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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Bestimmung einer relativen Feuchte in einer zuvor räumlich definierten Umgebung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Bestimmung der relativen Feuchte einer zuvor räumlich definierten Umgebung mit einem Sensorsystem gemäß dem Patentanspruch 10
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Stand der Technik
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Bei heutigen Sensorsystemen zur Bestimmung der Feuchte wird in der Regel die relative Feuchte in der unmittelbaren Umgebung eines Sensorelementes gemessen. Dabei erweist es sich als nachteilig, dass bei einer hohen relativen Feuchte die Messgenauigkeit abnimmt. Ferner kann es am Sensor zur einer Betauung kommen, wenn es am Einbauort des Sensors kälter ist als in der zu messenden Umgebung. Durch die Betauung mit Wasser wird zum einerseits das Messsignal gestört, so dass die tatsächliche relative Feuchte im Frachtraum nicht ermittelbar ist und andererseits erfährt der Feuchtesensor eine erhöhte Korrosionsbelastung. Dies kann zu einer Schädigung des Sensors mit der Folge einer Funktionseinschränkung oder einem vollständigen Funktionsausfall des Sensors führen. Ferner erweist es sich als problematisch, dass sich sowohl die Temperatur an der zu messenden Umgebung (Ta) von der unmittelbar am Sensor angrenzenden Temperatur (TSens) und damit auch die relative Feuchte der Umgebung (RFa) von der relativen Feuchte am Sensorelement (RFSens) unterscheidet. Die gemessene relative Feuchte entspricht somit nicht der relativen Feuchte, die am Ort des Frachtgutes vorherrscht.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher die oben genannten Nachteile zu verbessern und ein Verfahren sowie ein Sensorsystem zur Bestimmung der relativen Feuchte einer zuvor räumlich definierten Umgebung zu offenbaren, die eine stabile Feuchtemessung insbesondere über eine lange Zeit hinweg ermöglichen, wobei das Sensorsystem kostengünstig, platzsparend und einfach aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Sensorsystem zur Bestimmung einer relativen Feuchte in einer zuvor räumlich definierten Umgebung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Bestimmung der relativen Feuchte einer zuvor räumlich definierten Umgebung mit einem Sensorsystem gemäß dem Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Varianten und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüche zu entnehmen.
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Ein derartiges Sensorsystem umfasst wenigstens ein erstes Sensorelement zur Bestimmung der relativen Feuchte unmittelbar am ersten Sensorelement und ein Heizelement zur Regulierung der Sensortemperatur. Wenn das Sensorsystem beispielsweise an einem Einbauort verbaut ist, der durch Störeinflüsse verglichen mit der Umgebungstemperatur einer zuvor räumlich definierten Umgebung unterhalb der Taupunkttemperatur liegt, so wäre es durch auftretende Betauung nicht möglich die relative Feuchte des Umgebungsklima zu ermitteln. Durch das integrierte Heizelement kann eine Taupunktunterschreitung der Sensortemperatur vermieden und die Temperatur des Sensorsystems wenigstens auf die Umgebungstemperatur einer zuvor räumlich definierten Umgebung angehoben werden, wodurch das Betauungsproblem weitestgehend verhindert und damit eine mögliche korrosionsbedingte Schädigung des Sensorsystems vermieden werden kann. Ferner wird durch das Heizelement die relative Feuchte in einen Bereich abgesenkt, in dem das Sensorsystem seine höchste Messgenauigkeit hat, so dass eine Bestimmung der relativen Feuchte erfolgen kann.
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Um wechselnde Umgebungstemperaturen berücksichtigen zu können, ist es von Vorteil, wenn das Sensorsystem wenigstens ein zweites Sensorelement zur Bestimmung der Sensortemperatur aufweist. Die Temperatur an der Oberfläche des ersten Sensorelementes muss geringfügig höher sein als die Umgebungstemperatur des ersten Sensorelementes. In einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste Sensorelement, das zweite Sensorelement und das Heizelement in einem ein Gehäuse angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Sensorsystem ferner wenigstens ein externes drittes Sensorelement zur Bestimmung der Umgebungstemperatur an der zuvor räumlich definierten Umgebung umfasst. Vorteilhafterweise wird die Sensortemperatur durch das Heizelement zumindest an die Umgebungstemperatur der zuvor räumlich definierten Umgebung angepasst.
