SE469494B - Foerfarande och anordning foer maetning av vattenaangdaggpunkten i gaser - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 469 494 svarar mot detta värde. Dessa betingelser låter sig utan svårighet uppfyllas för en bestämd sensor, så länge denna är ren. Däremot gäller det för en bestämd sensor fast- ställda och inställda börvärdet i regel icke längre, då sensorn är nedsmutsad. Nedsmutsningar av sensorn orsakar till följd av en kapillärkondensation av vattenånga eller fuktlösligheten vid oljiga nedsmutsningsfilmer en ändring av den fuktighetsberoende elektriska storheten redan vid temperaturer, vilka ligger mycket ovanför daggpunkttempe- raturen, så att det en ren sensor motsvarande börvärdet vid en nedsmutsning av sensorytan redan kan uppnås vid en temperatur, som är högre än daggpunkttemperaturen. Tempe- raturregleringen inreglerar därvid sensorytans temperatur till denna högre temperatur, vilken falskeligen indikeras och utvärderas såsom daggpunkttemperatur. Därför kan ned- smutsningar orsaka avsevärda mätfel. För att riktigt med en nedsmutsad sensor fastställa daggpunkttemperaturen, måste det värde vara känt vilket den fuktighetsberoende elektriska storheten för den nedsmutsade sensorn har vid daggpunkten. Detta värde ändrar sig dock helt avsevärt i beroende av nedsmutsningens art och grad.

Från DE-PS 32 31 995 är det känt att fastställa nedsmuts- ningen av en kapacitiv daggpunktsensor genom att fasvin- keln för den vid daggbildning föreliggande sensorímpedan- sen mätes och användes såsom mått på nedsmutsningen. Genom denna åtgärd undanröjes emellertid icke de genom nedsmuts- ningen orsakade mätfelen. Det indikeras blott att en ren- göring av sensorn är erforderlig eller också utlöses ett automatiskt rengöringsförlopp, då den mätta nedsmutsningen _ överstiger ett bestämt gränsvärdeÅ Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma ett förfaran- de av inledningsvis angivet slag, vid vilket verkningarna av nedsmutsningar av sensorytan automatiskt kompenseras, 10 15 20 25 30 35 469 494 så att också med en nedsmutsad sensoryta, oberoende av nedsmutsningens art och grad, daggpunkten riktigt uppmätes.

Enligt uppfinningen uppnås detta därigenom att för in- ställning av börvärdet sensorytans temperatur reduceras från ett ovanför daggpunkttemperaturen liggande värde och reduceringen överlagras en periodisk tidstemperaturänd- ring, och att vid samtidigt uppträdande av periodiska tidsändringar för den fuktighetsberoende elektriska stor- heten det vid växling av de periodiska tídsändringarna till en monoton ändring mätta värdet av den fuktighets- beroende elektriska storheten användes såsom börvärdet.

Uppfinningen baserar sig på vetskapen att nedsmutsnings- betingade ändringar av den fuktighetsberoende elektriska storheten inom temperaturområdet ovanför daggpunkttempera- turen följer temperaturändringarna på sensorytan, medan inom området under daggpunkttemperaturen varje temperatur, oberoende av om den är stigande eller fallande, förorsakar en kontinuerlig ökning av de kondenserade dropparna med en monoton ändring av den fuktberoende elektriska storheten.

Med hjälp av de på temperaturreduceringen överlagrade periodiska tidstemperaturändringarna kan därför nedsmuts- ningsbetingade ändringar i den fuktberoende elektriska storheten tydligt skiljas från den genom kondensationen orsakade ändringen. Växlingen av tidsförloppet för den fuktighetsberoende elektriska storheten från periodiska tidsändringar till en monoton ändring äger rum i dagg- punkten och det vid detta växling mätta värdet av den fuktberoende elektriska storheten är identifierbar och utvärderingsbar såsom storhet för nedsmutsningen av sen- sorytan. Då detta värde användes såsom börvärde för den fuktberoende elektriska storheten, hållcs temperaturen hos sensorytan riktigt på daggpunkten.

Eftersom nedsmutsningen av sensorytan i regel blott ändras 10 15 20 25 30 35 469 494 långsamt, räcker det om fastställande och inställningen av börvärdet sker med större tidsmellanrum.

En ytterligare fördelaktig utformning av förfarandet för mätning av vattenångdaggpunkten i gaser består i att reg- leríngsparametrarna för reglering av den fuktighetsberoen- de elektriska storheten fortlöpande korrigeras på grundval av en analys av svängningar av regleringsstorheten för den fuktighetsberoende elektriska storheten.

Genom denna utformning är det möjligt att låta regleringen av den fuktighetsberoende elektriska storheten alltid ske på optimalt vis. Vid en reglering av den fuktighetsberoen- de elektriska storheten med fast inställda regleringspara- metrar är det icke möjligt att utan ingrepp utifrån inom hela området för de daggpunkttemperaturer som skall regis- treras undvika instabiliteter eller ett ogynnsamt regle- ringsförhållande. Genom svängningsanalysen enligt uppfin- ningen kan regleríngsparametrarna fortlöpande så korri- geras, att identifierade instabiliteter undvíkes och ett optimalt regleringsförhållande uppnås.

En anordning för genomförande av förfarandet enligt upp- finningen med en daggpunktssensor, som uppvisar ett sen- sorytan uppvisande elektriskt sensorelement, vilket ger en av den fuktighetsberoende elektriska storheten beroende elektrisk signal, en temperaturen för sensorytan påverkan- de elektriska uppvärmnings- och kylanordning samt en elek- trisk temperatursensor, som levererar en av temperaturen hos sensorytan beroende elektrisk signal, samt med en till daggpunktsensor ansluten regleringsanordning, vilken mot- tager den fuktighetsberoende elektriska signalen såsom regleringsstorhet och till den elektriska uppvärmnings- och kylanordningen avger en inställningsstorhet, genom vilken den fuktighetsberoende elektriska signalen hålles på ett börvärde, kännetecknas enligt uppfinningen genom 10 15 20 25 30 35 469 494 att regleringsanordningen innehåller en styrreglerings- anordning och en följeregleringsanordning, vilka är anord- nade i kaskad, att styrregleringsanordningen mottager den fuktighetsberoende elektriska signalen såsom reglerings- storhet samt börvärdet för den fuktighetsberoende elek- triska signalen såsom styrstorhet samt avgiver en tempera- turbörvärdessignal, och att följeregleringsanordningen mottager den av styrregleringsanordningen reglerade tempe- raturbörvärdessignalen såsom styrstorhet samt den av tem- peratursensorn levererade temperaturberoende signalen såsom regleríngsstorhet samt avger inställningsstorheten till den elektriska uppvärmnings- och kylanordníngen.

Fördelaktiga utföranden ooh vidare utbildningar av för- farandet enligt uppfinningen och anordningen för dess genomförande framgår av underpatentkraven.

Ytterligare kännetecken och fördelar vid uppfinningen framgår av den efterföljande beskrivningen av ett på bifogade ritningar visat utföringsexempel. På ritningar visar: Fig. l blockschemat för en anordning för mätning av vattenångdaggpunkten i gaser enligt uppfinningen; fig. 2 uppifrån ett sensorelement, som kan användas vid anordningen i fig. l, fig. 3 en sektion genom en del av sensorelementet i fig. 2 in större skala, fig. U ett möjligt tídsförlopp för den fuktighetsberoende elektriska signalen i anordningen enligt fig. 1, fig. 5 diagram för beskrivning av svängningsanalysen, som genomföras i anordningen enligt fig. 1, fig. 5 diagram över olika svängningsformer för den fuktig- hetsberoende elektriska signalen, som kan förekomma vid anordningen i fig. l, fig. 7 sammanhanget mellan sensorkapaoitansen och sensor- 10 15 20 25 30 469 494 temperaturen vid en ren daggpunktsensor och vid en ned- smutsad daggpunktsensor, fig. 8 ett diagram för beskrivning av principen, som ut- nyttjas vid inställningen av börvärdet för uppnående av den nedsmutsningsoberoende temperaturregleringen i anord- ningen enligt fig. l, fig. 9 diagram över tidsförloppet för en vid anordningen i fig. 1 genomförd cykel för nedsmutsningskompensation, fig. 10 det från i fig. 9 framkommande sammanhanget mellan sensorkapacitans och sensortemperatur vid en nedsmutsad daggpunktsensor och fig. 11 ett delavsnitt av tidsförloppet för den i fig. 9 visade cykeln vid nedsmutsningskompensation.

