EP1299715A1 - Device and method for determining the moisture in gases - Google Patents

Device and method for determining the moisture in gases

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Publication number
EP1299715A1
EP1299715A1 EP01960463A EP01960463A EP1299715A1 EP 1299715 A1 EP1299715 A1 EP 1299715A1 EP 01960463 A EP01960463 A EP 01960463A EP 01960463 A EP01960463 A EP 01960463A EP 1299715 A1 EP1299715 A1 EP 1299715A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
moisture
humidity
measuring device
temperature
Prior art date
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Ceased
Application number
EP01960463A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Rombach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Testo SE and Co KGaA
Original Assignee
Testo SE and Co KGaA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Testo SE and Co KGaA filed Critical Testo SE and Co KGaA
Publication of EP1299715A1 publication Critical patent/EP1299715A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/56—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content

Definitions

  • the present invention relates to a measuring device according to the features of the preamble of claim 1 for determining the moisture in gases.
  • the absolute humidity indicates the volume of evaporated liquid per gas volume unit (usually in g / m 3 ).
  • the relative humidity results from the quotient of the absolute humidity and the saturation humidity, the latter indicating the maximum possible volume of evaporated liquid per unit gas volume.
  • the saturation humidity depends on the temperature.
  • capacitive moisture sensors which contain a capacitor, the capacitance value of which changes as a function of the humidity of the gas surrounding the sensor. Problems can occur with such sensors, particularly at high humidities.
  • German Patent 28 51 686 C2 to heat the moisture sensor in order to keep it at a temperature above the temperature of the gas.
  • the ambient temperature and the temperature of the sensor are required, for which additional measurements and measuring devices are required.
  • a complex control circuit is required in this known device.
  • WO 97/02468 it is known from WO 97/02468 to keep a moisture sensor at a constant temperature by heating, which is above the temperature of the gas.
  • the known device is used to determine the absolute humidity in a gas, for which the absolute temperature of the gas is required in addition to a measured value supplied by a humidity sensor. An additional measurement and measuring device is required for this.
  • the working range is limited by the constant working temperature of the sensor. Moisture measurement is only possible without the risk of moisture forming on the sensor if the temperature of the gas is below the working temperature of the sensor.
  • a computational correction of the measured value obtained for the absolute humidity is necessary.
  • the aim of the present invention is to provide a humidity sensor for determining the relative moisture in gases available • which can be used independent of the gas temperature, and are necessary in the no additional measurements for determining the moisture content.
  • the measuring device has a heating device thermally coupled to the humidity sensor, which is designed to keep the humidity sensor at an operating temperature that is at least approximately constant differential temperature above an ambient temperature of the humidity sensor.
  • the condensation of liquid on the moisture sensor is reliably prevented in that the temperature of the sensor is kept above the ambient temperature independently of the ambient temperature.
  • a conventional capacitive humidity sensor for determining the relative humidity in a gas can be used as the humidity sensor in the measuring device according to the invention. These sensors have a first and a second electrode with an intermediate moisture-sensitive dielectric, the dielectric constant of which changes as a function of the moisture.
  • suitable evaluation circuits can be used to determine the moisture in the vicinity of the sensor via the capacitance of the capacitor. Due to the increased temperature at the moisture sensor caused by the heating, the measured value determined by the moisture sensor shows a deviation from the actual one Moisture in the gas, the greater the difference in temperature, the greater this deviation.
  • This deviation of the determined value from the actual value can, however, already be taken into account during the adjustment, or the factory adjustment, of the moisture sensor, so that during the use of the measuring device, in addition to the initial value of the moisture sensor, no further measured variables for determining the relative humidity in the gas are required.
  • the heating device for heating the moisture sensor has an electrical heating element, to which a constant electrical power is supplied.
  • the heating element is in particular a heating resistor which is connected to a constant voltage source or to a constant current source.
  • the power converted into heat in the resistor then results as the quotient of the square of the applied voltage and the resistance value, or the product of the square of the current flowing into the heating resistor and the resistance value.
  • the heated humidity sensor which is preferably a conventional capacitive humidity sensor, provides a measured value which is dependent on the relative humidity at the humidity sensor, or in its immediate vicinity.
  • the relative humidity in a gas is temperature-dependent, so that the heating of the humidity sensor to a temperature above the gas temperature leads to a deviation between the relative humidity determined at the humidity sensor and the relative humidity prevailing in the other areas of the gas at a lower temperature .
  • a correction unit is provided in the evaluation unit, which provides a corrected measured value of the relative humidity from a first measured value determined on the basis of the capacitance of the moisture sensor, this corrected measured value being proportional to the relative humidity in the gas or the relative humidity in corresponds to the gas.
  • the present invention further relates to a method for determining the relative humidity in a gas by means of a measuring device which has a humidity sensor and an evaluation unit connected to it, and a heating device thermally coupled to the humidity sensor.
  • the humidity sensor is kept at an operating temperature by means of the heating device, which is at least approximately a differential temperature above an ambient temperature of the humidity sensor.
  • an electrical heating device is used in particular, in which a time-constant electrical power is converted into heat and delivered to the moisture sensor.
  • the following method steps are provided for calibrating the measuring device.
  • the moisture sensor with the heating device thermally coupled to it is introduced into a gas at a known first relative humidity and a known temperature, a first adjustment value for the relative humidity being determined by means of the moisture measuring device.
  • the known first relative humidity which corresponds to the actual humidity of the gas to be measured, represents a first corrected measured value for the first adjustment value supplied by the humidity sensor.
  • the humidity sensor with the heating device becomes a gas with a known second one Relative humidity and the known first temperature, wherein a second adjustment value for the relative humidity is determined by means of the humidity sensor.
  • the known second relative humidity forms a second corrected measured value for the second adjustment value supplied by the humidity sensor.
  • parameters are subsequently determined which enable the measurement values supplied by the humidity sensor to be converted into the actual values of the relative humidity.
  • FIG. 1 block diagram of a measuring device according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 2 plan view of a heating element and a moisture sensor, which are glued together; 3 top view of a heating element and a moisture sensor which are in direct contact;
  • FIG. 4 shows a front view of an arrangement of heating element and moisture sensor which are arranged next to one another;
  • FIG. 5 shows a block diagram of an embodiment of a measuring device according to the invention with a detailed representation of the humidity sensor and the heating device as well as the evaluation unit connected to the humidity sensor;
  • Fig. 6 graphical representation of the output signal of a moisture sensor and the actual moisture in the gas to be measured.
  • Fig. 1 shows a block diagram of an inventive
  • the measuring device for determining the relative humidity in gases.
  • the measuring device has a humidity sensor 10 and an evaluation unit 20 connected to the humidity sensor 10 for providing a measurement value dependent on a relative humidity in a gas.
  • the evaluation unit 20 has in particular a display, not shown in FIG. 1, in order to output a determined measured value to a user.
  • a heating device 30 is provided in the measuring device according to the invention, wherein a heating element 32 of the heating device is thermally coupled to the moisture sensor 10.
  • the heating device 30 is designed in such a way that the moisture sensor 10 is kept at an operating temperature which is constant by a th differential temperature is kept above an ambient temperature of the gas to be measured.
  • This heating means that even at high relative humidities, no liquid condenses on the moisture sensor, which could lead to falsifications of the measurement result and / or damage to the moisture sensor.
  • the heating prevents the relative humidity in the area of the sensor from reaching high values at which a drift of the measurement signal could occur.
  • the heating device 30 is designed as an electrical heating device in which an electrical power which is constant over time is converted into heat becomes.
  • the heating device 30 has a constant voltage source 34, which is connected to the heating element 32.
  • the heating element 32 preferably has an ohmic resistance or consists of such an ohmic resistance. 2 to 4 show different exemplary embodiments for the thermal coupling of the heating element 32A; 32B; 32C; and the humidity sensor 10A; 10B; IOC.
  • FIG. 2a shows a side view of a plate-shaped heating element 32A and a plate-shaped moisture sensor 10A, which are connected by means of a heat-conducting adhesive 40, which is introduced between the heating element 32A and the moisture sensor 10A.
  • the contact surface for the adhesive 40 is both the heating element 32A and the moisture sensor 10A selected one of the faces, which has a largeêtnin- • holding in relation to the other surfaces of the respective element, so as to achieve a good thermal coupling between the heating element 32A and the humidity sensor 10A.
