DD157979A3

DD157979A3 - TEMPERATURE COMPENSATED ELECTRIC HUMIDIFIER

Info

Publication number: DD157979A3
Application number: DD21995480A
Authority: DD
Inventors: Johannes Mueller
Original assignee: Johannes Mueller
Priority date: 1980-03-27
Filing date: 1980-03-27
Publication date: 1982-12-22
Also published as: DE3100057A1; HU185235B

Abstract

Elektrischer Feuchtegeber mit Temperaturkompensation. Anwendungsgebiet ist die Analysenmesstechnik. In dem erfindungsgemaessen elektrischen Feuchtegeber wird der Einfluss der Temperatur des Messobjektes auf den Feuchtemesswert fehlerfrei kompensiert, ohne ein Temperaturmesselement mit seinen bekannten Nachteilen einsetzen zu muessen. Das wird damit erreicht, dass ein oder mehrere dielektrische Feuchtemesselemente in die Kette eines Phasenschieberoszillators eingesetzt werden. Damit entsteht im Oszillator ein feuchteabhaengiges frequenzanaloges elektrisches Signal. Bei Temperaturaenderungen des Messobjektes veraendern sich dessen Blind- und Wirkwiderstand gleichsinnig. Diese gleichsinnige Wirkung der Temperatur auf diese beiden Widerstandsarten wird im Phasenschieberoszillator in eine gegensinnige Wirkung auf die Oszillatorfrequenz umgewandelt.Electric humidity transmitter with temperature compensation. Field of application is analytical metrology. In the electric humidity sensor according to the invention, the influence of the temperature of the measurement object on the moisture measurement value is compensated without errors, without having to use a temperature measuring element with its known disadvantages. This is accomplished by using one or more dielectric moisture sensing elements in the chain of a phase shifter oscillator. This creates a moisture-dependent frequency-analogue electrical signal in the oscillator. When the temperature of the measured object changes, its reactive and reactive resistance change in the same direction. This same-sense effect of the temperature on these two types of resistance is converted in the phase shifter oscillator in an opposite effect on the oscillator frequency.

Description

Titel der Erfindung Ti tel of the invention

Temperaturkompensierter elektrischer FeuohtegeberTemperature compensated electric fire alarm

Anwendungsgebiet der Erfindung Application de r e rfi invention

Die· Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Analysenmeßteohnik. Sie wird angewandt für die Messung der Feuchte von Luft· und anderen Gasen sowie von Feststoffen und Flüssigkeiten.The invention relates to the field of analysis measuring sonic. It is used for measuring the humidity of air and other gases as well as of solids and liquids.

Characteristic of the known technical solutions

Es sind Feuchtegeber bekannt, die ein der Feuchte des Meßobjektes entsprechendes elektrisches Signal abgeben. Da die Temperatur des Meßobjektes das elektrische Feuohtesignal grundsätzlich verfälscht, wird bei den bekannten Feuchtegebern dieser Einfluß der Temperatur des Meßobjektes dadurch herabgesetzt, daß zusätzlich zum Feuchtemeßelement in dessen Nähe ein Temperaturmeßelement angebracht wird, dessen elektrische Ausgangsgröße dem elektrischen Feuohtesignal in geeigneter Weise aufgeschaltet wird. Diese bekannten elektrischen Feuohtegeber haben den Naohteil, daß die Beseitigung des störenden Temperatureinflusses nioht fehlerfrei möglioh ist, da das erforderliohe Temperaturmeßelement eine fehlerfreie Bestimmung der für die Bildung des Feuohtesignals maßgebenden Temperatur nioht zulaßt, denn esHumidity sensors are known which emit an electrical signal corresponding to the humidity of the measurement object. Since the temperature of the measurement object fundamentally falsifies the electrical fire signal, in the case of the known humidity transmitters this influence of the temperature of the measurement object is reduced by providing a temperature measuring element in addition to the moisture measurement element whose electrical output is switched in an appropriate manner to the electrical fire signal. These known electric Feuohtegeber have the Naohteil that the elimination of the disturbing temperature influence nioht is faultless möglioh, since the erforderliohe temperature measuring nioht a fault-free determination of the authoritative for the formation of the fire temperature authoritative, because it allows

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befindet sich nicht am gleichen Ort, es hat eine gewisse Trägheit? es erwärmt sich durch den eigenen Meßstrom selbst und es altert im Laufe der Zeit.is not in the same place, it has a certain inertia? It warms up by its own measuring current itself and it ages over time.