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Bevorzugterweise ist das Heizelement als bifilar gewickelte Leiterbahn, als Heizfläche und/oder mäanderförmig ausgebildet und/oder im Wesentlichen mittig innerhalb des Sensorsystems angeordnet. Dabei ist es besonders kostengünstig und von Vorteil, wenn das Heizelement in einem einzigen Fertigungsprozess direkt in das Sensorsystem eingebracht wird. Bevorzugterweise kann das Heizelement mit Wechselstrom oder mit Gleichstrom gespeist werde, wobei die Auswahl der konkreten Stromversorgung jeweils vom Anwendungsfall abhängt.
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Vorteilhafterweise kann eine der beiden Elektroden (Grundelektrode, Deckelektrode) des ersten oder des zweiten Sensorelementes derart ausgebildet sein, dass es als Heizung verwendbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Heizelement durch eine Regelung regelbar ist, so dass sich die Heizleistung in Anhängigkeit von den Umgebungsbedingungen regeln lässt. Da der Taupunkt von der Umgebungstemperatur abhängt, ist es günstig, bei wechselnden Umgebungstemperaturen die Heizleistung zu regeln bzw. anzupassen, damit immer gerade so viel Leistung benötigt wird, um die Betauung zu verhindern, wobei die Regelung beispielsweise mittels Konstantstrom erfolgen könnte.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Sensorsystem ein Steuerung, die dazu ausgelegt ist, die relative Feuchte der zuvor räumlich definierten Umgebung gemäß dem genannten erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen. Dabei ist es von Vorteil, dass sowohl die Ansteuerung für die Heizung als auch die Auswertung der Messsignale an verschiedenen Orten platziert werden können. Vorteilhaft ist die Integration der Elektronik zumindest teilweise oder vollständig im Gehäuse des Sensorsystems oder außerhalb des Gehäuses beispielsweise auf der Rückseite des Sensorsystems vorzusehen. Dabei kann sich die Abwärme der Steuerung von Vorteil erweisen, so dass die Heizleistung des Heizelementes eventuell reduziert werden kann.
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Vorteilhafterweise kommt ein erfindungsgemäßes Sensorsystem insbesondere in einem Klimamesssystem in oder an einen Transportcontainer und/oder einer Wetterstation zur Anwendung.
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Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahrens zur Bestimmung der relativen Feuchte einer zuvor räumlich definierten Umgebung gelöst, wobei in einem ersten Schritt mit einem ersten Sensorelement die relative Feuchte unmittelbar am ersten Sensorelement und in einem Schritt mit einem zweiten Sensorelement eine Sensortemperatur gemessen wird. In einem dritten Schritt wird mit einem dritten Sensorelement die Umgebungstemperatur der zuvor räumlich definierten Umgebung gemessen. und. Anschließend wird die Sensortemperatur durch ein Heizelement an die Umgebungstemperatur angepasst, so dass eine Betauung ausgeschlossen werden kann und das Sensorsystem in einem Messbereich mit hoher Messgenauigkeit arbeitet. Des Weiteren wird der Wasserdampfdruck am ersten Sensorelement auf Basis der Sensortemperatur und der relativen Feuchte am ersten Sensorelement bestimmt, so dass anhand der Sensortemperatur und des Wasserdampfdruckes am ersten Sensorelement die relative Feuchte der zuvor räumlich definierten Umgebung ermittelt werden kann.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches in der Figur dargestellt ist. Dabei ist zu beachten, dass die dargestellten Merkmale nur einen beschreibenden Charakter haben und auch in Kombination mit Merkmalen anderer oben beschriebener Weiterentwicklungen verwendet werden können und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
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Zeichnungen
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Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, wobei für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Die Zeichnungen sind schematisch und zeigen:
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1 in einer seitliche Darstellung den Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensorsystems; und
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2 beispielhaft ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die 1 zeigt eine schematische Ausführungsform eines Sensorsystems 100 zur Bestimmung einer relativen Feuchte in einer zuvor räumlich definierten Umgebung RFa wie beispielsweise in einem Klimamesssystem, in oder an einem Transportcontainer und/oder einer in einer Wetterstation. Das Sensorsystem 100 weist ein Gehäuse 102 auf, welches an einer Oberfläche 500 beispielsweise einer Containerwand befestigt ist. In dem Gehäuse 102 ist ein erstes Sensorelement 110 zur Bestimmung der relativen Feuchte innerhalb des Gehäuses 102 unmittelbar am ersten Sensorelement 110, RFsens, ein zweites Sensorelement 120 zur Bestimmung der Sensortemperatur TSens innerhalb des Gehäuses 102 am zweiten Sensorelement 120 und ein Heizelement 200 zur Regulierung der Sensortemperatur Tsens innerhalb des Gehäuses 102 angeordnet.