Den i fig. 1 visade anordningen för direkt mätning av vat- tenångdaggpunkten i gaser innehåller en mätvärdesupptagare 10 med ett elektriskt sensorelement 12, som är anordnat på ett såsom uppvärmníngs- och kylanordning tjänande Peltier- element lfl samt med en för yttemperaturen hos sensorele- mentet 12 reagerande temperatursensor 16. Peltierelementet lä är anordnat på en bärare 18.

Vid den direkta daggpunktmätningen utnyttjas för bestäm- ning av vattenhalten hos en gas det icke ideala gasförhål- landet hos vattenångan, nämligen förmågan till kondensa- tion till följd av mellanmolekylära attraktionskrafter, då gasen på ytan av sensorelementet 12 avkyles till en bestämd temperatur, vilken är daggpunkttemperaturen. Rela- tionen mellan vattenångpartialtrycket för gasen och kon- densationstemperaturen (daggpunkttemperaturen) är given genom mättningsångtryckkurvan. Den är grundvalen för om- räkning av den direkta mätstorheten “daggpunkttemperatur“ till alla andra fuktíghetsstorheter.

För daggpunktmätningen utsättes ytan av sensorelementet 12 för den gas som skall mätas, i det att antingen mätvärdes- 10 15 20 25 30 35 469 494 upptagaren 10 är anordnad direkt i processen eller i det att gas från processen uttages och inledes i en mätkamma- re, i vilken mätvärdesupptagaren 10 är anordnad. Med hjälp av Peltierelementet lä avkyles sensorelementet 12 tills på dess yta genom kondensation av vattenånga daggdroppar bil- das. Uppträdandet av kondensation fastställes medelst sen- sorelementet 12. Den samtidigt med hjälp av temperatursen- sorn 16 mätta temperaturen är daggpunkttemperaturen. Vid ytterligare avkylning av sensorelementet 12 till ännu lägre temperaturer ökar storleken för daggdropparna och därmed massan av kondenserat vatten men de då mätta tempe- raturerna är icke längre utslagsgivande för gasens fukt- storheter. Det kommer alltså an på att så noga som möjligt registrera sensortemperaturen vid insättande av kondensa- tionen. För en kontinuerlig daggpunktmätning hålles sen- sortemperaturen genom temperaturreglering ständigt på vär- det för daggpunkttemperaturen, i det att en på förhand bestämd massa av kondenserat vatten upprätthålles. De i fig. l visade, med mätvärdesupptagaren 10 förbundna elek- troniska kopplingsanordningarna tjänar för reglering av den fuktighetsberoende elektriska storheten likaväl som för temperaturregleringen.

Det elektriska sensorelementet 12 måste vara så beskaffat att det kan identifiera och kontrollera såväl uppkomsten av daggdroppar vid uppnåendet av daggpunkttemperaturen som också innehållandet av en bestämd massa kondenserat vatten med största möjliga noggrannhet och känslighet. I denna avsikt måste åtminstone en elektrisk egenskap hos sensor- elementet på signifikant vis ändra sig i beroende av bil- dandet av massan av kondenserat vatten. Olika slag av elektriska sensorelement är kända, vilka är mer eller mindre väl lämpade för detta ändamål. Mycket ofta är den elektriska egenskap som användes för att påvisa bildandet av kondensatkapacitansen mellan två sensorelektroder, vil- ken vid täckandet av sensorelektroderna med kondensat 10 15 20 25 30 35 469 494 språngartat ökar relativt värdet i topptillstånd på grund av den högre dielektricitetskonstanten för vatten. Vid andra sensorelement detekteras ökningen av ledningsförmå- gan mellan två genom kondensatet förbundna elektroder. Det är slutligen även känt att genom mätning av sensorelemen- tets impedans utnyttja de ohmska och kapacitiva komponen- terna gemensamt för detektering av kondensationen.

För den i fig. 1 visade daggpunktmätanordningen är det i den äldre tyska patentansökningen P 37 20 189.1-52 beskrivna sensorelementet särskilt väl lämpat. Fig. 2 visar en mycket förenklad vy av det på detta sätt utforma- de sensorelementet 12 och fig. 3 visar en sektion genom en del av detta sensorelement i större skala. Detta sensor- element har ett substrat 112, vilket består av fuktighets- okänsligt isolermaterial. Såsom framgår av fig. 3 är substratet 112 under införande av ett skiljeskikt llü av aluminium påfört Peltierelementet lä. Den från skiljeskik- tet vända fria översidan av substratet 112 bildar sensor- ytan 118, vilken är utsatt för gasen, vars vattenångdagg- punkt skall mätas, så att på denna vid avkylning till daggpunkttemperaturen genom kondensation draggdroppar bil- das.

På kännarytan 118 är två elektrodstrukturer 120 och 130 bildade, vilka i fig. 2 för tydlighets skull är mycket förenklat visade. Elektrodstrukturen 120 har formen av en kam med ett antal parallella tänder 122, vilka vid ena änden är förbundna med ett vinkelrätt däremot gående steg l2H. Vid änden av steget 123 är en breddad kontaktyta 126 vidformad, vilken tjänar för kontakt med en anslutnings- ledare, över vilken elektrodstrukturen 120 förbindes med den elektroniska kopplingen hos daggpunktmätapparaten.

Elektrodstrukturen 130 består på fullständigt samma vis men spegelbildartat anordnade av tänder 132, ett steg 134 och en kontaktyta 136. Tänderna 122 och 132 hos de båda 10 15 20 25 30 35 469 494 elektrodstrukturerna ligger inom ett litet centralt område av substratet 112, som bildar det egentliga för mätförlop- pet känsliga sensorområdet. Tänderna 122 och 132 är anord- nade omväxlande ingripande i varandra, varvid tänderna 122 hos elektrodstrukturen 120 ligger i mellanrummen mellan tänderna 132 hos elektrodstrukturen 130 och omvänt tänder- na 132 hos elektrodstrukturen 130 ligger i mellanrummen mellan tänderna 122 hos elektrodstrukturen 120. Vardera två parallellt bredvid varandra anordnade tänder represen- terar alltså elektrodavsnitt, vilka för till olika elek- trodstrukturer. Mellanrummen mellan tänderna i varje elek- trodstruktur är så breda, att i varje mellanrum en tand hos den andra elektrodstrukturen kan upptagas med till- räckligt avstånd från de båda angränsande tänderna. Detta framgår särskilt av fig. 3, som i en relativt representa- tionen i fig. 2 förstorad skala visar en sektion genom flera bredvid varandra liggande tänder 122, 132 hos de båda elektrodstrukturerna 120 respektive 130.

Varje tand 122 och 132 hos de båda elektrodstrukturerna 120, 130 är överdragen med ett fuktighetsokänsligt isoler- skikt 140, som täcker alla fria ytor av tanden. Tänderna 122 och 132 är även å ena sidan medelst isolermaterialet i substratet 112 och å andra sidan genom isolerskiktet 140 fullständigt skilda från gasen, vars daggpunkt skall mätas. Vid den i fig. 3 visade utföringsformen föreligger mellan isolerskikten, som täcker två angränsande tänder, en spalt 142, vilken går fram ända till överytan av sub- stratet 112.

