DE1778379A1

DE1778379A1 - Arrangement for regulating the temperature and the relative humidity of gases

Info

Publication number: DE1778379A1
Application number: DE19681778379
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl-Ing Behrendt; Dietrich Dipl-Ing Moeller
Original assignee: TELTOV GERAETE REGLER
Current assignee: TELTOV GERAETE REGLER
Priority date: 1968-04-25
Filing date: 1968-04-25
Publication date: 1971-07-29

Description

Die Erfindung betrifft die Regelung der Temperatur und der relativen Feuchtigkeit von Gasen, so daß die Entwicklung eines einfaghen, universellen Klimareglers möglich wird und erweiterte Anwendungsmöglichkeiten von bereits installierten Klimaanlagen mit Taupunktfühler bestehen.The invention relates to the regulation of the temperature and the relative Humidity of gases, so that the development of a simple, universal climate controller becomes possible and expanded application possibilities of already installed air conditioning systems with a dew point sensor.

In der Peuchtemeßtechnik von Gasen sind im wesentlichen folgende Verfahren bekannt: Sättigungs- oder Taupunktve.rfahren, hygroskopische Verfahren, psychrometrische Verfahren und Absorptionsverfahren. Für die selbsttätige Regelung sind aber nur die beiden erstgenannten, Verfahren von Bedeutung, da es stetig messende Feuchtefühler mit elektrischem Ausgangssignal nach diesen Prinzipien gibt. Wegen der starken funktionellen Abhängigkeit der relativen Gasfeuchtigkeit von der Gastemperatur muß bei einer Konstantfeuchteregelung der Temperatureinfluß berücksichtigt werden. Das geschieht bei den bekannten Gerätesystemen auf folgende Weise: 1. Anstelle der relativen Feuchtigkeit wird die unterhalb des Sättigungszustandes temperaturunabhängige absolute Feuchtigkeit gemessen und geregelt. Daneben besteht ein Temperaturregelkreis. Mittels eines Diagramma-ist die zu einer relativen Sollfeuchte und Solltemperatur gehörige Taupunkttemperatur bestimmbar und wird von Hand eingestellt. _,. ...The following methods are essentially used in the technology of measuring gases known: saturation or dew point methods, hygroscopic methods, psychrometric methods Process and absorption process. For the automatic regulation, however, are only the first two mentioned, procedures of importance, since there are constantly measuring humidity probes with an electrical output signal based on these principles. Because of the strong functional Dependence of the relative gas humidity on the gas temperature must be used for constant humidity control the influence of temperature must be taken into account. That happens with the known device systems in the following way: 1. Instead of relative humidity becomes the temperature-independent absolute humidity below the saturation state measured and regulated. There is also a temperature control circuit. By means of a diagram a-ist the dew point temperature associated with a relative setpoint humidity and setpoint temperature determinable and is set by hand. _ ,. ...

2. Der Meßfühler für die absolute Feuchtigkeit erhält durch eine spezielle Brückenschaltung eine Temperaturkompensation.2. The sensor for the absolute humidity is given by a special Bridge circuit a temperature compensation.

