungen berechnet oder aus Tabellen bzw. aus Nomogrammen bestimmt. Diesem Verfahren haften verschiedene Nachteile an. Diese bestehen vor allem darin, daß die Enthalpie nicht als Meßwert vorliegt, sondern über Zwischenschritte ermittelt werden muß. Ein Näherungsverfahren zur direkten Bestimmung der Enthalpie feuchter Luft ist durch die Messung der Feuchtkugeltemperatur gegeben. Diese Messung erfordert einen relativ hohen Wartungsaufwand, als dessen Folge nicht in allen Jahreszeiten und nicht während aller Wartungszeiträume die Zuverlässigkeit der Messungen gewährleistet ist. Infolge dieser Mängel eignen sich die bekannten Ermittlungsverfahren nicht für kontinuierliche Messungen über längere Zeiträume, wie sie für die automatische Steuerung und Regelung Voraussetzung sind und außerdem bei Feuchtkugeltemperatuien unter 0 C unbefriedigende Meßwerte ergeben.and the humidity measurement is carried out as a single measurement and the enthalpy either by means of mathematical Relationships calculated or determined from tables or nomograms. This procedure there are various disadvantages. These consist mainly in the fact that the enthalpy is not a measured value exists, but must be determined via intermediate steps. An approximation method for direct determination the enthalpy of moist air is given by measuring the wet-bulb temperature. These Measurement requires a relatively high level of maintenance, as a result not in all seasons and the reliability of the measurements is not guaranteed during all maintenance periods. As a result these deficiencies, the known detection methods are not suitable for continuous measurements longer periods of time, as are a prerequisite for automatic control and regulation and also at wet bulb temperatures below 0 C result in unsatisfactory readings.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Mängel und Nachteile der bekannten Ermittlungsverfahren zu beseitigen und die Betriebsweise von Anlagen wirtschaftlicher zu gestalten, für welche eine zuverlässige und kontinuierliche Messung der Enthalpie feuchter Luft erforderlich ist. Dies gilt insbesondere für den Betrieb von Lüftungs- und Klimaanlagen.The purpose of the invention is to overcome the shortcomings and disadvantages of the known investigation methods to eliminate and to make the operation of systems more economical, for which a reliable and continuous measurement of the enthalpy of humid air is required. This is especially true for the operation of ventilation and air conditioning systems.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei Bestimmung der Enthalpie feuchter Luft die individuellen Zwischen schritte, die nach dem bekannten Verfahren zur Ermittlung der Enthapie aus einer Temperatur- und einer Feuchtemessung erforderlich sind, zu vermeiden und die Enthalpie als Meßsignal kontinuierlich zu erfassen.The object of the invention is, when determining the enthalpy of humid air, the individual Intermediate steps that are carried out according to the known method for determining the enthapy from a temperature and a moisture measurement are required avoid and continuously record the enthalpy as a measurement signal.