Elektrodstrukturerna 120 och 130 liksom det tänderna täckande isolerskiktet 140 kan på substratet 112 fram- ställas i enlighet med det vanliga förfarandet, som är känt från tunnfilmtekniken och från ledarplattekniken.

Elektrodstrukturerna 120, 130 bildas exempelvis på foto- litografisk väg av ett lämpligt metallbelägg, exempelvis 10 15 20 25 30 469 494 10 av tantal eller platina. Isolerskiktet lUO måste bestå av ett kemiskt stabilt, elektriskt isolerande och fullstän- digt fuktíghetsokänsligt material. Härför kommer glas, lack eller också en lämplig metalloxid ifråga. Materialet i isolerskiktet kan påföras enligt ett av de kända för- farandena på elektrodstrukturen. Då oxiden av den för elektrodstrukturerna 120, 130 använda metallen uppvisar de erforderliga egenskaperna kan isolerskiktet 130 eventuellt också bildas genom ytoxidation av ledarmetallen.

För tydlighets skull är i fig. 2 antalet tänder i varje elektrodstruktur överdrivet litet och avståndet mellan de angränsande tänderna överdrivet stort angivet. I verklig- heten har varje elektrodstruktur 120, 130 ett mycket större antal tänder. Ett särskilt viktigt kännetecken för detta kännarelement är dimensionen för avståndet mellan de bredvid varandra liggande tänderna. Detta är mindre än 50 Um och uppgår företrädesvis till cirka 20 um. Vid en prak- tiskt provad utföringsform av ett enligt principen i fig. 2 och 3 framställt sensorelement består elektrodstruktu- rerna 120, 130 av tantal, som är påfört på ett substrat 112 av aluminiumoxid. Varje elektrodstruktur har en kam bestående av 50 tänder med en bredd av 21 um och en längd av 2 mm. Avståndet mellan de i varandra ingripande tänder- na hos de båda elektrodstrukturerna uppgår till 19 Um. Det av de båda i varandra ingripande kamstrukturerna bildade egentliga sensorområdet upptager därför blott en yta av 2 X H mm. Isoiersxiktet 140 består av högförtätad och där- igenom fuktighetsokänslig tantaloxid, som med en tjocklek av 160 nm bildas genom ytoxidation av tantal i elektrod- strukturerna.

Funktionssättet för detta sensorelement baserar sig på att avståndet mellan de bredvid varandra liggande tänderna i de båda elektrodstrukturerna är av samma storleksordning som de största vid uppnåendet av daggpunkttemperaturen 10 15 20 25 30 35 469 494 ll bildade kondensationsdropparna eller tom. mindre. Där- igenom uppnås att de första vid uppnåendet av daggpunkt- temperaturen uppkommande kondensationsdropparna genast utfyller hela bredden av spalten lU2 mellan de angränsande tänderna 122 och 132. Såsom utförligt beskrivits i den äldre patentansökningen har detta till följd en språng- artad ändring av den mellan de båda elektrodstrukturerna mätta impedansen, emedan kondensationsdropparna med för- hållandevis stor ledningsförmåga i viss mån kortsluter de förhållandevis små kapacitanserna för spalterna lH2 och upprättar en ledande förbindelse mellan de väsentligt större kapacitanserna för det tänderna täckande isoler- skiktet lU0. Genom mätning av impedansen mellan de båda elektrodstrukturerna kan därför uppnåendet av daggpunkt- temperaturen fastställas redan vid bildandet av de första kondensationsdropparna ännu innan ett sammanhängande dagg- skikt har bildats.

I stället för impedansen kan också kapacitansen CF för sensorelementet mätas. Denna går från torrkapacitansvärdet CO vid uppnåendet av daggpunkttemperaturen till det väsentligt större daggpunktkapacitansvärdet Cl. Vid et i fig. l visade utföringsexemplet på daggpunktmätanordningen arbetar man med denna mätning av sensorkapacitansen CF.

Mätvärdesupptagaren lO har en första anslutning lOa, på vilken en elektrisk signal SZ står till förfogande, vilken beror av den fuktighetskänsliga elektriska stor- heten för sensorelementet 12, vid användning av det i fig. 2 och 3 visade sensorelementet alltså av dettas impedans Z. Till anslutningen lOa är en impedansutvärderingskopp- ling 20 ansluten, som från signalen SZ bildar en för vidare bearbetningen lämpad elektrisk signal, som repre- senterar den för daggpunktdetekteringen använda fuktig- hetsberoende elektriska storheten, i föreliggande fall alltså sensorkapacitansen CF. För förenkling betecknas denna signal likaledes med CF. 10 15 20 25 30 35 469 494 12 Mätvärdesupptagaren lO har en andra anslutning l0b, på vilken en elektrisk signal ST står till förfogande, vil- ken beror av den temperaturberoende elektriska storheten för temperatursensorn 16. Temperatursensorn 16 kan exem- pelvis vara ett termoelement, som ger en temperaturberoen- de spänning, eller en motståndstermometer, vars ohmska motstånd ändras med temperaturen inom det temperaturområde som skall inbegripas. Vid det visade exemplet antages att temperatursensorn 16 är en platinamotståndstermometer i tunnfilmsteknologi av typen PT 100. Till följd därav är den på anslutningen l0b till förfogande stående elektriska signalen ST beroende av motståndet för temperatursensorn 16. Till anslutningen l0b är en temperaturutvärderings- koppling ansluten, vilken från signalen ST bildar en för vidare bearbetningen lämpad signal, som representerar den av temperatursensorn 16 mätta temperaturen TF på ytan hos sensorelementet 12. För enkelhets skull betecknas likaledes denna signal med TF.

Utgångarna från impedansutvärderingskopplingen 20 och tem- peraturutvärderingskopplingen 22 är förbunden med två in- gångar 30a respektive 30b hos en mikrodator 30, varvid, om så är erforderligt, en analog-digitalomvandlare kan vara infogad. I mikrodatorn 30 jämföres sensortemperaturen TF med ett i mikrodatorn beräknat börtemperaturvärde TS, vilket antydes genom en jämförelsekopplingssymbol 31. Det genom jämförelsen erhållna skillnadsvärdet TS-TF användes i ett funktionsblock 32 som har en temperatur- regulatorfunktion, för att alstra en temperaturreglerings- signal ST, vilken avgives på en utgång 30c hos mikro- datorn 30.

Funktionsblocket 32 föreligger naturligtvis liksom också de övriga representerade funktionsblocken icke konkret i mikrodatorn 30. Funktionsblocket representerar i stället olika programrutiner för mikrodatorn. 10 15 20 25 30 35 469 494 13 En till utgången 300 hos mikrodatorn 30 ansluten digital- analogomvandlare 24 omsätter temperaturregleringssignalen ST till en spänning UT, som tillföres ingången hos ett effektslutsteg 25, vilket levererar strömmen IP för Pel- tierelementet lü till en tredje anslutning l0c hos mätvär- desupptagaren 10. Denna ström IP är som bekant allt efter dess polaritet antingen en uppvärmningsström eller en kylningsström. Genom den till_effektslutsteget 25 av- givna spänningen UT inställes Peltierströmmen IP så, att skillnaden TS - TF blir noll. Enligt ett känt för- farande kan Peltierströmmen IP i denna avsikt periodiskt ompolas, så att den omväxlande verkar såsom uppvärmnings- ström och såsom kylningsström, varvid spänningen UT bestämmer omkopplingsförhållandet så att en medelsensor- temperatur TF inställes, som är lika med börtemperaturen TS. Beståndsdelarna 12, l6, 22, 31, 32, ZÄ, 25, lä bil- dar alltså en temperaturregleringskrets, som ständigt efterreglerar sensortemperaturen TF efter börtempera- turen TS. I denna temperaturregleringskrets är sensor- temperatur TF regleringsstorheten, börtemperaturen TS styr storheten och Peltierströmmen IP inställningsstor- heten.