  • FIG. 3 which likewise shows a side view of a heating element 32B and a thermally coupled moisture sensor 10B
  • the heating element 32B and the moisture sensor 10B are likewise joined to one another on side surfaces which are in relation to other side surfaces of the respective element 32B, 10B have a large area to enable good thermal coupling of the heating element 32B and the moisture sensor 10B.
  • a heat-conducting adhesive is dispensed with in the exemplary embodiment according to FIG. 3. Instead, the heating element 32B and the moisture sensor 10B are joined directly, which can be done, for example, by directly applying a heating resistor as the heating element 32B on the sensor 10 in a method using thin-film or thick-film technology.
  • heating element 32C and moisture sensor IOC in plan view, heating element 32C and moisture sensor IOC being joined to one another on narrower sides, so that the front and rear sides of plate-shaped heating element 32C and plate-shaped heating element 32C Moisture sensor IOC lie approximately in one plane.
  • the humidity sensor 10 is preferably a conventional capacitive humidity sensor for determining the relative humidity in gases.
  • a moisture sensor 10 is shown schematically in a side view in FIG. 5. It has a first plate-shaped electrode 12 and a second plate-shaped electrode rode 14 with an intermediate moisture-sensitive dielectric 16, which form a capacitor 11.
  • the dielectric constant of this dielectric 16 varies with the moisture which is present in the region of the dielectric 16, the first electrode 12 being permeable to moisture so that moisture can penetrate to the dielectric 16.
  • the first electrode 12 preferably consists of a porous material or is formed like a grid.
  • the value of the dielectric constant of the dielectric 16 which value depends on the moisture in the environment, determines the capacitance of this capacitor, which is composed of the first electrode 12, the second electrode 14 and the dielectric 16.
  • the moisture sensor 10 is connected to the evaluation unit 20 for evaluating the dielectric constant or the capacitor capacitance, and thus for determining the relative humidity in the vicinity of the moisture sensor 10.
  • the evaluation unit preferably has a resonant circuit (not shown in more detail), the capacitor 11 being part of this resonant circuit and the capacitance of the capacitor 11 being determined on the basis of the resonant frequency of this resonant circuit.
  • a resonant circuit (not shown in more detail)
  • the capacitor 11 being part of this resonant circuit and the capacitance of the capacitor 11 being determined on the basis of the resonant frequency of this resonant circuit.
  • a conversion or standardization of these values into the values of the relative humidity is necessary. Since manufacturing tolerances occur during the production of the capacitors, the conversion variables or standardization variables differ from moisture sensor to moisture sensor.
  • the adjustment of a measuring device before the first use is known and is carried out, for example, by means of a potentiometer in the evaluation circuit, which is set in the factory in order to compensate for tolerances in the capacitor due to production.
  • the evaluation unit has a first evaluation unit 22 which outputs a first measurement signal M 1 which is dependent on the capacitance of the capacitor and thus on the moisture in the region of the moisture sensor 10.
  • a first measurement signal M 1 which is dependent on the capacitance of the capacitor and thus on the moisture in the region of the moisture sensor 10.
  • the relative humidity in a gas is temperature-dependent. It results from the quotient of the absolute humidity, which indicates the volume of evaporated liquid per gas volume unit, and the saturation humidity, which indicates the maximum possible volume of evaporated liquid per gas volume unit. It applies here that, given a given absolute humidity of the gas, the relative humidity decreases with increasing temperature. The value for the relative humidity determined on the humidity sensor 10 is therefore always lower in the measuring device according to the invention than the actual value of the relative humidity in the gas.
  • FIG. 6 shows first measured values M1 of the first evaluation unit 22 for different values of the relative humidity between 0% and 100%.
  • the curve marked N represents the actual moisture values or the desired output of the measuring device for these moisture values. As can be seen, the first measured values M 1 deviate from the actual measured values N. These deviations result on the one hand from manufacturing tolerances of the condenser of the moisture sensor and from the heating of the moisture sensor. For the sake of completeness, FIG. 6 shows a curve of measured values MO which are determined with the same moisture sensor without heating.
  • a correction unit 24 is connected downstream of the first evaluation unit 22 in the measuring device according to FIG. 5, which converts the first measured values M1 into the associated corrected measured values N.
  • All first measured values Ml can be converted into actual measured values (standardized measured values) using the relationships given for Ml and N using the following equation:
  • the calculation or assignment of the first measured values M1 to the actual measured values N for the relative humidity can be done in. the correction unit in different ways.
  • a computing unit is provided in the correction unit, which calculates the actual measured values N from the first measured values M 1 using equation (1), the actual measured values N being output to a display unit 26.
  • the two parameters of equation (1) are in the
  • Correction unit saved during factory adjustment.
  • the determination of the two parameters c, d is based on the equation of the straight line of the first measured values Ml. To set up this straight line equation, two measured values for different humidities at a constant temperature are sufficient.
  • the parameters determined for converting the first measured values Ml into the output standardized measured values N are largely independent of the temperature.
  • an equation for the straight line of the first measured values M1 was created from only two measured values, which were measured at a temperature of 25 ° C. and known relative humidities of 11% and 75%.
  • the parameters c and d were determined and stored, the relative humidity of gases, the temperature of which was between -30 ° C. and., Subsequently being determined in the evaluation unit of the moisture sensor using the first measured values M 1 and equation (1) was 120 ° C, without a significant temperature-related deviation of the output measurement results from the actual values of the relative humidity being observed.

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Abstract

The invention relates to a measuring device for measuring the moisture in gases, comprising the following features: a moisture sensor (10) and an evaluation unit (20) connected thereto to provide a measuring value representing a relative moisture in a gas, and a heating device (30) which is thermally coupled to the moisture sensor (10). Said heating device (30) is adapted to keep the moisture sensor (10) at an operating temperature that is higher than the ambient temperature of the moisture sensor by an at least approximately constant difference in temperature.

Description

Beschreibungdescription
Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung der Feuchte in GasenDevice and method for determining the moisture in gases
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zur Ermittlung der Feuchte in Gasen.The present invention relates to a measuring device according to the features of the preamble of claim 1 for determining the moisture in gases.
Bei der Feuchtemessung in Gasen unterscheidet man die Messung der absoluten Feuchte und der relativen Feuchte. Die absolute Feuchte gibt das Volumen an verdunsteter Flüssigkeit pro Gasvolumeneinheit (üblicherweise in g/m3) an. Die relative Feuchte ergibt sich aus dem Quotienten aus der absoluten Feuchte und der Sättigungsfeuchte, wobei letztere das maximal mögliche Volumen an verdunsteter Flüssigkeit pro Gasvolumeneinheit angibt. Die Sättigungsfeuchte ist dabei von der Temperatur abhängig.When measuring moisture in gases, a distinction is made between measuring absolute humidity and relative humidity. The absolute humidity indicates the volume of evaporated liquid per gas volume unit (usually in g / m 3 ). The relative humidity results from the quotient of the absolute humidity and the saturation humidity, the latter indicating the maximum possible volume of evaporated liquid per unit gas volume. The saturation humidity depends on the temperature.
Zur Feuchtemessung in Gasen ist es bekannt, kapazitive Feuch- tesensoren zu verwenden, die einen Kondensator enthalten, dessen Kapazitätswert sich abhängig von der Feuchte des den Sensor umgebenden Gases ändert. Probleme können bei derartigen Sensoren insbesondere bei hohen Feuchten auftreten.For moisture measurement in gases, it is known to use capacitive moisture sensors which contain a capacitor, the capacitance value of which changes as a function of the humidity of the gas surrounding the sensor. Problems can occur with such sensors, particularly at high humidities.