Ziel der Erfindung Aim of the invention

In dem erfinduugsgemäßen elektrischen Feuchtegeber werden die vorgenannten Naohteile vermieden und die Beseitigung des störenden Temperatureinflusses gesohieht fehlerfrei, da auf ein zusätzliches Temperaturmeßelement verzichtet wird.In the electric humidifier according to the invention, the abovementioned NaOH parts are avoided and the elimination of the interfering temperature influence gesohieht error-free, as is dispensed with an additional temperature measuring.

Darlegung des Wesens der Erfindung · Relying the essence of the invention

Der erfindungsgemäße elektrische· Feuchtegeber besteht aus einem oder mehreren Feuohtemeßelementen, die als frequenzbestimmende Glieder in die Widerstanäs-Kapazitätskette eines Phasenschieberoszillators eingesetzt sind. Damit gibt der Geber ein feuchteabhängiges frequenzanaloges elektrisches Signal ab. Das Feuchtemeß-.element .ist für Gasfeuchtemessungen ein feuchteabhängiger elektrischer Widerstand, der als sehr dünne Schicht auf einen Trägerkörper aufgezogen ist. Diese dünne Widerstandsschicht korrespondiert mit dem Wasserdampf des angrenzenden Gases derart, daß sie bei ansteigender Feuchte des Gases Wasser aufnimmt und umgekehrt· Durch diesen Wasseraustausch'(Stoffaustausch) ändert sich die Konzentration der Ladungsträger in der Widerstandsschioht. Die.Ladungsträger sind bei den hier nur geringen Konzentratiohen sehr fest an die Feststoff* grenzfläohe der Widerstandsschioht gebunden» Es tritt Grenzflächenpolarisation auf. Daraus resultierendThe electrical humidity transmitter according to the invention consists of one or more fire-measuring elements, which are used as frequency-determining elements in the resistance-capacitance chain of a phase-shifting oscillator. The encoder thus emits a moisture-dependent frequency-analogue electrical signal. The humidity measurement element. Is a moisture-dependent electrical resistance for gas moisture measurements, which is mounted as a very thin layer on a carrier body. This thin resistance layer corresponds to the water vapor of the adjacent gas such that it absorbs water with increasing humidity of the gas and vice versa · Through this water exchange '(mass transfer), the concentration of the charge carriers in the Widerstandsschioht changes. The charge carriers are very firmly bound to the solid boundary surface of the resistance layer at the concentrations which are only slight here. »Interfacial polarization occurs. As a result

beeinflussen Feuchteänderungen des angrenzenden Gases ' vorwiegend den Blindwiderstand der Widerstandssohioht. Bei Temperaturänderungen findet zwisohen dem Gas und der Widerstandsschicht ein Wärmeaustausch (Energieaustausoh) statt. Davon wird ausschließlich die Beweglichkeit der Ladungsträger in der Widerstandsschioht beeinflußt. Temperaturänderungen verändern den Wirkwiderstand und den Blindwiderstand der Widerstandssohioht gleichsinnig. Beide Größen, Feuohte und Temperatur, wirken gleichzeitig auf ein und dasselbe Sensorelement, die Widerstandsschicht, ein. Im .PhasenschieberoszillatorMoisture changes of the adjacent gas predominantly influence the reactance of the resistance coil. When the temperature changes between the gas and the resistance layer takes place heat exchange (Energieiustausoh) zwisohen. Of these, only the mobility of the charge carriers in the Widerstandsschioht is affected. Temperature changes change the effective resistance and reactance of the Widerstandssohioht in the same direction. Both sizes, fire depth and temperature, act simultaneously on one and the same sensor element, the resistance layer. In the phase shifter oscillator