Om man sörjer för att börtemperaturen TS är lika med daggpunkttemperaturen TP hålles genom denna temperatur- reglering sensortemperaturen TF ständigt på värdet för daggpunkttemperaturen TP. En till utgången från tempera- turutvärderingskopplingen 22 ansluten temperaturindikator 26 visar då i det inreglerade tillståndet daggpunkttempe- PâT/Llfefl .

Mikrodatorn 30 kan vanligtvis bearbeta den mätta dagg- pun ttemperaturen TP, vilken angives genom signalen TF i inreglerat tillstånd, för utvinnande av alla önskade fuktigbetsstorheter, såsom representeras genom ett funk- tionsblock 33. I denna avsikt är mätningsångtryckskurvan 10 15 20 25 30 35 469 494 lü lagrad såsom tabell i mikrodatorn. Denna utvärdering av daggpunkttemperaturen är allmänt känd och skall inte när- mare beskrivas.

Vid daggpunktmätanordningen i fig. l är mikrodatorn 30 dessutom utöver sina vanliga uppgifter inbegripen i regle- ringen av den fuktighetsberoende elektriska storheten, som reglerar sensortemperaturen TF för uppnående av en sta- bil massa av det kondenserade vattnet på överytan hos sen- sorelementet l2. I denna avsikt jämföres i mikrodatorn 30 den till ingången 30a tillförda sensorkapacitansen CF med ett i mikrodatorn beräknat, daggpunkten tilldelat kapacitansbörvärde Cl, såsom antydes genom en ytterli- gare jämförelsesymbol 3U. Det genom jämförelsen erhållna skillnadsvärdet C 35, som fyller funktionen för en såsom PID-reglerings- F - Cl användes i ett funktionsblock anordning utformade regleringsanordning för den fuktig- hetsberoende elektriska storheten, för alstrande av bör- temperaturvärdet TS, som användes för jämförelsen i den symboliskt visade jämförelsekopplingen 31. Börtemperaturen TS inställes genom regleringen i funktionsblocket 35, så att skillnaden CF - Cl bringas till noll, så att allt- så sensorkapacitansen CF antager daggpunktkapacitansbör- värdet Cl. Under den förutsättningen att kapacitansbör- värdet Cl motsvarar sensorkapacitansen vid den sanna daggpunkttemperaturen hålles på detta sätt sensortempera- turen TF genom reglering på daggpunkttemperaturen TP.

Genom invíteringen av den av temperatursignalen TF representerade temperaturen i en temperaturindíkator 26 indikeras därvid i det inreglerade tillståndet daggpunkt- temperaturen TP.

Det föreligger alltså en andra regleringskrets, som går från sensorelementet 12 över impdansutvärderíngskopplingen 20 och funktionsblocken 3Ä, 35 i mikrodatorn 30 till tem- peraturregleringskretsen. I den andra regleringskretsen är 10 15 20 25 30 469 494 15 sensorkapacitansen CF regleringsstorheten och daggpunkt- kapacitansbörvärdet Cl styrningsstorheten. Inställninga- storheten TS för den andra regleringskretsen bildar tillika styrningsstorheten för temperaturregleringskrets- en. Det gäller alltså en kaskadreglering, varvid den yttre andra regleringskretsen innesluter den inre temperaturreg- leringskretsen. Den genom funktionsloppet 35 representera- de regleringsanordningen för den fuktighetsberoende elek- triska storheten för den yttre regleringskretsen verkar såsom styrningsreglering och temperaturregleringsanord- ningen 32 i den inre regleringskretsen verkar såsom följe- reglering.

Den inre regleringen åstadkommer att yttemperaturen TF for sensorelementet 12 på möjligast korta tid följer efter börtemperaturvärdet TS, som regleringsanordningen 35 föreskriver. Regleringsparametrarna för temperaturregle- ringsanordningen 26 förblir inom hela temperaturområdet och under skilda insatsbetingelser konstant. En väsentlig betingelse för den inre temperaturregleringen är att den förlöper snabbare än den yttre regleringen.

Den yttre regleringen, vilken reglerar kapacítansen CF (eller allmänt den använda fuktighetsberoende elektriska storheten) för mätvärdesupptagaren 10 genom ändring av sensortemperaturen TF, tjänar för den egentliga dagg- punktbestämníngen.

Då mätvärdesupptagaren 10 icke är anordnad omedelbart i processen utan i en mätkammare, i vilken från processen uttagen gas inledes, tjänar den aktuella sensortemperatu- ren TF även såsom börvärde för en parallell reglering av mä kammartemperaturen, vilken inställes genom kopplings- blocket 28. Denna reglering sker på så sätt att mätkamma- ren hålles ett bestämt belopp över sensortemperaturen, varvid detta belopp kan vara olika för olika temperatur- 10 15 20 25 30 35 469 494 16 områden för sensortemperaturen. Genom mätkammartemperatur- regleringen 28 regleras parallellt med mätkammartempera- turen också temperaturen för rörföljeuppvärmningen.

Med hjälp av den beskrivna kaskadregleringen utnyttjas egenskaperna för den väsentligt enklare temperaturregle- ringen för att förenkla regleringen av den fuktighetsbe- roende elektriska storheten: a) Störningar till följd av gastemperaturändringar för- blir utan inflytande på regleringen av den fuktig- hetsberoende elektriska storheten, eftersom de upp- fångas av den separata inre temperaturregleringen. b) Återkopplingen inom regleringen för fuktighetsbe- roende elektriska storheten genom förändring av energibalansen på sensorytan till följd av vatten- ångkondensation (eller förångning) upphäves genom den separata inre temperaturregleringen, ty föränd- ringar i energibalansen bortregleras genom den sepa- rata temperaturregleringsanordningen.

Inbegripandet av mikrodatorn 30 i regleringskretsen möj- liggör en automatisk påverkan av regleringen för urkopp- ling av störinflytanden och för uppnående av ett optimalt regleringsförhållande. För detta ändamål uppfyller mikro- datorn 30 speciellt följande funktioner: 1. Regleringsparametrarna för PID-regleringen 35 bestämmes alltefter dynamiken för regleringssträckan självoptimerande av systemet. 2. Börvärdet för det daggpunkten motsvarande värdet av den fuktighetsberoende elektriska storheten för sen- sorn 10, vid det beskrivna exemplet alltså värdet Cl för sensorkapaciteten CF, bestämmes automa- 10 15 20 25 30 35 4%.

ON \Q JN..

VD 4» 17 tiskt av systemet så att nedsmutsningar av sensorn, vilka skulle leda till felmätningar, kompenseras. 3. Inom nedsmutsningskompensationscykeln bestämmas sam- tidigt tidskonstanten Tzl för följereglerings- anordningen 32 för regleringen av temperaturen hos Peltierelementet lä. I denna avsikt inbegripes mik- rodatorn 30 i den inre temperaturregleringskretsen.

Dessa funktioner skall i det följande beskrivas.

Självoptimering av daggpunktregleringen I normaltillståndet för regleringen fastlägges ett nytt temperaturbörvärde TS av den genom funktionsblocket 35 representerade PID-regleringen med i tiden konstanta cyk- ler med en cykeltid tx om cirka 0,5 till 1 s, vilket värde skiljer från föregående börvärde T'S med en bör- värdesändring TS: T = T' (1) S För börvärdesändringen TS per cykel gäller följande ekvation: _ . _ . . _ . 2 _ ATS - Ki (CF C1) Atx+Kp A(CF C1)+Kd A (CF C1)/Atx (2) I denna är Ki, K Kd regleringsparametrarna för , íntegral-, propoštional- respektive differentialregle- ringen för PID-regleringen för funktionsblocket 35. Det speciella vid den representerade mätanordningen består i att regleríngsparametrarna Ki, Kp, Kd icke är fast inställda utan förändras av systemet i beroende av tids- förhållandena för regleringssträckan. 10 15 20 25 30 35 469 494 l8 En korrigering av regleríngsparametrarna företages alltid då den inom en cykel Atx bestämda börvärdeskorrige- ringen ATS är alltför stor och därför systemet bärjar svänga, eller då den är alltför liten, så att kondensa- tíons- eller förångningsprooessen icke längre medtages med fuktändríngen i gasen.