Dies geschieht erfindungsgemäß durch Vereinigung einer Temperaturmessung und einer Feuchtemessung in der Weise, daß die Meßsignale des Temperaturmeßfühlers und des Feuchtemeßfühlers in additionsfähige äquivalente Signale transformiert, mit einem Faktor vorgegebener Größe bewertet und addiert werden. Zur Messung der beiden Komponenten können an sich bekannte Meßfüliler verwendet werden. In vorteilhafter Weise werden zur Realisierung der Messungen die den Temperatur und Feuchteänderungen proportionalen Änderungen von Widerständen ausgenutzt. Die Bewertungsfaktoren sind unterschiedlich groß und werden infolge der Nichtlinearität des Temperatur-Dampfdruck-Gesetzes von dem vorgesehenen Meßbereich der Enthalpie bestimmt. Die Bewertung wird dadurch erreicht, indem die Meßwerte einer oder beider Komponenten mit einem Muhiplikationsfaktor versehen werden und so in das Gesamtergebnis eingehen. Die Bewertung erfolgt vor der Addition. Zum Zwecke der Bewertung und der Kennlinienanpassung wird die Kennlinie eines Meßfühlers oder beider Meßfühler hierbei durch Parallelwiderstände oder Reihenwiderstände geschert.According to the invention, this is done by combining a temperature measurement and a humidity measurement in such a way that the measurement signals of the temperature sensor and the humidity sensor in additive transformed equivalent signals, weighted with a factor of a given size and added will. Measuring fillers known per se can be used to measure the two components. The temperature and humidity changes are advantageously used to carry out the measurements proportional changes in resistances are exploited. The evaluation factors are different large and are due to the non-linearity of the temperature-vapor pressure law of the intended Enthalpy measuring range determined. The evaluation is achieved by taking the measured values one or both components can be provided with a multiplication factor and so in the Enter the overall result. The evaluation takes place before the addition. For the purpose of evaluation and the The characteristic curve is adapted to one or both sensors using parallel resistors or sheared series resistors.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die beiden Meßsignalc bewertet und/oder unbewertet einem Summiergerät zugeführt werden. Es ist zweckmäßig, ein Summiergerät mit nichtlinearem Übertragungsverhalten für die unbewerteten Meßsignale zu verwenden, wobei die nichtlincare Kennlinie des Eingangs-Mcßsignals invers zur Nichtlinearität der Kennlinie des Summiergeriites verlaufen muß. Dadurch erfolgt eine Linearisierung der Kennlinie über einen größeren Meßbereich und somit ein erweiterter Anwendungsbereich.A further embodiment of the invention consists in that the two measurement signals are evaluated and / or be fed unevaluated to a summing device. It is advisable to use a summing device with non-linear transfer behavior for the unevaluated To use measurement signals, the non-linear characteristic of the input Mcßsignals inverse to the non-linearity must run along the characteristic of the summing unit. This results in a linearization of the characteristic over a larger measuring range and thus a wider range of applications.

Für die Schaltungsanordnung zur Ausführung des Meßverfahrens sind verschiedene Varianten möglich. Eine Möglichkeit besteht darin, die Melisignale des Temperaturmeßfühlers und des Fi uchtemeßfühlers in Form von Widerstandsänderungen zu erfassen und in einer Brückenschaltung zum Enthalpiesignal zu vereinen. Die Meßwerte der Meßgrößen Tempeiatur und Feuchte liegen hierbei als äquivalente Änderungen von Widerständen vor. Die Summe der Widerstandsänderungen ist ein Maß für die Enthalpie feuchter Luft. Infolge des nichtlinearen Verlaufes des Temperatur-Damrfdruck-Gesetzes ist eine linearisierte Darstellung des Feuchtesignals und damit auch des Enthalpiesignals nur innerhalb eines begrenzten Bereiches im Rahmen einer vorgegebenen Toleranz möglich. Die Faktoren, mit denen die Einzelmessung der Temperatur und der Feuchte zu multiplizieren sind, sind vom Meßbereich abhängig. Die Reihenschaltung der Widerstände zweier gleicher Meßfühler der zu bewertenden Meßgröße bei gleichem Bezugswert wie der Widerstand der anderen Meßgröße ergibt den Bewertungsfaktor zwei. Die Parallelschaltung der Widerstände zweier gleicher Meßfühler der zu bewertenden Meßgröße bei gleichem Bezugswert wie der Widerstand der anderen Meßgröße ergibt den Bewertungsfaktor einhalb.Various variants are possible for the circuit arrangement for carrying out the measuring method. One possibility is to detect the meli signals of the temperature sensor and the Fi uchtemeßsensor in the form of changes in resistance and to combine them in a bridge circuit to form the enthalpy signal. The measured values of the measured variables temperature and humidity are available as equivalent changes in resistances. The sum of the changes in resistance is a measure of the enthalpy of humid air. As a result of the non-linear course of the temperature-steam pressure law, a linearized representation of the humidity signal and thus also of the enthalpy signal is only possible within a limited range within a specified tolerance. The factors by which the individual measurements of temperature and humidity are to be multiplied depend on the measuring range. The series connection of the resistances of two identical sensors of the measured variable to be evaluated with the same reference value as the resistance of the other measured variable results in the evaluation factor of two. The parallel connection of the resistances of two identical sensors of the measured variable to be evaluated with the same reference value as the resistance of the other measured variable results in the evaluation factor one-half.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Im einzelnen zeig'.In the drawing, the invention is explained in more detail using exemplary embodiments. Show in detail.