3. Der geßfühler für die relative Feuchtigkeit (elektrolytisches Hygrometer) erhält durch eine spezielle Brückenschaltung eine Temperaturkompensation, Nur Haarhygrometer sind in bestimmten Temperaturbereichen temperaturunabhängige Die Nachteile der genannten MeB- und Regelverfahren für die relative Feuchtigkeit bestehen in folgendems a) Eine Sollwertänderung entweder der Temperatur- oder . der absoluten Feuchtigkeit des unter 1) genannten Verfahrens bedingt eine Änderung der relativen Feuchte. Diese kann nur konstant bleiben, wenn eine, gegenläufige Verschiebung des Sollwertes der nicht verstellten Größe erfolgt. Eine selbsttätige Regelung der relativen Feuchte ist nur für e i n e n durch Zuordnen von Hand einstellbaren Wert möglich. b) Die Verwendung der unter 2)* genannten temperaturkompensierten Feuchtefühler in temperaturgeregelten Räumen ist regelungstechnisch ungünstig, da eine Temperaturstörung sowohl den Temperatur- als auch den Feuchteregelkreis zum Ansprechen bringt. Die Zeit bis Wiedereintreten eines stationären Zustandes kann damit sehr verlängert werden bzw. können durch die Kopplung Stabilitätsschwierigkeiten entstehen, c) Die Herstellung der unter 2) genannten temperaturkon pensierten Feuchtefühler erfordert einen erhöhten Produktions- und Abgleichaufwand. Für die Temperaturkompensation ist zusätzlich ein Temperaturmeßfühler erforderlich.3. The relative humidity sensor (electrolytic hygrometer) receives a temperature compensation through a special bridge circuit, hair hygrometer only are temperature-independent in certain temperature ranges. The disadvantages of the above Measurement and control methods for the relative humidity consist of the following a) A setpoint change in either the temperature or. the absolute humidity The process mentioned under 1) causes a change in the relative humidity. These can only remain constant if there is an opposite shift in the setpoint of the not adjusted size takes place. An automatic control of the relative humidity is only possible for a value that can be set manually by assigning it. b) The use of the temperature-compensated humidity sensors mentioned under 2) * in temperature-controlled rooms is technically unfavorable because of a temperature disturbance makes both the temperature and the humidity control loop respond. the The time until a steady state reoccurs can thus be greatly increased stability difficulties may arise due to the coupling, c) The Requires production of the temperature-compensated humidity sensor mentioned under 2) an increased production and adjustment effort. For temperature compensation a temperature sensor is also required.

d) Für die unter 3) genannte elektrolytischen Hygrometer sind jeweils ein zweiter Fühler für die relative Feuchtigkeit zur Temperaturkompensation nötig, oder der Einsatz ist nur in temperaturgeregelten Räumen möglich, e) Ein elektrolytischer Feuchtefühler nach Punkt 3 ist nur in einem eng begrenzten Bereich relativer Feuchte anwendbar. Eine Erweiterung auf einen großen Bereich wird erst durch Zusammenschaltung und zugehörigen Ab- gleich mehrerer Einzelfühler möglich, f) Haarhygrometer nach 3) haben keine Langzeitkonstanz ihrer mechanischen und meßtechnischen Eigenschaften, weshalb ein hoher Abgleich- und Wartungsaufwand erforderlich wird.d) The electrolytic hygrometer mentioned under 3) requires a second sensor for the relative humidity for temperature compensation, or it can only be used in temperature-controlled rooms, e) An electrolytic humidity sensor according to point 3 is only available in a narrowly limited range of relative humidity applicable. An extension to a large area becomes possible only through interconnection and associated waste equal to several individual sensors, f) after 3 Haarhygrometer) do not have long-term constancy of its mechanical and metrological characteristics, which is why a high adjustment and maintenance is required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Größen Temperatur und relative Feuchtigkeit von Gasen so zu entkoppeln, daB eine getrennte und unabhängige Sollwertvorgabe für jede der beiden Größen in einer Regelschaltung unter Verwendung einfacher, wartungsarmer Taupunktfühler für die Feuchtigkeit erfolgen kann, wobei die statischen und dynamischen Kennwerte der geschlossenen Regelkreise nicht verschlechtert werden sollen.The invention is based on the object of determining the parameters temperature and to decouple relative humidity of gases so that a separate and independent Setpoint specification for each of the two variables in a control circuit using simple, low-maintenance dew point sensors for the moisture can, with the static and dynamic characteristic values of the closed control loops should not be worsened.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Temperaturregler und ein Feuchteregler mit Taupunktfühler entsprechend dem physikalischen Zusammenhang zwischen-der Temperatur -#, der relativen Feuchtigkeit und der Taupunkttemperatur rUeines Gases gekoppelt werden, wodurch der Temperatursollwert und der Sollwert für die relative Feuchtigkeit unabhängig voneinander und in einem beliebigen Sollwertbereich einstellbar sind.The object is achieved according to the invention in that a temperature controller and a humidity controller with a dew point sensor according to the physical relationship between - the temperature - #, the relative humidity and the dew point temperature rU of a gas, whereby the temperature setpoint and the setpoint for the relative humidity can be set independently of one another and in any desired setpoint range.