Korrígeringen av regleringsparametrarna sker genom en pro- gramrutin, som i fig. l representeras av ett funktions- block 36, på grundval av resultaten av en genom funktions- blocket 37 representerad svängningsanalys för reglerings- kretsen. Fig. H visar såsom exempel en avklíngande sväng- ning av sensorkapacitansen CF kring börvärdet Cl.

Svängningen har en svängningsvaraktighet tM och två på varandra följande positiva amplítuder CA, CB, mellan vilka en negativ amplitud CC ligger. Från värdena tM, CA för polen hos överföringsfunktionen för daggpunktregle- ringen beräknas enligt följande ekvationer: och CB kan realdelen PER och ímagínärdelen PZJ P = _ 1n(CA/CB) ZR t (Svängningsdekrement) (3) P z: ...___ 2J t (Svängningsvinkelfrekvens) (M) Dessa relationer gäller oberoende av om svängningen för CF avklíngar, om den just kommer i svängning eller om den föreligger med konstant amplitud.

Den genom funktionsblocket 37 representerade svängnings- analysen bestämmes såväl vid inlöpningsförloppet vid varje idriftstagande av apparaten som också vid den normala reg- lerinflsprooessen inom varje Atx-cykel. Som resultat av svängningsanalysen avger funktionsblocket 37 värdena för de båda svängningsparametrarna PZR och PZJ till funk- tionsblocket 36. 10 15 20 25 30 35 469 494 19 I stället för svängning av sensorkapacítansen CF i den yttre regleringskretsen kan likaväl svängningen av sensor- temperaturen TF i den inre regleringskretsen utnyttjas för svängningsanalysen. Den följande beskrivningen gäller i enlighet därmed också för detta fall.

Problemet föreligger att från digitala avkänningsvärden av sensorkapacitansen CF eller sensortemperaturen TF rik- tigt identifiera maxima och minima på svängningskurvan, så att tillfälliga variationer kan särskiljas från äkta svängningar och också långtidssvängningar kan fastställas.

För lösning av detta problem sker svängningsanalysen i funktíonsblocket 37 genom en "tredifferentialmethod", som beskrives i samband med diagrammet i fig. 5.

Diagrammet A i fig. 5 visar på varandra följande digitala avkänningsvärden, vilka uttages med lika tidsavstànd från sensorkapacitansen CF såsom funktion av den tiden representerande analogkurvan. Avkänningsvärdena är för- bundna genom raka sträckor, varigenom analogkurvan appro- ximativt efterbildas. Svängningen förlöper ungefär sinus- formigt kring ett medelvärde Cm.

I diagrammet B är förtecknet för ökningen av kurvavsnittet mellan de på varandra följande avkänningsvärdena represen- terad, vilket också är förtecknet för differentialen för motsvarande avsnitt av analogkurvan. Värdet +l motsvarar det positiva förtecknet, alltså ett stigande kurvavsnitt, och värdet -1 motsvarar det negativa förtecknet, alltså ett fallande kurvavsnitt. Förtecknet kan för varje kurv- avsnitt först fastställas då det andra avkänningsvärdet föreligger. Därför sammanfaller en förteckenväxling, som gäller för löregående kurvavsnitt, i diagrammet B i tiden med det andra avkänningsvärdet för detta kurvavsnitt i diagrammet A. 10 15 20 25 30 469 494 20 Det första avkänningsvärdet i diagrammet A ligger i origo for koordinatsystemet. I diagrammet B antages att stig- ningen av framförliggande kurvavsnitt (vilket icke visas i diagrammet A) är ett positivt förtecken. Detta positiva förtecken svarar i diagrammet B mot värdet +l, som upp- rätthålles ända tills det andra avkänníngsvärdet före- ligger. Vid tidpunkten för det andra avkänningsvärdet fastställes att stigningen av kurvavsnittet mellan det första och det andra avkänningsvärdet likaledes har ett positivt förtecken. Därför fasthålles i diagrammet B mellan det andra och det tredje avkänningsvärdet ytterli- gare värdet +l, ehuru kurvavsnittet mellan dessa båda avkänningsvärden sjunker, dvs. har en negativ stigning.

Först vid föreligggandet av det tredje avkänningsvärdet kan fastställas att föregående kurvavsnitt hade en negativ stigning. Därför går förteckenkurvan för diagrammet B vid tidpunkten för det tredje avkänningsvärdet till värdet -1, vilket då bibehàiles intill föreliggandet av det fjärde avkänningsvärdet, fastän stigningen mellan det tredje och fjärde avkänningsvärdet åter är positiv. Den förnyade för- teckenväxlingen fastställes först vid tidpunkten för det fjärde avkänningsvärdet, så att vid denna tidpunkt kurvan i diagram B återgår från värdet -1 till värdet +l. Den ytterligare uppkomsten av förteckenkurvan i diagrammet B från avkänningsvärdena i diagrammet A är utan vidare begripligt på grundval av ovanstående förklaringar.

En kvarstående förteckenväxling för stigningen av sväng- ningskurvan anger ett extremvärde (minimum eller maximum).

En sådan kvarstående förteckenväxling måste skiljas från sporadiska förteckenväxlingar, vilka uppträder genom kort- variga störningar i kurvförloppet. Sålunda är i diagrammet A mellan det och andra kurvavsnittet en förteckenväxling märkbar, vilken dock bringas att återgå genom en förnyad förteckenväxling mellan det andra och det tredje kurv- 10 15 20 25 39 35 469 494 21 avsnittet. För att förhindra att dylika sporadiska för- teckenväxlingar falskeligen tolkas såsom extremvärden inställes i míkrodatorn 30 en räknevariabel Ee i beroen- de av förteokenväxlingen i diagrammet B på så sätt som visas i diagrammet C.

Vid varje förteckenväxling i programmet B, som skulle kun- na motsvara ett extremvärde, ökas_räknevariabeln Ee med "l". Den reduceras emellertid åter vid en omedelbart därpå följande förteckenväxlíng med "l". Om däremot på den ett extremvärde tillkännagivande förteckenväxling i nästa kurvavsnitt ingen ny förteckenväxling följer, bekräftas extremvärdet därigenom att räkneverk Ee ånyo ökas med Ill" ' Av diagrammet C framgår att det första maximum uppnås då räknevariabeln uppnår värdet Ee = 2. Då fasthålles det föregående förteckenväxling motsvarande avkänningsvärdet CAI och från tidpunkten för denna förteckenväxling räk- nas tiden för mätning av svängningsvaraktigheten.

Mínímit i svängníngen uppnås för Ee = H och ett andra maximum uppnås för Ee = 6. Vid den detta andra maximum motsvarande förteokenväxlingen fasthålles det tillhörande avkänningsvärdet CBl och tidsmätningen avslutas. Den mätta tiden är svängningsvaraktígheten tM. Svängníngs- amplituderna för de båda maxima framkommer från avkän- ningsvärdena: CA = cAl - cm (5) CB = CBI - Cm (6) När Ccl är avkänningsvärdet vid minimít för svängningen, så erhålles medelvärdet för svängningen enligt 10 15 20 25 30 469 494 22 4 C111 ' C151 ' C01 Cm _ “A1 * “Bi ' 2601 (7) Därmed står alla erforderliga värdena för beräkningen av svängningsparametrarna PZR och PZJ till förfogande.