Zum einen besteht die Gefahr dass sich bei hohen FeuchtenOn the one hand, there is a risk that in high humidity
Feuchtigkeit an dem Sensor niederschlägt, wenn die Temperatur des Feuchtesensors geringer als die Taupunkttemperatur des umgebenden Gases ist. Dies führt zum einen zu einer Verfälschung des Messwertes, und kann zum anderen zu einer Beschä- digung des Feuchtsensors führen, wenn in der Umgebung desMoisture precipitates on the sensor when the temperature of the moisture sensor is less than the dew point temperature of the surrounding gas. On the one hand this leads to a falsification of the measured value, and on the other hand it can lead to damage to the humidity sensor if in the vicinity of the
Sensors chemische Bestandteile vorhanden sind, die unter Anwesenheit von Wasser zu einer Säure- bzw. Laugenbildung an dem Sensor führen. Zum anderen kommt es bei den herkömmlichen kapazitiven Feuchtesensoren bei längerem Einsatz in Umgebungen mit hohen Feuchten zu einer Drift der Messwerte, was zu einer Verfälschung der Messergebnisse führt .Sensor chemical components are present, which lead to acid or lye formation on the sensor in the presence of water. On the other hand, with conventional capacitive humidity sensors, the measured values drift if they are used for a longer period in environments with high humidity, which leads to falsification of the measurement results.
Zur Vermeidung dieser Probleme ist es aus der deutschen Patentschrift 28 51 686 C2 bekannt, den Feuchtesensor zu beheizen, um ihn auf einer Temperatur oberhalb der Temperatur des Gases zu halten. Zur Ermittlung der relativen Feuchte wird dabei neben einem von dem Sensor gelieferten Messwert, die Umgebungstemperatur und die Temperatur des Sensors benötigt, wofür zusätzliche Messungen und Messvorrichtungen erforderlich sind. Zudem ist bei dieser bekannten Vorrichtung eine aufwändige Regelschaltung erforderlich.To avoid these problems, it is known from German Patent 28 51 686 C2 to heat the moisture sensor in order to keep it at a temperature above the temperature of the gas. To determine the relative humidity, in addition to a measured value supplied by the sensor, the ambient temperature and the temperature of the sensor are required, for which additional measurements and measuring devices are required. In addition, a complex control circuit is required in this known device.
Weiterhin ist es aus der WO 97/02468 bekannt, einen Feuchtesensor durch Beheizen auf einer konstanten Temperatur zu halten, die oberhalb der Temperatur des Gases liegt. Die bekannte Vorrichtung dient zur Ermittlung der absoluten Feuchte in einem Gas, wofür neben einem von einem Feuchtesensor gelieferten Messwert die absolute Temperatur des Gases benötigt wird. Hierfür ist eine zusätzliche Messung und Messvorrichtung erforderlich. Zudem ist der Arbeitsbereich durch die konstante Arbeitstemperatur des Sensors eingeschränkt. Eine Feuchtemessung ist nur dann ohne Gefahr einer Feuchtebildung an dem Sensor möglich, wenn die Temperatur des Gases unterhalb der Arbeitstemperatur des Sensors liegt. Um mit dieser aus der WO 97/02468 bekannten Messvorrichtung die relative Feuchte des Gases ermitteln zu können, ist eine rechnerische Korrektur des erhaltenen Messwertes für die absolute Feuchte erforderlich. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Feuchtesensor zur Ermittlung der relativen Feuchte in Gasen zur Verfügung • zu stellen, der unabhängig von der Gastemperatur einsetzbar ist, und bei dem keine zusätzlichen Messgrößen zur Ermittlung des Feuchtegehalts erforderlich sind.Furthermore, it is known from WO 97/02468 to keep a moisture sensor at a constant temperature by heating, which is above the temperature of the gas. The known device is used to determine the absolute humidity in a gas, for which the absolute temperature of the gas is required in addition to a measured value supplied by a humidity sensor. An additional measurement and measuring device is required for this. In addition, the working range is limited by the constant working temperature of the sensor. Moisture measurement is only possible without the risk of moisture forming on the sensor if the temperature of the gas is below the working temperature of the sensor. In order to be able to determine the relative humidity of the gas with this measuring device known from WO 97/02468, a computational correction of the measured value obtained for the absolute humidity is necessary. The aim of the present invention is to provide a humidity sensor for determining the relative moisture in gases available • which can be used independent of the gas temperature, and are necessary in the no additional measurements for determining the moisture content.
Diese Ziel wir durch eine Messvorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This goal is achieved by a measuring device according to the features of claim 1.
Danach weist die Messvorrichtung neben einem Feuchtesensor und einer an den Feuchtesensor angeschlossenen Auswerteeinheit eine thermisch an den Feuchtesensor gekoppelte Heizvorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, den Feuchtesensor auf einer Betriebstemperatur zu halten, die um eine wenigstens annnaherungsweise konstante Differenztemperatur oberhalb einer Umgebungstemperatur des Feuchtesensors liegt .Thereafter, in addition to a humidity sensor and an evaluation unit connected to the humidity sensor, the measuring device has a heating device thermally coupled to the humidity sensor, which is designed to keep the humidity sensor at an operating temperature that is at least approximately constant differential temperature above an ambient temperature of the humidity sensor.
Bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung wird die Kondensation von Flüssigkeit an dem Feuchtesensor zuverlässig dadurch verhindert, dass die Temperatur des Sensors unabhängig von der Umgebungstemperatur' über der Umgebungstemperatur gehalten wird. Als Feuchtesensor ist bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ein herkömmlicher kapazitiver Feuchtesensor zur Ermittlung der relativen Feuchte in einem Gas einsetzbar. Diese Sensoren weisen eine erste und zweite Elektrode mit einem dazwischenliegenden feuchtesensitiven Dieleketrikum, dessen Dielektrizitätszahl sich abhängig von der Feuchte ändert, auf. Mittels geeigneter Auswerteschaltungen lässt sich bei derartigen Feuchtesensoren über die Kapazität des Kondensa- tors die Feuchte in der Umgebung des Sensors ermitteln. Aufgrund der durch die Beheizung bewirkten erhöhten Temperatur an dem Feuchtesensor weist der durch den Feuchtesensor ermittelte Messwert eine Abweichung gegenüber der tatsächlichen Feuchte in dem Gas auf, wobei diese Abweichung um so größer ist, je größer die Differenztemperatur ist. Diese Abweichung des ermittelten Wertes von dem tatsächlichen Wert kann allerdings bereits bei der Justierung, bzw. dem werkseitigen Ab- gleich, des Feuchtesensors berücksichtigt werden, so dass während des Einsatzes der Messvorrichtung neben dem Ausgangswert des Feuchtesensors keine weiteren Messgrößen zur Ermittlung der relativen Feuchte in dem Gas erforderlich sind.In the measuring device according to the invention, the condensation of liquid on the moisture sensor is reliably prevented in that the temperature of the sensor is kept above the ambient temperature independently of the ambient temperature. A conventional capacitive humidity sensor for determining the relative humidity in a gas can be used as the humidity sensor in the measuring device according to the invention. These sensors have a first and a second electrode with an intermediate moisture-sensitive dielectric, the dielectric constant of which changes as a function of the moisture. In the case of such moisture sensors, suitable evaluation circuits can be used to determine the moisture in the vicinity of the sensor via the capacitance of the capacitor. Due to the increased temperature at the moisture sensor caused by the heating, the measured value determined by the moisture sensor shows a deviation from the actual one Moisture in the gas, the greater the difference in temperature, the greater this deviation. This deviation of the determined value from the actual value can, however, already be taken into account during the adjustment, or the factory adjustment, of the moisture sensor, so that during the use of the measuring device, in addition to the initial value of the moisture sensor, no further measured variables for determining the relative humidity in the gas are required.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Heizvorrichtung zum Heizen des Feuchtesensors ein elektrisches Heizelement aufweist, dem eine konstante e- lektrische Leistung zugeführt ist. Das Heizelement ist insbesondere ein Heizwiderstand, der an eine konstante Spannungsquelle bzw. an eine konstante Stromquelle angeschlossen ist. Die in dem Widerstand in Wärme umgesetzte Leistung ergibt sich dann als Quotient aus dem Quadrat der angelegten Spannung und dem Widerstandswert, bzw. dem Produkt aus dem Quadrat des in den Heizwiderstand fließenden Stromes und dem Widerstandswert. Eine derartige Heizvorrichtung, bei der eine über der Zeit konstante elektrische Leistung in Wärme umge- setzt wird, ermöglicht es, den thermisch an das Heizelement gekoppelten Feuchtesensor auf einer Temperatur zu halten, die um eine annäherungsweise konstante Differenztemperatur über der Umgebungstemperatur liegt.According to a first embodiment of the invention, it is provided that the heating device for heating the moisture sensor has an electrical heating element, to which a constant electrical power is supplied. The heating element is in particular a heating resistor which is connected to a constant voltage source or to a constant current source. The power converted into heat in the resistor then results as the quotient of the square of the applied voltage and the resistance value, or the product of the square of the current flowing into the heating resistor and the resistance value. Such a heating device, in which an electrical power which is constant over time is converted into heat, makes it possible to keep the moisture sensor thermally coupled to the heating element at a temperature which is above the ambient temperature by an approximately constant differential temperature.