Dieser Zusammenhang ist in Figur 1 dargestellt. Im Bereich von = 100% bis _ 30% ändert sich der Anstieg ._;B (@) der genannten Funktion von 1 bis 1,18 nichtlinear mit #,f. In einem bestimmten - Sollwertbereichhf und J- Sollwertbereichtl-,kann daher mit bestimmter Genauigkeit B durch eine Konstante B0 mit einem Zahlenwert zwischen 1 und 1,18 ersetzt werden, so daß sich dann gemäß der Formel eine Schar paralleler Geraden, deren Abstand durch A (@ ) festgelegt-ist, ergibt. In Fig. 1 sind diese Geraden gestrichelt gezeichnet. Dadurch wird erreicht, daß zu jeder Solltemperaturänderung bei konstantem, aber beliebig wählbarem Wert für die relative Feuchtigkeit ein fester Wert der Änderung der absoluten Feuchtigkeit gehört. Es muß nur erreicht werden, daß zwischen der Temperatur-und der Feuchtesollwerteinstellung zweier Regler eine Kopplung entsprechend dem Anstieg B, hergestellt wird. Die Kopplung zwischen dem Temperaturregler und dem Feuchteregler wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, daß der eingestellte Sollwert jedes Reglers durch eine der gewünschten Solltemperaturänderung proportionale Größe (z.B. Spannung, Druck) additiv so verändert wird, daß die Temperatursollwertänderung zur Taupunktsollwertänderung stets im Verhältnis _ steht. Umgekehrt beeinflußt eine gewünschte Taupunktsollwertänderung die eingestellte Solltemperatur nicht. Am Temperaturregler wird ein fester Grundsollwert tIo vorgegeben, am Feuchteregler ein Wert Z'0 gewählt. Dem entspricht aber ein bestimmter Wert @o der relativen Feuchtigkeit, weshalb die Sollwertskala in f geeicht werden kann, da durch die additive Sollwertverschiebung@ zur Äderung des Temperatursollwertes.stets der Sollwert der Taupunkttemperatur auf solche Weise mit beeinflußt wird, daßf konstant bleibt. Der systematische Fehler, der durch die Festlegung einer konstanten mittleren Steigung B0 entsteht, ist qualitativ und quantitativ aus Figur 1 ablesbar. Für klimatechnische Anwendungen mit relativ kleinend i# - und 11 @ - Bereichen ist dieser systematische Fehler von untergeordneter Bedeutung und 1:11e Ln gegenüber den zufälligen Meß- und Gerätefehlern. ist der erforderliche '@Le@ri@:atur- und Relati.ve-Feuchte- o? r¢rtäaderungsbereich =_ _ :°@.t,f@, daß der- systematische itehler eI.ne vorg;ebenb über- t i;t, ruß dis. tat- £_@=@S@Zicie:;3i@>@:1..<y: B @'°' a.<s@@:-.tt B in das G, cd 1 Ö:, #7 Ü , reglers mit dem Feuchteregler der sich mit dem gewählten Sollwert der relativen Feuchtigkeit ändernde Anstieg der Funktion 19 = f (U) berücksichtigt wird, in dem das Verhältnis _ linear mit der Einstellung des Sollwertes für die Taupunkttemperatur Co verändert wird. Eine lineare Veränderung von B mit Co ist deshalb gerechtfertigt, weil sich B (99) annähernd linear mit Co (@) ändert.This relationship is shown in FIG. In the range from = 100% to _ 30%, the increase ._; B (@) of the mentioned function changes from 1 to 1.18 non-linear with #, f. In a certain - setpoint range hf and J- setpoint range, B can therefore be replaced with a certain accuracy by a constant B0 with a numerical value between 1 and 1.18, so that according to the formula a family of parallel straight lines whose distance is given by A ( @) is fixed, results. In Fig. 1, these straight lines are shown in dashed lines. It is thereby achieved that a fixed value of the change in absolute humidity belongs to every change in setpoint temperature with a constant but freely selectable value for the relative humidity. It only has to be achieved that a coupling corresponding to the rise B is established between the temperature and the humidity setpoint setting of two controllers. The coupling between the temperature controller and the humidity controller is implemented according to the invention in that the setpoint value of each controller is changed additively by a variable proportional to the desired change in setpoint temperature (e.g. voltage, pressure) so that the change in temperature setpoint to the change in the dew point setpoint is always in the ratio of _ stands. Conversely, a desired change in the dew point setpoint does not affect the setpoint temperature. A fixed basic setpoint tIo is specified on the temperature controller and a value Z'0 is selected on the humidity controller. However, this corresponds to a certain value @o of the relative humidity, which is why the setpoint scale can be calibrated in f, because the additive setpoint shift @ to change the temperature setpoint always influences the setpoint of the dew point temperature in such a way that f remains constant. The systematic error that arises from the establishment of a constant mean slope B0 can be read qualitatively and quantitatively from FIG. For air conditioning applications with relatively small i # and 11 @ ranges, this systematic error is of secondary importance and 1: 11e Ln compared to the random measurement and device errors. is the required '@ Le @ ri @: atur- und Relati.ve-Feuchte- O? r ¢ rtäaderungsbereich = _ _: ° @ .t, f @ that the systematic itehler eI.ne pre; just over- ti; t, soot dis. did- £ _ @ = @ S @ Zicie:; 3i @> @: 1 .. <y: B @ '°' a. <S @@: -. Tt B in that G, cd 1 Ö :, # 7 Ü , controller with the humidity controller, the increase in function 19 = f (U), which changes with the selected setpoint value of the relative humidity, is taken into account, in which the ratio _ is changed linearly with the setting of the setpoint for the dew point temperature Co. A linear change of B with Co is justified because B (99) changes approximately linearly with Co (@).