I regel användes det andra maximum åter såsom utgångspunkt för en ny svängningsmätning. Räknevariabeln återställes därför icke till "0", utan sättes till Ee = 2.

Därnäst måste ytterligare bedömas om den på detta sätt analyserade svängningen är lämpad för en självoptimering av regleringen. Exempelvis gäller en identifierad "sväng- ning" såsom oduglig för en självoptimering, då de bestämda svängningsamplituderna är för små relativt svängníngsmät- värdet Cm. Vidare måste de från de mätta storheterna C och PZJ uppfylla kriterierna för en svängning. Dämp- A, CÉ, tM beräknade svängningsparametrarna PZR ningstidskonstanten tD, som bestämmer det exponentiella tidsfallet för svängningskurvan, får icke vara väsentligt kortare än den mätta svängningsvaraktigheten tM. Denna betingelse representerar diagrammen i fig. 6. I diagram A är dämpningstidskonstanten tD större än den mätta sväng- ningsvaraktigheten tM och i diagram B är den blott oväsentligt mindre. Dessa båda svängningar kan tillåtas för korrigering av regleringsparametrarna. Däremot är i diagrammet C dämpningstidskonstanten tD mycket liten relativt den mätta svängningsvaraktigheten tM. Denna svängning är icke tillåten.

Då alla förutsättningar för korrígeringen av reglerings- parametrarna Kí, Kp, Kd på grundval av den genom- 10 15 20 25 30 469 494 23 förda svängningsanalysen är uppfyllda, beräknar den genom funktionsblocket 36 representerade programrutinen de nya regleringsparametrarna på följande vis: Da Tzl är den i nedsmutsníngscykeln mätta tidskonstanten för temperaturregulatorn 32, TZ2 är den från svängningsanalysen beräknade tids- konstanten för den termiska fördröjningen för sen- sorelementet 12 och TP är tidskonstanten för regleringen av den fuktighets- beroende elektriska storheten i det exponentiella aperiodiska gränsfallet gäller för de nya regleringsparametrarna det till de tre tidskonstanterna hörande aperiodiska gränsfallet: Kd = X ' (Trä - Y) (8) . 1 Kp : X T 3 (9) Kr K. : (10) ___ll___ K 1 K¿ + XY p Därvid skall parametrarna X, Y och Tr beräknas från de í', Kd' liksom från de genom svängningsanalysen erhallna svängningspara- metrarna PZR, PZJ enligt följande ekvationer: gamla regleringsparametrarna Kp', K 469 494 2U Kp' X = (11) (P 2 + P 2) (2 P + -Ä) 2R 2J 2R TR 1 _ 1 Y = (12) 5 Tz1 Tzz 1 _ 1 1 _ 1 fr_ ' T + T ) š 4 z1 z2 (13) 10 varvid: I 2 2 2 2 Ka 1 . Pzn + P2J - fpza + PzJ ) 'K-T + 2 PzR (2 P2R+tr (14) 1 Kp z1 15 = K ' 2 2 K ' 1 z2 d PZR + PN + E' . (2 PZR +T_) Kd 21 Självoptímeringsteorín för daggpunktregleringen kräver därvid att för de beräknade värdena för TZ2 och Y föl- 20 jande måste gälla > TZ2 0 Y > o, 25 ty värdet för Y är enligt teorin ett mycket litet positivt korrigeríngsvärde för beräkning av Kd enligt ekvation (8). 30 Såsom visas av ekvatíonerna (8), (9), (10) motsvarar varje bestämt värd för tidskonstanten TP av det ideala ínsvängningsförloppet i det aperiodíska gränsfallet en typisk sats regleríngsparametrar Kp, Ki, Kd. 10 15 20 25 30 35 469 494 25 Den begränsade ledningsförmågan för Peltierelement kräver också en begränsning av differentialandelen av daggpunkt- regleringen. Differentialandelen är avgörande för en snabb reaktion av daggpunktregulatorn på en störning. I själva verket ger den förut beskrivna självoptimeríngen alltid en differentialandel, som väsentligt går över de andra stor- heterna. För att taga den begränsade kyleffekten för Peltierelementet med i beräkningen sörjes för att för Kd följande gränsvärde innehålles: Kd< lO ' Kp .

Nedsmutsníngskompensering Fig. 7 visar inflytandet av nedsmutsning av mätvärdesupp- tagaren 10 på sammanhanget mellan sensorkapacitans CF och sensortemperatur TF.

Kurvan I motsvarar den rena sensorn. Den visar att vid sänkning av sensortemperaturen TF sensorkapacitansen CF svarar mot torrkapacitansen CO ända tills dagg- punkttemperaturen TP nästan nåtts. Först kort före upp- nåendet av daggpunkttemperaturen TP ökar sensorkapaci- tansen ringa för att just vid daggpunkttemperaturen TP stiga till ett värde, vilket är mycket större än torrkapa- citansvärdet CO. Daggpunktkännaren hålles alltså väsent- ligen riktig på daggpunkttemperaturen TP, då sensortem- peraturen TF inregleras så att sensorkapacítansen an- tager det representerade värdet Cl.

Kurvan II motsvarar en nedsmutsad sensor. Vid sänkning av sensortemperaturen TF ökar sensorkapacitansen CF på grund av kapillärkondensationen av vattenånga eller fukt- löslighet vid oljeartade nedsmutsningsfilmer redan då sen- sortemperaturen fortfarande ligger vida över daggpunkten.

Alltefter arten av nedsmutsningen kan denna ökning av sen- 10 15 20 25 30 35 469 494 26 sorkapacitansen CF redan börja vid temperaturer, vilka ligger ända till lO0'C ovanför daggpunkten.

Om då sensorkapacitansen CF genom temperaturregleringen hålles på samma värde Cl som vid ren sensor, motsvarar sensortemperaturen TF icke daggpunkten TP utan ett högre värde T'F. Därav framkommer ett mätfel T vid mät- ningen av daggpunkttemperaturen. För att daggpunktsensorn skall hållas på den riktiga daggpunkttemperaturen TP måste reglering ske så att sensorkapaoítansen CF genom temperaturregleringen hålles på värdet C'l.

Värdet C'l gäller naturligtvis blott för arten och gra- den av nedsmutsning, som kurvan II anger. Andra arter och/eller grader av nedsmutsning ger i det aktuella fallet andra värden på sensorkapaoitansen CF vid daggpunkten TP.

Vid mätanordningen i fig. l inställes i mikrodatorn 30 genom en programrutin, vilken representeras av funktions- blocket 38, det såsom styrningsstorhet för temperaturreg- leringen använda kapacitansvärdet Cl automatiskt så, att det noga svarar mot sensorkapacitansen CF = C'l vid daggpunkten TP. Pâ detta sätt kompenseras de förut angivna verkningarna av nedsmutsningarna av sensorn auto- matiskt.

I denna avsikt utnyttjas ett förfarande som möjliggör att skilja de av nedsmutsning betingade ändringarna i mätsig- nalen CF ovanom daggpunkttemperaturen från ändringar, vilka åstadkommas genom ytkondensation av vattenånga vid och under daggpunkttemperaturen.

Den till grund för detta förfarande liggande principen skall beskrivas i samband med diagrammet i fig. 8. Dia- grammet A i fig. 8 visar sensortemperaturen TF som funk- 10 15 20 25 30 35 469 494 27 tion av tiden. På den vänstra delen av diagrammet A anta- ges att sensortemperaturen TF periodiskt ändras inom området ovanför daggpunkttemperaturen TP. För att för- enkla representationen skall antagas att det gäller en sinusformig ändring. Dessa ändringar sker på grund av vär- metrögheten hos daggpunktsensorn naturligtvis förhållande- vis långsamt. Vidare är amplituden för ändringarna för tydlighets skull visad överdrivet stor.