F i g. 1 die Schaltung eines Enthalpiemeßfühlers mit in Reihe geschalteten elektrischen Widerständen des Temperatur- und Feuchtemeßfühlers,F i g. 1 shows the circuit of an enthalpy sensor with electrical resistors connected in series the temperature and humidity sensor,

F i g. 2 die Schaltung eines Enthalpiemeßfühlers mit parallelgeschalteten elektrischen Widerständen des Temperatur- und Feuchtemeßfühlers und Widerständen zur Bewertung,F i g. 2 shows the circuit of an enthalpy sensor with electrical resistors connected in parallel the temperature and humidity sensor and resistors for evaluation,

F i g. 3 die Widerstands-Enthalpie-Kennlinie eines Enthalpiemeßfühlers mit in Reihe geschalteten elektrischen Widerständen des Temperatur- und Feuchtemeßfühlers, F i g. 3 shows the resistance-enthalpy characteristic of an enthalpy sensor with electrical sensors connected in series Resistances of the temperature and humidity sensors,

F i g. 4 den in eine Wheatstonesche Meßbrücke geschalteten Enthalpiemeßfühler nach Fig. 1.F i g. 4 the enthalpy sensor according to FIG. 1 connected in a Wheatstone measuring bridge.

in elektrischer Widerstand R& eines Temperaturmeßfühlers M_n und ein elektrischer Widerstand R_x eines Feuchtemeßfühlers M_x sind nach F i g. 1 in Reihe und nach F i g. 2 parallel geschaltet und zu einem Enthalpiemeßfühler vereint. Als Temperaturmeßfühler M/> dient ein Widerstandsthermometer.in electrical resistance R & of a temperature sensor M _n and an electrical resistance R _{x of} a humidity sensor M _x are shown in FIG. 1 in series and after FIG. 2 connected in parallel and combined to form an enthalpy sensor. A resistance thermometer is used as the temperature sensor M />.

Als Feuchtemeßfühler M_x findet ein Lithiumchlorid-Taupunkttemperaturmeßfühler mit einem Widerstandsthermometereinsatz Verwendung. Die Feuchtemessung wird hierbei auf eine Temperaturmessung zurückgeführt, da als Zwischengröße die Lithiumchlorid-Umwandlungstemperatur als ein äquivalentes Maß für die Taupunkttemperatur und somit für die Feuchte der Luft, gemessen wird.A lithium chloride dew point temperature sensor with a resistance thermometer insert is used as the humidity sensor M _x. The humidity measurement is traced back to a temperature measurement, since the lithium chloride conversion temperature is measured as an intermediate variable as an equivalent measure for the dew point temperature and thus for the humidity of the air.

Eine Veränderung der Anteile der sensiblen bzw. der latenten Wärme beeinflußt die Enthalpie feuchter Luft. Diese Veränderung wirkt auf die von der zu messenden feuchten Luft umgebenen Temperaturmeßfühler M₉ und FeuchtemeSfühler M_x und verändert deren die Enthalpieanteile darstellende elektrische Widerstände R» und R_x. Die Summe der Widerstandsänderungen ist dabei das Maß für die Enthalpie feuchter Luft. Da die Widerstands-Taupunkttemperatur-Kennlinie eines Lithiumchlorid-Taupunkttemperatur-Meßfühlers nicht linear verläuft, ist sie innerhalb des gewählten Meßbereiches zu linearisieren.A change in the proportions of sensible or latent heat affects the enthalpy of moist air. This change acts on the temperature sensors M ₉ and humidity _{sensors M x} , which are surrounded by the moist air to be measured, and changes their electrical resistances R » and R _x , which represent the enthalpy components . The sum of the changes in resistance is the measure of the enthalpy of moist air. Since the resistance / dew point temperature characteristic of a lithium chloride dew point temperature sensor is not linear, it must be linearized within the selected measuring range.