Die Ausnutzung des erfindungsgemäß beschriebenen Prinzips der Entkopplung von Temperatur und. relativer Feuchtigkeit eines Gases ermöglicht die Entwicklung eines universellen Zweifachreglers für die praktisch interessierenden Größen Temperatur und relative Feuchtigkeit. Gegenüber dem dargestellten Stand der Technik ergeben sich der Reihenfolge nach folgende Verbesserungen: - Am Regler wird direkt die relative Feuchte eingestellt. Eine mittelbare Einstellung mit Hilfe eines Umrechnungsdiagramms entfällt.The utilization of the principle of the decoupling of temperature and described according to the invention. relative humidity of a gas enables the development of a universal two-way controller for the quantities of practical interest temperature and relative humidity. Compared to the prior art described, the order to provide the following improvements: - At the controller, the relative humidity is directly set. An indirect setting with the help of a conversion diagram is not required.

- Es wird ein Temperaturfühler zur Temperaturkompensation des Taupunktfühlers eingespart, - Bei vorübergehenden Regelabweichungen der Temperatur spricht der Taupunktfühler nicht an, so daß der Feuchteregier nicht eingreift; der Regelvorgang der zwei Regelkreise ist dadurch stabiler und der Feuchteregelkreis .wird weniger beansprucht.- It saves a temperature sensor for temperature compensation of the dew point sensor, - For transient deviations of the temperature of the dew point sensor does not respond so that the Feuchteregier does not interfere; the control process of the two control loops is more stable and the humidity control loop is less stressed.

- Die Feuchtigkeit kann mit einem bewährten, genauen und wartungsarmen Taupunktfühler gemessen werden. _ - Der Taupunktfühler hat bei-Verwendung eines Platin-Widerstandsthermometers zur Taupunkttemperaturmessung einen geringen Innenwiderstand, was sehr günstig für die Dimensionierung des Reglers bezüglich der Störbeeinflussung ist.- The moisture can with a proven, accurate and low maintenance Dew point sensors can be measured. _ - The dew point sensor has when in use a platinum resistance thermometer for measuring the dew point temperature Internal resistance, which is very favorable for the dimensioning of the controller the interference is.

- Mit einem Feuchtefühler. kann ein sehr großer Meßbereich der relativen Feuchte erfaßt werden. Eine Beschränkung besteht nur bezüglich der Einsatzgrenzen des Taupunktfühlers.- With a humidity sensor. can have a very large measuring range of the relative Moisture can be detected. There is only one restriction with regard to the application limits of the dew point sensor.

Voraussetzung für die Anwendung des erfindungsgemäß dargestellten Prinzips bei konventionellen Reglern ist, daß diese eine additive Sollwertverschiebungsmöglichkeit besitzen. Des weiteren muß die Kennlinie des verwendeten Taupunktfühlers im Bereich der möglichen Gastemperaturen temperaturunabhängig und linear sein, was z.B. auf Zithium-Chlorid-Fühler für klimatechnische Anwendungen zutrifft.Prerequisite for the application of the presented according to the invention The principle behind conventional controllers is that they have an additive setpoint shift option own. In addition, the characteristic curve of the dew point sensor used must be in the range of the possible gas temperatures be temperature-independent and linear, which is e.g. Zithium chloride sensor for air conditioning applications applies.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel aus der Klimatechnik näher erläutert werden.The invention is to be based on an embodiment from the Air conditioning technology are explained in more detail.