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Wenn das Sensorsystem 100 beispielsweise in einem Schiffs- oder Zugcontainer verbaut ist, besteht bei feuchteempfindlichen Gütern ein Interesse das Umgebungsklima während des Transportes aufzuzeichnen. Um das Umgebungsklima in einem Transportcontainer aufzuzeichnen, wird das Sensorsystem 100 nahe der Außenwand 500 verbaut, da im freien Innenvolumen keine Befestigungsmöglichkeit bestehen. Die Außenwände 500 sind jedoch die Bereiche, die durch Änderungen des Außenklimas am stärksten beeinflusst werden und verglichen mit der Umgebungstemperatur im Inneren unterhalb der Taupunkttemperatur liegen, so dass das erste Sensorelement 110 des Sensorsystems 100 besonders Betauungsgefährdet ist. Bei einer auftretenden Betauung wäre es nicht möglich, die relative Feuchte des Umgebungsklima RFa im inneren des Transportcontainers zu ermitteln. Durch das integrierte Heizelement 200 kann eine Taupunktunterschreitung der Sensortemperatur TSens vermieden und die Temperatur des Sensorsystems 100 innerhalb des Gehäuses 102 bzw. in der unmittelbaren Umgebung des ersten Sensorelementes 110 reguliert werden.
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Ferner umfasst das Sensorsystem 100 ein externes drittes Sensorelement 130 zur Bestimmung der Umgebungstemperatur Ta in der zuvor räumlich definierten Umgebung, so dass die Temperatur innerhalb des Gehäuses 102 bzw. in der unmittelbaren Umgebung des ersten Sensorelementes 110, TSens zumindest auf die ermittelte Umgebungstemperatur der zuvor räumlich definierten Umgebung Ta angehoben werden kann. Auf diese Weise wird das beschriebene Betauungsproblem verhindert und damit eine mögliche korrosionsbedingte Schädigung des Sensorsystems 100 vermieden. Ferner wird durch das Heizelement 200 die relative Feuchte am ersten Sensorelemente 110, RFSens in einen Bereich abgesenkt, in dem das erste Sensorelement 110 eine sehr hohe Messgenauigkeit hat, so dass eine sehr genaue Bestimmung der relativen Feuchte am ersten Sensorelemente 110, RFSens erfolgen kann. Dabei ist es möglich, dass das Heizelement 200 als bifilar gewickelte Leiterbahn, als Heizfläche und/oder mäanderförmig ausgebildet und/oder im Wesentlichen mittig innerhalb des ersten Sensorelements 110 angeordnet ist (nicht im Detail dargestellt).
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Das Sensorsystem 100 umfasst ferner eine Steuerung 300, die dazu ausgelegt ist, die Bestimmung der relativen Feuchte der zuvor räumlich definierten Umgebung RFa gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen, welches in einem Blockschaltbild in 2 detaillierter dargestellt ist. Dabei wird mit dem ersten Sensorelement 110 die relative Feuchte RFsens unmittelbar am ersten Sensorelement 110 gemessen. Diese ist niedriger ist als die relative Feuchte in der zuvor räumlich definierten Umgebung RFa. Mit der relativen Feuchte RFsens und der mit dem zweiten Sensorelement 120 gemessenen Sensortemperatur Tsens kann der lokale Wasserdampfdruck Pw_sens berechnet werden. Da sich Druckdifferenzen ausgleichen, entspricht der Wasserdampfdruck des Sensors Pw_sens dem Wasserdampfdruck der zuvor räumlich definierten Umgebung Pw_a. Auf Basis des errechneten Wasserdampfdrucks Pw = Pw_sens = Pw_a und der mit dem dritten Sensorelement 130 ermittelten Umgebungstemperatur Ta kann nun die relative Feuchte des Umgebungsklimas RFa bestimmt werden.
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Obwohl die Erfindung durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele im Detail näher erläutert wurde, können vom Fachmann auch andere Kombinationen der genannten Merkmale vorgesehen sein, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