In dem Diagramm nach F i g. 3 ist der Gesamtwiderstand R₁ in Ω der Schaltung nach F i g. 1 über der Enthalpie der feuchten Luft in kcal/kg aufgetragen. Werden für beide Meßgrößen gleiche elektrische Widerstände von beispielsweise 100 Ω bei 0° C eingesetzt, so zeigt die Summe der Widerstandsänderungen etwa im Bereich von 5 bis 15 kcal/kg der Enthalpie feuchter Luft einen proportionalen Anstieg. Dieser Bereich wird für die Klimasteuerung und Klimaregelung am häufigsten benötigt.In the diagram according to FIG. 3 is the total resistance R ₁ in Ω of the circuit according to FIG. 1 plotted against the enthalpy of moist air in kcal / kg. If the same electrical resistances of, for example, 100 Ω at 0 ° C. are used for both measured quantities, the sum of the changes in resistance shows a proportional increase in the range of 5 to 15 kcal / kg of the enthalpy of moist air. This area is most often required for climate control and regulation.

Bei der in F i g. 2 gezeigten Parallelschaltung der Widerstände des Temperaturfühlers M» und des Feuchtemeßfühlers M_x dienen die Widerstände R und R₀ zur Bewertung und Nullpunktfestlegung. Die Bewertung erfolgt bei Meßfühlern mit äquivalenten Widerstandsänderungen durch den Einsatz von Meßfühlern mit unterschiedlichen Grundwerten, z. B. Verwendung von Widerstandsthermometern mit unterschiedlichen Widerstandswerten bei 0° C, durch Scheren mittels Parallel- und/oder Reihenwiderständen oder bei Einsatz von Meßfühlern mit gleichen Grundwerten durch Parallelschaltung oder Reihenschaltung mehrerer gleicher Meßfühler für eine Meßgröße. Die Reihenschaltung zweier gleicher Meßfühler für eine Meßgröße ergibt dabei den Bewertungsfaktor zwei und die Parallelschaltung den Bewertungsfaktor einhalb.In the case of the in FIG. Parallel connection of the resistances of the temperature sensor M 'and M _x Feuchtemeßfühlers shown 2 serve the resistors R and R ₀ for evaluating and zero setting. The evaluation is carried out for sensors with equivalent changes in resistance through the use of sensors with different basic values, e.g. B. Use of resistance thermometers with different resistance values at 0 ° C, by shearing by means of parallel and / or series resistors or when using sensors with the same basic values by parallel connection or series connection of several identical sensors for a measured variable. The series connection of two identical sensors for a measured variable results in the weighting factor two and the parallel connection gives the weighting factor one-half.