Der aufgeheizte Feuchtesensor, der vorzugsweise ein herkömmlicher kapazitiver Feuchtesensor ist, stellt einen Messwert zur Verfügung, der abhängig von der relativen Feuchte an dem Feuchtesensor, bzw. in dessen unmittelbarer Umgebung, ist. Die relative Feuchte in einem Gas ist temperaturabhängig, so dass es durch die Erwärmung des Feuchtesensors auf eine Temperatur oberhalb der Gastemperatur zu einer Abweichung zwischen der an dem Feuchtesensor ermittelten relativen Feuchte und der in den übrigen Bereichen des Gases bei einer niedrigeren Temperatur herrschenden relativen Feuchte kommt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist in der Auswerteeinheit eine Korrektureinheit vorgesehen, die aus einem anhand der Kapazität des Feuchtesensors ermittelten ersten Messwert einen korrigierten Messwert der relativen Feuchte bereitstellt, wobei dieser korrigierte Messwert proportional zu der relativen Feuchte in dem Gas ist oder der relativen Feuchte in dem Gas entspricht .The heated humidity sensor, which is preferably a conventional capacitive humidity sensor, provides a measured value which is dependent on the relative humidity at the humidity sensor, or in its immediate vicinity. The relative humidity in a gas is temperature-dependent, so that the heating of the humidity sensor to a temperature above the gas temperature leads to a deviation between the relative humidity determined at the humidity sensor and the relative humidity prevailing in the other areas of the gas at a lower temperature , In one embodiment of the invention, a correction unit is provided in the evaluation unit, which provides a corrected measured value of the relative humidity from a first measured value determined on the basis of the capacitance of the moisture sensor, this corrected measured value being proportional to the relative humidity in the gas or the relative humidity in corresponds to the gas.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Ermittlung der relativen Feuchte in einem Gas mittels einer Messvorrichtung, die einen Feuchtesensor und eine daran angeschlossene Auswerteeinheit sowie eine thermisch an den Feuchtesensor gekoppelte Heizvorrichtung aufweist. Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren wird der Feuchtesensor mittels der Heizvorrichtung auf einer Betriebstemperatur gehalten, die wenigstens annäherungsweise um eine Differenztemperatur oberhalb einer Umgebungstemperatur des Feuchtesensors liegt.The present invention further relates to a method for determining the relative humidity in a gas by means of a measuring device which has a humidity sensor and an evaluation unit connected to it, and a heating device thermally coupled to the humidity sensor. In the method according to the invention, the humidity sensor is kept at an operating temperature by means of the heating device, which is at least approximately a differential temperature above an ambient temperature of the humidity sensor.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung Verwendung, bei der eine zeitlich konstante elektrische Leistung in Wärme umgesetzt und an den Feuchtesensor abgegeben wird.In the method according to the invention, an electrical heating device is used in particular, in which a time-constant electrical power is converted into heat and delivered to the moisture sensor.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind folgende Verfahrensschritte zum Abgleichen der Messvorrichtung vorgesehen. In einem ersten Verfahrensschritt wird der Feuchtesensor mit der thermisch daran gekoppelten Heizvorrichtung in ein Gas bei einer bekannten ersten relativen Feuchte und einer bekannten Temperatur eingebracht, wobei ein erster Abgleichwert für die relative Feuchte mittels der Feuchtigkeitsmessvorrichtung ermittelt wird. Die bekannte erste relative Feuchte, die der tatsächlichen Feuchte des zu messenden Gases entspricht, stellt einen ersten korrigierten Messwert zu dem von dem Feuchtesensor gelieferten ersten Abgleichwert dar. In ei- nem nächsten Verfahrensschritt wird der Feuchtesensor mit der Heizvorrichtung in ein Gas bei einer bekannten zweiten relativen Feuchte und der bekannten ersten Temperatur eingebracht, wobei mittels des Feuchtesensors ein zweiter Abgleichwert für die relative Feuchte ermittelt wird. Die be- kannte zweite relative Feuchte bildet dabei einen zweiten korrigierten Messwert zu dem von dem Feuchtesensor gelieferten zweiten Abgleichwert. Anhand der bekannten ersten und zweiten relativen Feuchte und anhand des ersten und zweiten von dem Feuchtesensor gelieferten Abgleichwerts, werden nach- folgend Parameter ermittelt, die eine Umrechnung der von dem Feuchtesensor gelieferten Messwerte in die tatsächlichen Werte der relativen Feuchte ermöglichen.According to one embodiment of the method according to the invention, the following method steps are provided for calibrating the measuring device. In a first method step, the moisture sensor with the heating device thermally coupled to it is introduced into a gas at a known first relative humidity and a known temperature, a first adjustment value for the relative humidity being determined by means of the moisture measuring device. The known first relative humidity, which corresponds to the actual humidity of the gas to be measured, represents a first corrected measured value for the first adjustment value supplied by the humidity sensor. In a next method step, the humidity sensor with the heating device becomes a gas with a known second one Relative humidity and the known first temperature, wherein a second adjustment value for the relative humidity is determined by means of the humidity sensor. The known second relative humidity forms a second corrected measured value for the second adjustment value supplied by the humidity sensor. On the basis of the known first and second relative humidity and on the basis of the first and second adjustment value provided by the humidity sensor, parameters are subsequently determined which enable the measurement values supplied by the humidity sensor to be converted into the actual values of the relative humidity.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfüh- rungsbeispielen in Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigen:The present invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments in figures. The figures show:
Fig. 1 Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;1 block diagram of a measuring device according to the invention according to a first embodiment;
Fig. 2 Draufsicht auf ein Heizelement und einen Feuchtesensor, die miteinander verklebt sind; Fig. 3 Draufsicht auf ein Heizelement und einen Feuchte- sensor, die unmittelbar in Kontakt stehen;Fig. 2 plan view of a heating element and a moisture sensor, which are glued together; 3 top view of a heating element and a moisture sensor which are in direct contact;
Fig. 4 Vorderansicht einer Anordnung aus Heizelement und Feuchtesensor, die nebeneinander angeordnet sind;4 shows a front view of an arrangement of heating element and moisture sensor which are arranged next to one another;
Fig. 5 Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit detaillierter Darstellung des Feuchtesensors und der Heizvorrichtung sowie der an den Feuchtesensor angeschlossenen Auswerteeinheit ;5 shows a block diagram of an embodiment of a measuring device according to the invention with a detailed representation of the humidity sensor and the heating device as well as the evaluation unit connected to the humidity sensor;
Fig. 6 Grafischer Verlauf des Ausgangssignals eines Feuchtesensors und der tatsächlichen Feuchte in dem zu messenden Gas.Fig. 6 graphical representation of the output signal of a moisture sensor and the actual moisture in the gas to be measured.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeiche gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.Unless otherwise stated, the same reference symbols in the figures denote the same parts with the same meaning.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßenFig. 1 shows a block diagram of an inventive
Messvorrichtung zur Ermittlung der relativen Feuchte in Gasen. Die Messvorrichtung weist einen Feuchtesensor 10 und eine an den Feuchtesensor 10 angeschlossene Auswerteeinheit 20 zur Bereitstellung eines von einer relativen Feuchte in einem Gas abhängigen Messwerts auf. Die Auswerteeinheit 20 weist insbesondere ein in Fig. 1 nicht näher dargestelltes Display auf, um einen ermittelten Messwert an einen Benutzer auszugeben. Zur Beheizung des Feuchtesensors 10 ist bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung eine Heizvorrichtung 30 vor- gesehen, wobei ein Heizelement 32 der Heizvorrichtung thermisch mit dem Feuchtsensor 10 gekoppelt ist. Die Heizvorrichtung 30 ist derart ausgebildet, dass der Feuchtesensor 10 auf einer Betriebstemperatur gehalten wird, die um eine konstan- ten Differenztemperatur oberhalb einer Umgebungstemperatur des zu messenden Gases gehalten wird.Measuring device for determining the relative humidity in gases. The measuring device has a humidity sensor 10 and an evaluation unit 20 connected to the humidity sensor 10 for providing a measurement value dependent on a relative humidity in a gas. The evaluation unit 20 has in particular a display, not shown in FIG. 1, in order to output a determined measured value to a user. To heat the moisture sensor 10, a heating device 30 is provided in the measuring device according to the invention, wherein a heating element 32 of the heating device is thermally coupled to the moisture sensor 10. The heating device 30 is designed in such a way that the moisture sensor 10 is kept at an operating temperature which is constant by a th differential temperature is kept above an ambient temperature of the gas to be measured.