' mit Widerstand-Kapazitätskette wird die Eigenfrequenz duroh die Werte der Kettenglieder weitgehend bestimmt. Bildet die oben beschriebene Wide rstan-dsso hie ht, die gleichermaßen Feuohte- und Temperaturmeßelement ist, ein Glied der Kette des Phasenschieberoszillators, so beeinflussen der V/irkwiderstand und der Blindwiderstand der Widerstandsschicht die Oszillatorfrequenz gegensinnig. Die gleiohsinnige Wirkung der Temperatur auf die beiden Widerstandsarten wird im Phasenschieberoszillator in eine gegensinnige Wirkung auf die Ossiilatorfrequenz umgewandelt. Damit kompensiert sioh der Temperatureinfluß im Prinzipe Die vollständige Kompensation wird durch entsprechende Wahl des R-C-Verhältnisses in der Phasenschieberkette erzielt. Werden an Stelle der Feuohtemeßelemente Meßkondensatoren in die Kapazitäts-Widerstands-Kette des Phasensohieberosziilators eingesetzt, in deren · Feld Feststoffe oder Flüssigkeiten eingebracht werden oder· diese durchfließen können, so liefert der Geber ein von der Feuchte dieser Feststoffe bzw. vom Wassergehalt dieser Flüssigkeiten abhängiges frequenzanaloges elektrisches Signal, das ebenso wie bei der Gasfeuohte- messung von der Temperatur der Meßobjekte unbeeinflußt ist«With resistance-capacitance chain, the natural frequency is largely determined by the values of the chain links. Forming the Wide rstan-dsso hie ht described above, which is both Feuohte- and Temperaturmeßelement, a member of the chain of the phase-shift oscillator, the V / irkwiderstand and reactance of the resistive layer influence the oscillator frequency in opposite directions. The same effect of the temperature on the two types of resistance is converted in the phase shifter oscillator in an opposite effect on the Ossiilatorfrequenz. Thus, the temperature influence compensates in principle. The complete compensation is achieved by appropriate choice of the R-C ratio in the phase shifter chain. If measuring capacitors are inserted into the capacitance-resistance chain of the phase asynchronous oscillator in the field of solids or liquids or can flow through them, the sensor supplies a frequency-analogue dependent on the moisture of these solids or on the water content of these liquids electrical signal, which is unaffected by the temperature of the test objects, as in the case of gas-fired heating

Durch, entsprechende Wahl des C-R~Verhältnisses in der Phasensohieberkette wird die Temperaturkompensation an das jeweilige Meßobjekt optimal angepaßt*By appropriate selection of the C-R ratio in the phase-coherence chain, the temperature compensation is optimally adapted to the respective measurement object.

Ausführungsbeispielembodiment

Der erfindungsgemäße elektrische Feuchtegeber wird an Hand der nachstehenden Beispiele erläutert« Fig, 1: Stromlaufplan des Feuchtegebers für die Messung in Gasen·The electrical humidity transmitter according to the invention will be explained with reference to the following examples. FIG. 1: Circuit diagram of the humidity transmitter for measurement in gases.

Fig, 2.: Übertragungskennlinie des Feuchtegebers naoh Fig.1 Fig. 3: Stromlaufplan des Feuohtegebers für die MessungFig. 2: Transmission characteristic of the humidity sensor according to Fig. 1 Fig. 3: Circuit diagram of the fire detector for the measurement

in Feststoffen und Flüssigkeiten, Fige 4: Übertragungskennlinie des Feuchtegebers naoh Fig.3in solids and liquids, Figure 4: Transfer characteristic of the humidity sensor naoh Fig.3

mit Brikettierfein kohle im Kondensatorfeld, Fig, 5: Übertragungskennlinie des Feuchtegebers naoh Fig_e3 mit einer Wasser-Methanol-Misohung im Kondensatorfeld,Brikettierfein with coal in the capacitor array, Fig, 5: transmission characteristic of the humidity sensor NaOH FIG _e 3 with a water-methanol Misohung in the capacitor array,