På den högra delen av diagrammet A är motsvarande änd- ringar av sensortemperaturen TF inom området under dagg- punkttemperaturen TP visade.

Diagrammet B visar hur sensorkapacitansen CF för ned- smutsad sensor ändras vid temperaturändringar enligt dia- gram A som funktion av tiden t. Inom området ovanför dagg- punkttemperaturen är sammanhanget mellan temperaturänd- ringarna och kapacitansändringarna angivna genom kurvan II i fig. 7. Inom detta område ändrar sig kapacítansen för den nedsmutsade sensorn motsatt sensortemperaturen svaran- de mot det genom kurvan II bestämda förloppet av kapaci- tans- och temperaturkarakteristiken. Dessa kapacitans- ändringar ligger inom området mellan torrkapacitansen CO och daggpunktkapacitansen C'l för den nedsmutsade sen- SOPYI.

Däremot skulle kapacitansen för en ren sensor icke ändras inom detta område såsom omedelbart framgår av fig. 7, eme- dan den genom kurvan I representerade kapacitans-tempera- turkarakteristiken för den rena sensorn inom detta område förlöper horisontellt. Den rena sensorn bibehåller vid temperaturändringar inom detta område oförändrat torr- kapacitansvärdet CO.

Inom området under daggpunkttemperaturen följer dock kapa- citansen för den nedsmutsade sensorn icke längre änd- 10 15 20 25 30 35 469 494 28 ändringarna i sensortemperaturen såsom visas på den högra delen av diagrammet. Inom detta område är kapacitansen för den nedsmutsade sensorn bestämd genom daggkondensationen, som bildas på ytan av sensorelementet. Varje ytterligare nedsmutsningsbetingad kondensation upphör. Massan för det kondenserade vattnet tilltager vid varje tillräckligt under daggpunkten liggande temperatur kontinuerligt. Därav följer i detta område en kontinuerlig ökning av sensor- kapacitansen CF också då sensortemperaturen varierar.

Vid den i fig. l visade daggpunktmätanordningen utnyttjas detta skilda förhållande för en nedsmutsad sensor vid tem- peraturer ovan och under daggpunkttemperaturen för bestäm- mande av den daggpunkten motsvarande sensorkapacitansen Cl.

Fig. 9 visar en nedsmutsningskondensationscykel sådan denna speciellt genomföres vid varje driftstagande av apparaten för bestämmande daggpunktkapacitansvärdet Cl.

Denna cykel anger dessutom också torrkapacitansen CO för sensorn liksom tidskonstanten Tzl för följereglerings- anordningen.

Diagrammet i fig. 9 visar det av systemet påtvingade tids- förloppet för sensortemperaturen TF och det därigenom förorsakade tidsförloppet för sensorkapacitansen CF för en fullständig vikt med en oljefilm nedsmutsad sensor under nedsmutsningskompensationscykeln. Vid en på detta sätt nedsmutsad sensor stiger sensorkapacitansen CF redan vid en temperatur som ligger cirka 60°C ovanför daggpunkttemperaturen TP.

Vid början av nedsmutsningskompensationscykeln sker exem- pelvis en uppvärmning av sensorn till en maxímitemperatur om l20°C. Upphettningen sker ända tills sensorkapacitansen 10 15 20 25 30 35 469 494 29 CF blir stabil, vilket är fallet då sensorn avgivit all fuktighet. Därigenom kan torrkapaeitansen CO bestämmas.

Vid den visade exemplet är nedsmutsningen så kraftig att avdunstningen av vattnet först fullständigt uppnås vid en sensortemperatur om l20'C. Sensorkapacitansen CF har då sjunkit till torrkapacitansen CO = 8,9 pF.

Efter denna upphettningsfas kyles sensorn med utgångspunkt från den uppnåtta högsta temperaturen med maximal kyl- effekt ända tills en första ökning av sensorkapacitansen CF observeras. Vid det representerade exemplet sker denna ökning redan vid ett fall av sensortemperaturen till cirka 115°c.

Från denna tidpunkt sker en långsam stegvis sänkning av sensortemperaturen. Därigenom uppnås att motsvarande ökan- de sensorkapacitans CF påtvingas en stegvis ökning.

Såsom beskrivits i samband med fig. 8 uppträder denna ned- smutsningsbetingade periodiska tidsändring av sensorkapa- citansen blott så länge som sensortemperaturen ligger ovanför daggpunkten. Så snart daggpunkttemperaturen TP underskridits, ger den periodiska tidsändringen vika för en plötslig och då kontinuerligt stigande ökning av sen- sorkapaoitansen. Sensortemperaturen vid denna växling är daggpunkttemperaturen TP och den vid denna temperatur mätta sensorkapaoitansen CF är daggpunktkapacitansvärdet Cl, vilket lagras såsom nytt kapacitansbörvärde. Vid det representerade exemplet påträffas ett kapaeítansbörvärde Cl = 21,8 pF.

Av diagrammet i fig. 9 kan karakteristiken för den såsom exempel valda nedsmutsade sensorn, dvs. beroendet av sen- sorkapacitansen av sensortemperaturen härledas, och vilken är uppritad i fig. 10. Det är av denna karakteristik tyd- ligt att med det beskrivna förfarandet för nedsmutsnings- kompensering den nedsmutsningsbetingade ökningen av sen- 10 15 20 25 30 469 494 30 sorkapacitansen CF ignoreras genom valet av Cl. Vidare åstadkommer detta förfarande att börvärdet Cl noga kommer ligga vid fotpunkten av det branta karakteristik- avsnittet och icke väsentligt högre. Detta är av fördel såväl för systemets dynamik, vilket med allt tjockare blivande kondensation blir allt trögare, som också för den beskrivna självoptimeringen av regleringen.

Indikeríngen av sensortemperaturen TA hålles konstant under hela nedsmutsningskompensationscykeln och först efter cykelns slut inkopplas den åter, då indikeringen exponentiellt övergår till den nya daggpunkttemperaturen.

För genomförande av det beskrivna förfarandet för automa- tisk nedsmutsningskompensering är det viktigt att på rik- tigt sätt välja hastigheten för den stegvisa reduceringen av sensortemperaturen.

Genom en fördelaktíg åtgärd uppnås att reduceringshastig- heten optimalt inställer sig av sig själv.

Såsom redan nämnts utnyttjades efter avslutandet av upp- värmningsfasen för Peltierelementet först maximal kylström ända tills för första gången en ökning av sensorkapacitan- sen CF faställdes.

Då sker en stegvis reducering av sensortemperaturen. Där- näst reduceras sensortemperaturen (genom sänkning av bör- värdet TS för temperaturregleringen) med l'C och sedan hàlles den på det nya temperaturvärdet ända till sensor- kapacitansen CF övergår i ett mättningstillstånd, vilket är karakteristiskt för en av nedsmutsning betingad ökning , o o . v senscrkapacitansen. Därpa sker ater en reducering av I N sensortemperaturen med l C osv. 10 15 20 25 30 35 469 494 31 På detta vis anpassas stegfrekvensen och därmed medelredu- ceringshastigheten av sig själv till de aktuellt rådande betingelserna så att den periodiska tidsändringen av CF- värdet felfritt identifieras såsom reaktion och kan utvär- deras.

Då sensorkapacitansen icke längre uppnår ett mättnings- tillstånd utan permanent ökar är detta ett tecken på att sensortemperaturen har underskridit daggpunkten. Därvid bestämmes från de sist uppnådda värdena av sensorkapací- tansen CF det nya börvärdet Cl.