Diese Beheizung bewirkt, dass auch bei hohen relativen Feuch- ten keine Flüssigkeit an dem Feuchtigkeitssensor kondensiert, welche zu Verfälschungen des Messergebnisses und/oder zu Be- schädigunen des Feuchtesensors führen könnte. Ausserdem wird durch die Beheizung verhindert, dass die relative Feuchte im Bereich des Sensors hohe Werte erreicht, bei denen eine Drift des Messignals auftreten könnte.This heating means that even at high relative humidities, no liquid condenses on the moisture sensor, which could lead to falsifications of the measurement result and / or damage to the moisture sensor. In addition, the heating prevents the relative humidity in the area of the sensor from reaching high values at which a drift of the measurement signal could occur.
Um den Feuchtesensor 10 wenigstens annäherungsweise unabhängig von der Umgebungstemperatur des Gases um den Wert der Differenztemperatur oberhalb der Umgebungstemperatur zu hal- ten, ist die Heizvorrichtung 30 gemäß Fig. 1 als elektrische Heizvorrichtung ausgebildet, in welcher eine über der Zeit konstante elektrische Leistung in Wärme umgesetzt wird. Die Heizvorrichtung 30 weist dazu eine konstante Spannungsquelle 34 auf, welche an das Heizelement 32 angeschlossen ist. Das Heizelement 32 weist zur Umsetzung der durch die Spannungsquelle 34 bereitgestellten elektrischen Energie in Wärme vorzugsweise einen Ohmschen Widerstand auf oder besteht aus einem solchen Ohmschen Widerstand. Die Fig. 2 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele zur thermischen Kopplung des Heizelemntes 32A; 32B; 32C; und des Feuchtesensors 10A; 10B; IOC.In order to keep the moisture sensor 10 at least approximately independent of the ambient temperature of the gas by the value of the differential temperature above the ambient temperature, the heating device 30 according to FIG. 1 is designed as an electrical heating device in which an electrical power which is constant over time is converted into heat becomes. For this purpose, the heating device 30 has a constant voltage source 34, which is connected to the heating element 32. For converting the electrical energy provided by the voltage source 34 into heat, the heating element 32 preferably has an ohmic resistance or consists of such an ohmic resistance. 2 to 4 show different exemplary embodiments for the thermal coupling of the heating element 32A; 32B; 32C; and the humidity sensor 10A; 10B; IOC.
Figur 2a zeigt in Seitenansicht ein plattenförmiges Heizelement 32A und einen plattenfδrmigen Feuchtesensor 10A, die mittels eines wärmeleitenden Klebers 40, der zwischen dem Heizelement 32A und dem Feuchtesensor 10A eingebracht ist, verbunden sind. Als Kontaktfläche für den Kleber 40 ist dabei sowohl bei dem Heizelement 32A als auch bei dem Feuchtesensor 10A eine der Flächen gewählt, die im Verhältnis zu den anderen Flächen des jeweiligen Elements einen großen Flächenin- • halt aufweist, um so eine gute thermische Kopplung zwischen dem Heizelement 32A und dem Feuchtesensor 10A zu erzielen.FIG. 2a shows a side view of a plate-shaped heating element 32A and a plate-shaped moisture sensor 10A, which are connected by means of a heat-conducting adhesive 40, which is introduced between the heating element 32A and the moisture sensor 10A. The contact surface for the adhesive 40 is both the heating element 32A and the moisture sensor 10A selected one of the faces, which has a large Flächenin- • holding in relation to the other surfaces of the respective element, so as to achieve a good thermal coupling between the heating element 32A and the humidity sensor 10A.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, das ebenfalls ein Heizelement 32B und einen thermisch gekoppelten Feuchtesensor 10B in Seitenansicht zeigt, sind das Heizelement 32B und der Feuchtesensor 10B ebenfalls an Seitenflächen aneinanderge- fügt, die im Verhältnis zu anderen Seitenflächen des jeweiligen Elements 32B, 10B einen großen Flächeninhalt aufweisen, um eine gute thermische Kopplung des Heizelements 32B und des Feuchtesensors 10B zu ermöglichen. Auf einen wärmeleitenden Kleber ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 verzich- tet. Statt dessen sind das Heizelement 32B und der Feuchtesensor 10B direkt aneinandergefügt, was beispielsweise durch direktes Aufbringen eines Heizwiderstandes als Heizelement 32B auf dem Sensor 10 in einem Verfahren in Dünnschicht- oder Dickschichttechnologie erfolgen kann.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, which likewise shows a side view of a heating element 32B and a thermally coupled moisture sensor 10B, the heating element 32B and the moisture sensor 10B are likewise joined to one another on side surfaces which are in relation to other side surfaces of the respective element 32B, 10B have a large area to enable good thermal coupling of the heating element 32B and the moisture sensor 10B. A heat-conducting adhesive is dispensed with in the exemplary embodiment according to FIG. 3. Instead, the heating element 32B and the moisture sensor 10B are joined directly, which can be done, for example, by directly applying a heating resistor as the heating element 32B on the sensor 10 in a method using thin-film or thick-film technology.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung aus Heizelement 32C und Feuchtesensor IOC in Draufsicht, wobei das Heizelement 32C und der Feuchtesensor IOC an schmäleren Seiten aneinandergefügt sind, so dass Vorder- bzw. Hin- terseiten des plattenartig ausgebildeten Heizelements 32C und des plattenartig ausgebildeten Feuchtesensors IOC in etwa in einer Ebene liegen.4 shows a further exemplary embodiment of an arrangement of heating element 32C and moisture sensor IOC in plan view, heating element 32C and moisture sensor IOC being joined to one another on narrower sides, so that the front and rear sides of plate-shaped heating element 32C and plate-shaped heating element 32C Moisture sensor IOC lie approximately in one plane.
Der Feuchtesensor 10 ist vorzugsweise ein herkömmlicher kapa- zitiver Feuchtesensor zur Ermittlung der relativen Feuchte in Gasen. Ein derartiger Feuchtesensor 10 ist in Fig. 5 in Seitenansicht schematisch dargestellt. Er weist eine erste plat- tenförmige Elektrode 12 und eine zweite plattenförmige Elekt- rode 14 mit einem dazwischenliegenden feuchtesensitiven Dielektrikum 16 auf, die einen Kondensator 11 bilden. Die Dielektrizitätskonstante dieses Dielektrikums 16 variiert mit der Feuchte, die im Bereich des Dielektrikums 16 vorliegt, wobei die erste Elektrode 12 feuchtigkeitsdurchlässig ist, damit Feuchtigkeit zu dem Dielektrikum 16 vordringen kann. Die erste Elektrode 12 besteht hierzu vorzugsweise aus einem porösen Material oder ist gitterartig ausgebildet. Der von der Feuchtigkeit der Umgebung abhängige Wert der Dielektrizi- tätskonstante des Dielektrikums 16 bestimmt die Kapazität dieses aus der ersten Elektrode 12, der zweiten Elektrode 14 und dem Dielektrikum 16 aufgebauten Kondensators. Zur Auswertung der Dielektrizitätskonstanten bzw. der Kondensatorkapazität, und damit zur Ermittlung der relativen Feuchte in der Umgebung des Feuchtigkeitssensors 10, ist der Feuchtigkeits- sensor 10 an die Auswerteeinheit 20 angeschlossen.The humidity sensor 10 is preferably a conventional capacitive humidity sensor for determining the relative humidity in gases. Such a moisture sensor 10 is shown schematically in a side view in FIG. 5. It has a first plate-shaped electrode 12 and a second plate-shaped electrode rode 14 with an intermediate moisture-sensitive dielectric 16, which form a capacitor 11. The dielectric constant of this dielectric 16 varies with the moisture which is present in the region of the dielectric 16, the first electrode 12 being permeable to moisture so that moisture can penetrate to the dielectric 16. For this purpose, the first electrode 12 preferably consists of a porous material or is formed like a grid. The value of the dielectric constant of the dielectric 16, which value depends on the moisture in the environment, determines the capacitance of this capacitor, which is composed of the first electrode 12, the second electrode 14 and the dielectric 16. The moisture sensor 10 is connected to the evaluation unit 20 for evaluating the dielectric constant or the capacitor capacitance, and thus for determining the relative humidity in the vicinity of the moisture sensor 10.