In Fig. 1 ist in dem äußeren gestriohelten Kästchen die frequenzbestimmende dreigliedrige Phasenschieberkette Λ (B-C-Kette) eingezeichnet. Anstelle der Widerstandsglieder der Kette sind dielektrisohe Feuohtemeßelemente 2 eingesetzt, welche stark schematisiert aus Blind- und Wirkwiderständen zusammengesetzt dargestellt sind. Bei 3 wird die Betriebsgleichspannung zugeführt und bei 4 kann das feuchteabhängige frequenzanaloge elektrische Signal abgenommen werden. Die Übertragungskennlinie in Fig.2 zeigt den Zusammenhang zvvisohen dem Ausgangssignal (Ordinate) und der relativen Luftfeuchte (Abszisse) bei Verwendung von bekannten Feuohtemeßelementen. Die unterschiedlichen Zeiohen sind verschiedenen Temperaturwerten zugeordnet, Punkte bedeuten 20⁰C, Einge 40⁰C und Dreiecke 60⁰C, Der Feuchtegeber in Fig.3 weist gegenüber dem naoh Fig.1 folgende Abweichungen auf:In Fig. 1, the frequency determining three-phase phase shifter chain Λ (BC chain) is shown in the outer gestriohelten box. Instead of the resistance members of the chain dielectric SiO 2 measuring elements are used, which are shown in a highly schematic form of reactive and reactive resistances. At 3, the DC operating voltage is supplied and at 4, the moisture-dependent frequency-analog electrical signal can be removed. The transfer characteristic in Fig. 2 shows the relationship between the output signal (ordinate) and the relative humidity (abscissa) when using known fire-measuring elements. The different Zeiohen are assigned to different temperature values, mean points 20 ⁰ C, Preserved 40 ⁰ C and triangles 60 ⁰ C, the humidity timer in Figure 3 has the following deviations over the NaOH Fig.1:

Die Phasenschieberkette 1 ist viergliedrig. Das hat gegenüber der dreigliedrigen den Vorteil, das der Oszilla« tor bei geringerer Verstärkung anschwingt, was bei höheren Frequenzen vorteilhaft ist. Die Phasensohieberkette hat Längsv/iderstände und Querkapazitäten, womit höhere Frequenzen erzielt werden können als mit Längskapazitäten und Querwiderständen, Anstelle eines Kondensatorgliedes der Kette ist ein dielektrisoher Meßkondensator 5 eingesetzt, in dessen Feld Feststoffe oder Flüssigkeiten eingebracht werden oder dieses durchfließen können. Auch hier ist die dargestellte Zusammensetzung aus Blind- und Wirkwiderständen stark schematisiert. Die Übertragungskennlinie in Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwisohen dem Ausgangssignal (Ordinate) und dem Feuohteanteil (Abszisse) an Brikettierfeinkohle bei Verwendung eines bekannten Streufeldkondensators als Meßkondensator. Die Übertragungskennlinie in Fig, 5 zeigt den Zusammenhang zwisohen dem Ausgangssignal (Ordinate) und dem Mischungsverhältnis (Abszisse) einer Methanol-Wasser-Mischung bei Verwendung eines bekannten Durchflußkondensators als Meßkondensator·The phase shifter chain 1 is four-membered. This has the advantage over the tripartite ones that the oscillator resonates with less amplification, which is advantageous at higher frequencies. The phase coherence chain has longitudinal and idle capacitances, with which higher frequencies can be achieved than with longitudinal capacitances and transverse resistances. Instead of a capacitor element of the chain, a dielectric measuring capacitor 5 is used, in the field of which solids or liquids can be introduced or flowed through. Again, the illustrated composition of reactive and reactive resistances is highly schematic. The transfer characteristic in Fig. 4 shows the relationship between the output signal (ordinate) and the Feuohteanteil (abscissa) of Brikettierfeinkohle when using a known stray field capacitor as a measuring capacitor. The transfer characteristic in Fig. 5 shows the relationship between the output signal (ordinate) and the mixing ratio (abscissa) of a methanol-water mixture using a known flow capacitor as a measuring capacitor.

Claims

• · ·. , -6-

Erfindungsanspruoh

Temperature compensated electric fire engine _? consisting of dielectric measuring elements and eiaera Phaseasohieberos with Phaseasohieberkette, characterized in that one or more dielectric Meßelemeote (2) or (5) instead of one or more elements of the Phasensohieberkette (1) are used.

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