In der F i g. 4 ist ein Enthalpiemeßfühler nach F i g. 1 im Arm einer Wheatstoneschen Meßbrücke dargestellt. Hierbei bedeuten R₉ den Widerstand des Temperaturmeßfühlers Mn, R_x den Widerstand des Feuchtemeßfühlers M_x, R,; R₂; R₃ die Brückenwiderwiderstände, A das Anzeigegerät oder den Meßverstärker und U die Speisespannung für die Meßbrücke. Die Addition der Meßsignale des Temperaturmeßfühlers M₉ und des Feuchtemeßfühlers M₉ in Form äquivalenter Widerstandsänderungen kann in der Meßbrücke durch Reihen- oder Parallelschaltung in einem Brückenzweig oder durch einschalten in zwei Brückenzweige erfolgen.In FIG. 4 is an enthalpy sensor of FIG. 1 shown in the arm of a Wheatstone measuring bridge. Here, R _{9 denotes} the resistance of the temperature sensor Mn, R _x the resistance of the humidity sensor M _x , R ,; R ₂ ; R ₃ the bridge resistances, A the display device or the measuring amplifier and U the supply voltage for the measuring bridge. The addition of the measurement signals of the temperature sensor ₉ and the M Feuchtemeßfühlers M ₉ equivalent in the form of changes in resistance can be effected in the measuring bridge by series or parallel connection in a bridge arm or by turning in two bridge branches.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Anwendung von Widerstandsthermometern. In gleicher Weise können auch Thermistoren zur Anwendung kommen. Für andere Meßelemente, z. B. Thermoelemente, pneumatische Meßfühler und andere müssen dafür geeignete Summiergeräte benutzt werden.The invention is not limited to the use of resistance thermometers. In the same Thermistors can also be used. For other measuring elements, e.g. B. Thermocouples, Pneumatic sensors and other suitable summing devices must be used.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (6)

Patentansprüche: 19Claims: 19 1. Verfahren zur Messung der Enthalpie feuchter Luft durch Messung ihrer Temperatur und ihrer Feuchte mittels Meßfühler, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignale des Temperaturmeßfühlers und des Feuchtemeßfühlers in additionsfähige äquivalente Signale transformiert, mit einem Faktor vorgegebener Größe bewertet und addiert werden.1. Procedure for measuring the enthalpy of humid air by measuring its temperature and their humidity by means of a measuring sensor, characterized in that the measuring signals of the temperature measuring sensor and the humidity sensor is transformed into additive equivalent signals, weighted with a factor of a predetermined size and added. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Bewertungsfaktors von dem Meßbereich der Enthalpie bestimmt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the size of the weighting factor is determined by the measurement range of the enthalpy will. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Bewertung und der Kennlinienanpassung die Kennlinie eines Meßfühlers oder beider Meßfühler durch Parallelwiderstände oder Reihenwiderstände geschert sind.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that for the purpose of evaluation and the characteristic curve adaptation the characteristic curve of a sensor or both sensors by means of parallel resistors or series resistors are sheared. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignale einem Summiergerät bewertet oder unbewertet zugeführt werden.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the measurement signals are a summing device evaluated or unevaluated. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Summiergerät mit nichtlinearem Übertragungsverhailen für ein Meßsignal oder für beide Meßsignale zum Zwecke der Linearisierung eine Korrektur der Kennlinie stattfindet. 5. The method according to claim 4, characterized in that in a summing device with non-linear transmission ratio for a measurement signal or the characteristic curve is corrected for both measurement signals for the purpose of linearization. 6. Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand R_n des Temperaturmeßfühlers Μ» und der Widerstand R, des Feuchtemeßfühlers M, in einer Brückenschaltung angeordnet sind, wobei zur Bewer-iung eines der beiden Meßsignale mit dem Faktor zwei die Widerstände R» oder R_T zweier gleicher Meßfühler der zu bewertenden Meßgröße bei gleichem Bezugswert wie der Widerstand der anderen Meßgröße in Reihe geschaltet und zur Bewertung eines der beiden Meßsignale mit dein Faktor einhalb die Widerstände R₉ oder R, zweier gleicher Meßfühler der zu bewertenden Meßgröße bei gleichem Bezugswert wie der Widerstand der anderen Meßgröße parallel geschaltet sind.6. Circuit arrangement for carrying out the method according to claim 1 to 5, characterized in that the resistance R _{n of} the temperature sensor Μ » and the resistance R, of the humidity sensor M, are arranged in a bridge circuit, with one of the two measurement signals for evaluation the factor two the resistances R » or R _{T of} two identical sensors of the measured variable to be evaluated with the same reference value as the resistance of the other measured variable connected in series and to evaluate one of the two measuring signals with a factor of one and a half the resistances R ₉ or R, two identical sensors the measured variable to be assessed are connected in parallel with the same reference value as the resistance of the other measured variable.