Die Auswerteeinheit weist vorzugsweise einen nicht näher dargestellten Schwingkreis auf, wobei der Kondensator 11 Teil dieses Schwingkreises ist und wobei die Kapazität des Kondensators 11 anhand der Resonanzfrequenz dieses Schwingkreises ermittelt wird. Zur Ermittlung der relativen Feuchte aus dem Wert der Kapazität des Kondensators, bzw. der Resonanzfrequenz des Schwingkreises, ist eine Umrechnung oder Normierung dieser Werte in die Werte der relativen Feuchte erforderlich. Da bei der Herstellung der Kondensatoren Fertigungstoleranzen auftreten, sind die Umrechnungsgrößen oder Normierungsgrößen von Feuchtesensor zu Feuchtesensor unterschiedlich.The evaluation unit preferably has a resonant circuit (not shown in more detail), the capacitor 11 being part of this resonant circuit and the capacitance of the capacitor 11 being determined on the basis of the resonant frequency of this resonant circuit. To determine the relative humidity from the value of the capacitance of the capacitor or the resonance frequency of the resonant circuit, a conversion or standardization of these values into the values of the relative humidity is necessary. Since manufacturing tolerances occur during the production of the capacitors, the conversion variables or standardization variables differ from moisture sensor to moisture sensor.
Um diese Fertigungstoleranzen bei der Feuchtemessung zu eliminieren ist bei jedem Feuchtesensor eine individuelle Justierung, bzw. ein individueller Abgleich der ermittelten Messwerte mit dem tatsächlichen Messwert erforderlich. Dieser Abgleich erfolgt werkseitig und ist von den späteren Einsatzbedingungen unabhängig, so dass eine spätere einsatzbedingte NachJustierung der Messvorrichtung nicht erforderlich ist.In order to eliminate these manufacturing tolerances in the moisture measurement, an individual adjustment or an individual comparison of the determined measured values with the actual measured value is required for each moisture sensor. This Adjustment is carried out at the factory and is independent of the later operating conditions, so that subsequent adjustment of the measuring device due to use is not necessary.
Der Abgleich einer Messvorrichtung vor dem ersten Einsatz ist bekannt und erfolgt beispielsweise mittels eines Potentiometers in der Auswerteschaltung, das werkseitig eingestellt wird, um fertigunsgbedingte Toleranzen des Kondensators auszugleichen.The adjustment of a measuring device before the first use is known and is carried out, for example, by means of a potentiometer in the evaluation circuit, which is set in the factory in order to compensate for tolerances in the capacitor due to production.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit eine erste Auswerteeinheit 22 aufweist, die ein erstes Messsignal Ml ausgibt, das von der Kapazität des Kondensators und damit von der Feuchte im Bereich des Feuchtsensors 10 abhängig ist. Bei diesem ersten Messsignal sind Abweichungen gegenüber dem tatsächlichen Feuchtewert, die sich aus Fertigungstoleranzen des Kondensators und aus der Aufheizung des Feuchtesensors gegenüber der Umgebungstemperatur ergeben, vorhanden.According to one embodiment of the invention, it is provided that the evaluation unit has a first evaluation unit 22 which outputs a first measurement signal M 1 which is dependent on the capacitance of the capacitor and thus on the moisture in the region of the moisture sensor 10. With this first measurement signal there are deviations from the actual moisture value, which result from the manufacturing tolerances of the capacitor and from the heating of the moisture sensor with respect to the ambient temperature.
Die relative Feuchte in einem Gas ist temperaturabhängig. Sie ergibt sich als Quotient aus der absoluten Feuchte, welche das Volumen an verdampfter Flüssigkeit pro Gasvolumeneinheit angibt, und der Sättigungsfeuchte, welche das maximal mögli- ehe Volumen verdunsteter Flüssigkeit pro Gasvolumeneinheit angibt. Dabei gilt, dass bei einer gegebenen absoluten Feuchte des Gases die relative Feuchte mit zunehmender Temperatur abnimmt. Der an dem Feuchtesensor 10 ermittelte Wert für die relative Feuchte ist bei der erfindungsgemäßen Messvorrich- tung damit stets geringer als der tatsächliche Wert der relativen Feuchte in dem Gas. In Figur 6 sind erste Messwerte Ml der ersten Auswerteeinheit 22 für verschiedene Werte der relativen Feuchte zwischen 0% und 100% dargestellt. Die mit N gekennzeichnete Kurve stellt dabei die tatsächlichen Feuchtewerte, bzw. die gewünschte Ausgabe der Messvorrichtung für diese Feuchtewerte dar. Wie ersichtlich ist, weichen die ersten Messwerten Ml, von den tatsächlichen Messwerten N ab. Diese Abweichungen resultieren zum einen aus Fertigungstoleranzen des Kondensators des Feuchtesensors und aus der Aufheizung des Feuchtesensors. Der Vollständigkeit halber zeigt Figur 6 eine Kurve von Messwerten MO, die mit demselben Feuchtesensor ohne Beheizung ermittelt werden.The relative humidity in a gas is temperature-dependent. It results from the quotient of the absolute humidity, which indicates the volume of evaporated liquid per gas volume unit, and the saturation humidity, which indicates the maximum possible volume of evaporated liquid per gas volume unit. It applies here that, given a given absolute humidity of the gas, the relative humidity decreases with increasing temperature. The value for the relative humidity determined on the humidity sensor 10 is therefore always lower in the measuring device according to the invention than the actual value of the relative humidity in the gas. FIG. 6 shows first measured values M1 of the first evaluation unit 22 for different values of the relative humidity between 0% and 100%. The curve marked N represents the actual moisture values or the desired output of the measuring device for these moisture values. As can be seen, the first measured values M 1 deviate from the actual measured values N. These deviations result on the one hand from manufacturing tolerances of the condenser of the moisture sensor and from the heating of the moisture sensor. For the sake of completeness, FIG. 6 shows a curve of measured values MO which are determined with the same moisture sensor without heating.
Der ersten Auswerteeinheit 22 ist bei der Messvorrichtung ge- maß Figur 5 eine Korrektureinheit 24 nachgeschaltet, welche die ersten Messwerte Ml in die zugehörigen korrigierten Messwerte N umrechnet. Sowohl die Kurve der ersten Messwerte als auch die Kurve der korrigierten Messwerte bilden eine Gerade, wobei die Kurve der ersten Messwerte der Form Ml=ax+b genügt während die Kurve der tatsächlichen Messwerte der Form N=x genügt, wobei x den Parameter für die tatsächliche relative Feuchte darstellt. Alle ersten Messwerte Ml lassen sich anhand der genannten Beziehungen für Ml und N anhand folgender Gleichung in tatsächliche Messwerte (normierte Messwerte) um- rechnen:A correction unit 24 is connected downstream of the first evaluation unit 22 in the measuring device according to FIG. 5, which converts the first measured values M1 into the associated corrected measured values N. Both the curve of the first measured values and the curve of the corrected measured values form a straight line, the curve of the first measured values of the form Ml = ax + b being sufficient while the curve of the actual measured values of the form N = x being sufficient, where x is the parameter for the represents actual relative humidity. All first measured values Ml can be converted into actual measured values (standardized measured values) using the relationships given for Ml and N using the following equation:
N = 1/a • Ml - b/a = c • Ml - d (1)N = 1 / a • Ml - b / a = c • Ml - d (1)
Bei dem in den Figur 6 dargestellte Ausführungsbeispiel gilt für den Faktor c=l,43 und für den additiven Wert d= 35,71. Die Berechnung, bzw. Zuordnung der ersten Messwerte Ml zu den tatsächlichen Messwerten N für die relative Feuchte kann in . der Korrektureinheit auf verschiedene Art und Weise erfolgen.In the exemplary embodiment shown in FIG. 6, the factor c = 1.43 and the additive value d = 35.71. The calculation or assignment of the first measured values M1 to the actual measured values N for the relative humidity can be done in. the correction unit in different ways.
So ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass in der Korrektureinheit eine Recheneinheit vorgesehen ist, die anhand der Gleichung (1) die tatsächlichen Messwerte N aus den ersten Messwerten Ml berechnet, wobei die tatsächlichen Messwerte N an eine Anzeigeeinheit 26 ausgegeben wer- den. Die beiden Parameter der Gleichung (1) werden in derAccording to one embodiment of the invention, it is provided that a computing unit is provided in the correction unit, which calculates the actual measured values N from the first measured values M 1 using equation (1), the actual measured values N being output to a display unit 26. The two parameters of equation (1) are in the
Korrektureinheit bei der werkseitigen Justierung gespeichert. Der Ermittlung der beiden Parameter c, d liegt die Gleichung der Geraden der ersten Messwerte Ml zugrunde. Zur Aufstellung dieser Geradengleichung genügen zwei Messwerte für unter- schiedliche Feuchten bei einer konstanten Temperatur.Correction unit saved during factory adjustment. The determination of the two parameters c, d is based on the equation of the straight line of the first measured values Ml. To set up this straight line equation, two measured values for different humidities at a constant temperature are sufficient.
Die ermittelten Parameter zur Umrechnung der ersten Messwerte Ml in die ausgegebenen normierten Messwerte N sind weitgehend unabhängig von der Temperatur. So wurde bei einem Test einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung eine Gleichung für die Gerade der ersten Messwerte Ml aus nur zwei Messwerten erstellt, die bei einer Temperatur von 25°C und bekannten relativen Feuchten von 11 % und 75 % gemesssen wurden. Anhand dieser beiden Messwerte wurden die Parameter c und d ermit- telt und abgespeichert, wobei nachfolgend mittels der ersten Messwerte Ml und der Gleichung (1) in der Auswerteeinheit des Feuchtesensors die relative Feuchte von Gasen bestimmt wurde, deren Temperatur zwischen -30°C und 120°C betrug, ohne dass eine nennenswerte temperaturbedingte Abweichung der ausgege- benen Messergebnisse von den tatsächlichen Werten der relativen Feuchte beobachtet werden konnte . Zur Zuordnung der ersten Messwerte zu den korrigierten Messwerten besteht auch die Möglichkeit, eine Tabelle in der Korrektureinheit abzuspeichern, die erste Messwerte und zugehö- roige korrigierte Messwerte enthält, wobei zu jedem ersten Messwert Ml, der der Korrektureinheit zugeführt wird, der zugehörige korrigierte Messwert aus der Tabelle ausgelesen wird.The parameters determined for converting the first measured values Ml into the output standardized measured values N are largely independent of the temperature. Thus, in a test of a measuring device according to the invention, an equation for the straight line of the first measured values M1 was created from only two measured values, which were measured at a temperature of 25 ° C. and known relative humidities of 11% and 75%. On the basis of these two measured values, the parameters c and d were determined and stored, the relative humidity of gases, the temperature of which was between -30 ° C. and., Subsequently being determined in the evaluation unit of the moisture sensor using the first measured values M 1 and equation (1) Was 120 ° C, without a significant temperature-related deviation of the output measurement results from the actual values of the relative humidity being observed. To assign the first measured values to the corrected measured values, there is also the possibility of storing a table in the correction unit, which contains first measured values and associated corrected measured values, the associated corrected measured value for each first measured value M 1 that is fed to the correction unit the table is read out.
Für die Umrechnung der ersten Messwerte Ml in die normierten Messwerte N ist es unerheblich, ob die Abweichung der Kurve für die ersten Messwerte Ml von der Kurve für die normierten Messwerte N durch Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Kondensatoren, durch die Beheizung des Feuchtesensors o- der durch diese beide Effekte bedingt ist. Als Auswerteein- heiten können für die Erfindung daher übliche Auswerteeinheiten von bekannten Feuchtesensoren vorgesehen werden, bei denen die Möglichkeit besteht, den Feuchtesensor nach dessen Herstellung individuell zu justieren. For the conversion of the first measured values Ml into the standardized measured values N, it is irrelevant whether the deviation of the curve for the first measured values Ml from the curve for the standardized measured values N is due to manufacturing tolerances in the manufacture of the capacitors, by heating the moisture sensor or is caused by these two effects. For the purposes of the invention, therefore, customary evaluation units from known moisture sensors can be provided as evaluation units, in which there is the possibility of individually adjusting the moisture sensor after its manufacture.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Feuchtesensor10 humidity sensor
10A, 10B, IOC Feuchtesensor 11 Kondensator10A, 10B, IOC moisture sensor 11 capacitor
12 erste Elektrode12 first electrode
14 zweite Elektrode14 second electrode
16 Dielektrikum16 dielectric
20 Auswerteeinheit 22 erste Auswerteeinheit20 evaluation unit 22 first evaluation unit
24 Korrektureinheit24 correction unit
25 Speichereinheit25 storage unit
26 Anzeigeeinheit26 display unit
30 Heizvorrichtung 32 Heizelement30 heating device 32 heating element
32A, 32B, 32C Heizelement32A, 32B, 32C heating element
34 Gleichspannungsquelle34 DC voltage source
40 wärmeleitender Kleber 40 thermally conductive adhesive

Claims

Patentansprüche claims
1. Messvorrichtung zur Feuchtemessung in Gasen, die folgende Merkmale aufweist :1. Measuring device for moisture measurement in gases, which has the following features:
- einen Feuchtesensor (10) und eine daran angeschlossene Aus- werteeinheit (20) zur Bereitstellung eines von einer relativen Feuchte in einem Gas abhängigen Messwerts;- A humidity sensor (10) and an evaluation unit (20) connected to it for providing a measurement value dependent on a relative humidity in a gas;
- eine thermisch mit dem Feuchtesensor (10) gekoppelte Heizvorrichtung (30) ;- A heating device (30) thermally coupled to the moisture sensor (10);
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Heizvorrichtung (20) dazu ausgebildet ist, den Feuchtesensor (10) auf einer Betriebstemperatur zu halten, die um eine wenigstens annnaherungsweise konstante Differenztemperatur oberhalb einer Umgebungstemperatur des Feuchtesensors liegt.That is, the heating device (20) is designed to keep the humidity sensor (10) at an operating temperature that is at least approximately constant differential temperature above an ambient temperature of the humidity sensor.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Heizvorrich- tung (30) ein elektrisches Heizelement (32) aufweist, dem eine über der Zeit konstante elektrische Leistung zugeführt ist .2. Measuring device according to claim 1, in which the heating device (30) has an electrical heating element (32) to which a constant electrical power is supplied over time.
3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 bei der die Heiz- Vorrichtung (30) einen Heizwiderstand aufweist, der an eine konstante Spannungsquelle (34) angeschlossen ist.3. Measuring device according to claim 1 or 2, wherein the heating device (30) has a heating resistor which is connected to a constant voltage source (34).
4. Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Feuchtesensor (10) ein kapazitiver Feuchtesensor ist.4. Measuring device according to one of the preceding claims, in which the moisture sensor (10) is a capacitive moisture sensor.
5. Messvorrichtung nach Anspruch 4, bei dem die Auswerteeinheit (20) eine erste Auswerteeinheit (22) zur Bereitstellung eines von einer Kapazität des Feuchtesensors (10) abhängigen ersten Messsignals (Ml) aufweist.5. Measuring device according to claim 4, wherein the evaluation unit (20) has a first evaluation unit (22) for provision one of the capacitance of the moisture sensor (10) dependent first measurement signal (Ml).
6. Messvorrichtung nach Ansprch 5, bei der die Auswerteein- heit (20) eine der ersten Auswerteeinheit nachgeschaltete6. Measuring device according to claim 5, in which the evaluation unit (20) is connected downstream of the first evaluation unit
Korrektureinheit (24) zur Ermittlung eines korrigierten Messwerts (N) zu einem ersten Messwert (Ml) aufweist.Correction unit (24) for determining a corrected measured value (N) for a first measured value (Ml).