Diagrammet i fig. ll visar ett förstorat avsnitt av tempe- raturkurvan i fig. 9, som tydligt visar den stegvisa redu- ceringen av sensortemperaturen och diagrammet B i fig. ll visar motsvarande periodiska tidsändringar av sensorkapa- citansen CF. I fig. ll visas även hur tidskonstanten Tzl nedsmutningscykeln. kan bestämmas från förloppet av temperaturkurvan vid De periodiska tidsändringarna av sensorkapacitansen CF kan alstras på andra sätt än genom en stegvis reducering av sensortemperaturen TF. Exempelvis kan sensortempera- turen TF omväxlande reduceras med 2'C och sedan åter ökas med l°C, så att den fallande temperaturkurvan över- lagras en temperatursvängning. Ökningen av sensorkapaci- tansen är därvid inom området ovanför daggpunkttemperatu- ren överlagrad motsvarande svängning, som ger den perio- diska tidsändringen.

Då kännaren icke har någon nedsmutsning uppkommer inga periodiska tidsändringar av CF, utan den första ökningen av sensorkapacitansen sker först vid daggpunkten och mot- svarar den permanenta ökningen utan mättningsfenomen. I detta fall sättes börvärdet Cl på ett värde som är ett bestämt belopp större än torrkapacitansen CO, exempelvis 10 15 20 469 494 32 Cl = CO + 0,2 pF.

Slutligen fastställes vid slutet av nedsmutsningskompensa- tionscykeln preliminära grovvärden för regleringsparamet- rarna Kí, K och Kd på grundval av de under cykeln observeradepkapacitans- och temperaturändringarna. Med dessa grova regleringsparametrar börjar sedan den normala regleringen av den fuktighetsberoende elektriska stor- heten, som dock i normalfallet fortfarande kommer att ut- föra svängningar, eftersom de funna regleringsparametrarna blott mycket grovt är anpassade till systemet. Med hjälp av förut beskrivna svängningsanalyser och självoptimering kommer emellertid systemet då att från grovvärdena för Kp, tanssvängningarna att bestämma de exakta regleringspara- Ki, Kd och parametrarna P2R, PZJ för kapaci- metrarna.

Den beskrivna nedsmutsningskompensationscykeln genomföres såsom nämnts vid varje i drifttagande av apparaten och eventuellt upprepas den med relativt långa tidsintervall.

Claims (16)

469 494 33 P A T E N T K R A V

1. l. Förfarande för mätning av vattenångdaggpunkten i gaser, vid vilket en för indikering av bildningen av daggdroppar pà en sensoryta använd fuktighetsberoende elektrisk stor- het genom reglering av temperaturen pá sensorytan hàlles på ett en stabil daggmassa tilldelat börvärde samt sensor- ytans temperatur mätes, k ä n n e t e c k n a t av att för inställning av börvärdet sensorytans temperatur sänkes från ett ovanför daggpunkttemperaturen liggande värde och sänkningen överlagras med en periodisk tidstemperatur- ändring, och att värdet på den fuktighetsberoende stor- heten som uppmäts vid växlingen från periodiska tids- ändringar till en monoton ändring av den fuktighetsberoen- de elektriska storheten användes som börvärde.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att sensorytans temperatur stegvis reduceras med ett bestämt belopp samt den periodiska tidsändringen av den fuktighetsberoende elektriska storheten övervakas ända till monoton ökning av denna storhet.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att de stegvisa ändringarna av sensorytans temperatur utlöses i beroende av ändringar av den fuktighetsberoende elektriska storheten.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a t av att sensorytan först upphettas till en ovanför daggpunkten för gasen liggande temperatur ända tills den fuktighetsberoende elektriska storheten antar ett konstant värde, att det konstanta värdet mätes såsom torrvärde, att sedan temperaturen för sensorytan stegvis sänkes samt att överlagringen av de periodiska tidstempe- 469 494 34 raturändringarna påbörjas, då den första ändringen av den fuktighetsberoende elektriska storheten fastställts.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n - n e t e c k n a t av att den fuktighetsberoende elektris- ka storheten är en kapacitans.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n - n e t e c k n a t av att regleringsparametrarna för reg- leringen av den fuktighetsberoende storheten fortlöpande korrigeras på grundval av en analys av svängningar av den fuktighetsberoende elektriska storheten eller sensortem- peraturen.

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att genom svängningsanalysen bestämmes svängningsamplitu- derna vid två på varandra följande svängningsmaxima och tidsavstånden mellan dessa svängningsmaxima.

8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att för identifiering av svängningsmaxima utvärderas för- tecknen för stigningen hos flera på varandra följande kurv- avsnitt av den fuktighetsberoende elektriska storhetens eller sensortemperaturens förlopp.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att den ett möjligt svängningsmaximum tillkännagivande för- teckenväxlingen mellan två kurvavsnitt lagras och att vid en omedelbart påföljande förnyad förteckenväxling lagringen göres átergáende, varemot vid uteblivande av en förnyad förteckenväxling svängningsmaximum bekräftas.

10. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av att för lagring av förteckenväxlingen en räknevariabel 469 494 I 35 ändras med ett bestämt belopp och att för bekräftelse av svängningsmaximum räknevariabeln ånyo ändras med samma belopp i samma riktning.

11. ll. Förfarande enligt något av krav 6-10, k ä n n e - t e c k n a t av att regleringen av den fuktighetsberoen- de elektriska storheten är PID-reglering.

12. Förfarande enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a t av att genom regleringen av den fuktighetsberoende elek- triska storheten såsom regleringsstorhet ett temperatur- börvärde alstras, och att temperaturbörvärdet användes såsom styrningsstorhet för en i kaskad efterkopplad tem- peraturregleringsanordning, vars regleringsstorhet är sensorytans temperatur.

13. Förfarande enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a t av att den i kaskad efterkopplade temperaturreglerings- anordningen är en regleringsanordning med fast inställda regleringsparametrar.

14. Anordning för genomförande av förfarandet enligt något av föregående krav med en daggpunktsensor, som har ett sensorytan uppvisande elektriskt sensorelement (12), vilket ger en av den fuktighetsberoende elektriska stor- heten beroende elektrisk signal, en temperaturen på sensor- ytan påverkande elektrisk uppvärmnings- och kylningsanord- ning (14) samt en elektrisk temperatursensor (16), som ger en av temperaturen hos sensorytan beroende elektrisk signal, samt med en till daggpunktsensorn ansluten regleringsanord- ning, vilken mottager den fuktighetsberoende elektriska signalen såsom regleringsstorhet och tillför en inställ- ningsstorhet till den elektriska uppvärmnings- och kyl- ningsanordningen, genom vilken den fuktighetsberoende elektriska signalen hâlles pâ ett börvärde, k ä n n e - t e c k n a d av att regleringsanordningen innehåller 469 494 36 en styrningsregleringsanordning och en följereglerings- anordning, som är anordnade i kaskad, att styrningsreg- leringsanordningen mottager den fuktighetsberoende elek- triska signalen såsom regleringsstorhet samt börvärdet för den fuktighetsberoende elektriska signalen såsom styr- ningsstorhet samt avgiver en temperaturbörvärdessignal, och att följeregleringsanordningen mottager den av styr- ningsregleringsanordningen levererade temperaturbörvärdes- signalen såsom styrningsstorhet samt den från temperatur- sensorn levererade temperaturberoende signalen såsom reg- leringsstorhet samt avger inställningsstorheten till den elektriska uppvärmnings- och kylningsanordningen.

15. Anordning enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a d av att styrningsregleringsanordningen är en PID-regleríngsan- ordning (35), vars regleringsparametrar korrigeras pà grund- val av svängningsanalysen, och att följeregleringsanord- ningen är en regleringsanordning med fast inställda regle- ringsparametrar.

16. Anordning enligt krav 14 eller 15, k ä n n e t e c k- n a d av att styrningsregleringsanordningen och följe- regleringsanordningen bildas av en mikrodator (30), som också genomför inställningen av börvärdet för den fuktig- hetsberoende elektriska storheten liksom svängningsanalysen och korrigeringen av regleringsparametrarna.