7. Verfahren zur Ermittlung der relativen Feuchte in einem Gas, mittels einer Messvorrichtung, die einen Feuchtesensor7. Method for determining the relative humidity in a gas, using a measuring device that has a humidity sensor
(10) und eine daran angeschlossene Auswerteeinheit (20) sowie eine thermisch an den Feuchtesensor gekoppelte Heizvorrichtung (30) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Feuchtesensor (10) mittels der Heizvorrichtung (30) auf einer Betriebstemperatur gehalten wird, die wenigstens annäherungsweise um eine Differenztemperatur oberhalb einer Umgebungstemperatur des Feuchtesensors (10) liegt.(10) and an evaluation unit (20) connected to it and a heating device (30) thermally coupled to the humidity sensor, characterized in that the humidity sensor (10) is kept at an operating temperature by means of the heating device (30) which is at least approximately at a differential temperature is above an ambient temperature of the moisture sensor (10).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Heizvorrichtung (30) eine elektrische Heizvorrichtung ist, der eine konstante e- lektrische Leistung zugeführt ist.8. The method according to claim 7, wherein the heating device (30) is an electrical heating device to which a constant electrical power is supplied.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein kapazitiver Feuchtesensor verwendet wird.9. The method according to any one of the preceding claims, in which a capacitive humidity sensor is used.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Auswerteeinheit (20) eine Korrektureinheit (24) zur Ermittlung eines korrigierten Messwerts (N) zu einem anhand der Kapazität des Feuchtesensors ermittelten ersten Messwerts (Ml) aufweist.10. The method according to claim 9, wherein the evaluation unit (20) has a correction unit (24) for determining a corrected measured value (N) for a first measured value (Ml) determined on the basis of the capacity of the moisture sensor.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem zu einem ersten Messwert (Ml) der korrigierte Messwert (N) ausgegeben wird. 11. The method according to claim 10, in which the corrected measured value (N) is output for a first measured value (M1).
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zum Justieren der Messvorrichtung folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind:12. The method according to any one of the preceding claims, in which the following method steps are provided for adjusting the measuring device:
- Einbringen des Feuchtesensors (10) mit Heizvorrichtung (32) in ein Gas bei einer bekannten ersten relativen Feuchte und einer bekannten ersten Temperatur, und Ermitteln eines ersten Abgleichwerts für die relative Feuchte mittels der Feuchtig- keitsmessVorrichtung;- introducing the humidity sensor (10) with the heating device (32) into a gas at a known first relative humidity and a known first temperature, and determining a first adjustment value for the relative humidity by means of the humidity measuring device;
- Einbringen des Feuchtesensors (10) mit Heizvorrichtung (32) in ein Gas bei einer bekannten zweiten relativen Feuchte und der ersten Temperatur und Ermitteln eines zweiten Abgleichwerts für die relative Feuchte mittels der Messvorrichtung;- Introducing the humidity sensor (10) with heating device (32) into a gas at a known second relative humidity and the first temperature and determining a second adjustment value for the relative humidity by means of the measuring device;
- Rechnerische Ermittlung von Parametern (c, d) zur Umrechnung der ersten Messwerte (Ml) in korrigierte Messwerte (N) anhand der Abgleichwerte;- Calculation of parameters (c, d) for converting the first measured values (Ml) into corrected measured values (N) on the basis of the adjustment values;
- Speichern der Parameter (c, d) in der Korrektureinheit - Save the parameters (c, d) in the correction unit
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10335553A1 (en) * 2003-08-02 2005-02-17 E + E Elektronik Ges.M.B.H. Method and arrangement for moisture measurement
DE102005012373B4 (en) * 2005-03-17 2007-11-15 Thermo Electron Led Gmbh Method for calibrating humidity sensors in air conditioners and air conditioner
WO2010025745A1 (en) * 2008-09-03 2010-03-11 Testo Ag Method for capturing measurement values and displaying measurement values
SI22895B (en) 2008-10-27 2018-04-30 Institut "JoĹľef Stefan" Method and capacitance sensor for counting aerosol nanoparticles
JP4976469B2 (en) * 2009-08-28 2012-07-18 日立オートモティブシステムズ株式会社 Thermal humidity sensor
US8413505B2 (en) * 2010-10-27 2013-04-09 Gudeng Precision Industrial Co, Ltd Temperature and humidity measuring device deployed on substrate
CN102607981B (en) * 2012-03-12 2014-08-13 陈洁 'Intensive' humidity measuring method
CN105209935A (en) * 2013-02-22 2015-12-30 维萨拉公司 A radiosonde and a method for atmospheric measurements performed at an elevated temperature
US10031097B1 (en) * 2013-03-05 2018-07-24 The United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Electrical response using nanotubes on a fibrous substrate
CN104062326B (en) * 2013-03-22 2017-03-01 联想(北京)有限公司 Environment detection method and device
CN104236620B (en) * 2013-06-14 2018-06-15 富泰华工业（深圳）有限公司 Electronic device and humidity display method with Temperature Humidity Sensor
CN106164624B (en) * 2014-03-31 2017-11-21 日立汽车***株式会社 Measuring physical
US9907506B2 (en) * 2014-05-22 2018-03-06 Empire Technology Development Llc Devices and methods for measuring skin moisture
CN108287185B (en) * 2018-01-09 2024-01-12 南京信息工程大学 Sounding humidity sensor, preparation method, sounding humidity measurement system and sounding humidity measurement method
EP3654027B1 (en) * 2018-11-14 2021-11-03 MEAS France Calibration of a humidity sensor device
US11340209B2 (en) * 2019-03-22 2022-05-24 Wagner Electronic Products, Inc. Measuring humidity or moisture with sensor drift compensation
DE102019110537B3 (en) * 2019-04-24 2020-07-23 Rheinmetall Waffe Munition Gmbh Method and device for determining the material moisture of a material

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4347550A (en) * 1977-12-22 1982-08-31 Peter Rockliff Sensor detector element for an electrical hygrometer
FI58403C (en) * 1979-03-29 1981-01-12 Vaisala Oy ADJUSTMENT OF FUNCTIONS
DE3500839A1 (en) * 1985-01-12 1986-07-17 Steinecker Elektronik GmbH, 6052 Mühlheim Measuring instrument for measuring relative humidity
DE3513065C1 (en) * 1985-04-12 1986-01-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München Probe for measuring the relative humidity of the air without hysteresis
JPH0599877A (en) * 1991-06-25 1993-04-23 Yamatake Honeywell Co Ltd Humidity sensing apparatus
US5343747A (en) * 1992-06-08 1994-09-06 Jay Rosen Normalized relative humidity calibration
FI95626C (en) * 1993-09-29 1996-02-26 Vaisala Oy Procedure and arrangement for measuring humidity, especially in radio probes
JP3369677B2 (en) * 1993-11-25 2003-01-20 グローリー工業株式会社 Temperature and humidity sensor
FR2716975A1 (en) * 1994-03-04 1995-09-08 Coreci Automatic calibration process for humidity sensor of gas medium e.g. air
FI99164C (en) * 1994-04-15 1997-10-10 Vaisala Oy Method for measuring the dew point or gas content and equipment for predicting freezing
WO1997002486A1 (en) * 1995-06-30 1997-01-23 Zuechner Klaus Method and measuring device for determining the water content of a gas
US5792938A (en) * 1996-12-13 1998-08-11 Panametrics, Inc. Humidity sensor with differential thermal detection and method of sensing
US5844138A (en) * 1997-03-07 1998-12-01 Veris Industries, Inc. Humidity sensor
US6230543B1 (en) * 1999-10-21 2001-05-15 Johnson Controls Technology Co. Humidity detector calibration method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0204933A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US7013700B2 (en) 2006-03-21
JP4298288B2 (en) 2009-07-15
WO2002004933A1 (en) 2002-01-17
JP2004503746A (en) 2004-02-05
DE10033620A1 (en) 2002-01-31
CN1441900A (en) 2003-09-10
CN1225651C (en) 2005-11-02
BR0112468A (en) 2003-07-29
US20040012912A1 (en) 2004-01-22

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