Es zeigen: Fig: 1: grafisch" den Zusammenhang zwischen der Temperatur i# , der relativen Feuchtigkeit` und der Taupunkttemperatur l , Fig. 2: das Regelschema des Ausführungsbeispiels, Fig. 3: eine Variante dieses Ausführungsbeispiels. Die zu klimatisierende Luft durchströmt einen Lufterhitzer 1 und einen Befeuchter 2, wobei die Reihenfolge der Aggregate beliebig j.st. 3 ist der Temperaturregler. Der Relative-Feuchteregler, 8 ist seiner Funktion nach ein Taupunkttemperaturregler. Die zugehörigen Meßfühler '7; ?p messen die Luft- bzw. Taupunkttemperatur. Mit Einsteller 4 wird direkt am Temperaturregler ein Temperaturgrundsollwert @o eingestellt, der zweckmäßig in der Mitte des gewünschten Sollwertänderungsbereiches d -# liegt. Dieser Wert wird einmal fest vorgegeben und dann nicht mehr verändert. Die Sollwertvorgabe y für die relative Feuchtigkeit f o erfolgt direkt am Feuchteregler durch Einstellen eines Wertes Vol wobei ro unter Berücksichtigung von t#o in f geeicht ist. Zur Änderung des Temperaturgrundsollwertes z# o wird mit Einsteller 5 eine der Änderung proportionale Spannung auf den 19 -Regler 3 geschaltet.They show: Fig. 1: graphically "the relationship between the temperature i # , the relative humidity" and the dew point temperature l , Fig. 2: the control scheme of the exemplary embodiment, Fig. 3: a variant of this exemplary embodiment. The air to be conditioned flows through you Air heater 1 and a humidifier 2, the order of the units is arbitrary. 3. The temperature controller is the relative humidity controller, 8 is a dew point temperature controller according to its function . With adjuster 4, a basic temperature setpoint @o is set directly on the temperature controller, which is conveniently in the middle of the desired setpoint change range d - #. This value is fixed once and then not changed. The setpoint y for the relative humidity fo takes place directly on Humidity controller by setting a value Vol where ro is calibrated taking into account t # o in f. To change de s basic temperature setpoint z # o, a voltage proportional to the change is switched to controller 3 with adjuster 5.

Der Einsteller 5 dient folglich zur Temperatursollwertvorgabe, wobei gleichzeitig über Bauglied 6 eine Verschiebung A,'r des Taupunktsollwertes so erfolgt, daß #P konstant bleibt. Sollte eine Verstellung der Befeuchtung den Temperaturistwert ändern, so wird dieser mit dem Temperaturregler wieder auf den Sollwert zurückgeführt. Isotherme Befeuchtung ist also keine Bedingung. Gerätetechnisch wird die Anordnung besonders einfach, wenn 19 und T mit Widerstandsthermometern gemessen werden. Das Bauglied 6 realisiert die Konstante Bog wobei in dieser noch der Übertragungsfaktor der Widerstandsthermometer mit eingeht.The adjuster 5 consequently serves to preset the temperature setpoint, and at the same time a shift A, 'r of the dew point setpoint takes place via component 6 so that #P remains constant. If an adjustment of the humidification changes the actual temperature value, this is returned to the setpoint value with the temperature controller. Isothermal humidification is therefore not a requirement. In terms of equipment, the arrangement is particularly simple if 19 and T are measured with resistance thermometers. The component 6 realizes the constant Bog, in which the transfer factor is also used the resistance thermometer is included.

Die Fig. 3 zeigt das Regelschema eines Au®fÜhrungsbeispiels, wenn eine hohe Genauigkeit der Regelung der relativen Feuchtigkeit bei großen Sollwertbereichen verlangt wird. Gegenüber der Figur 2 bewirkt hier eine Sollwertverstellung y der relativen Feuchtigkeit über das Bauglied 11 eine mit To lineare Änderung der "Konstanten" B0 (z.B. eines Widerstandes).Fig. 3 shows the control scheme of an execution example, if a high accuracy of the regulation of the relative humidity with large target value ranges demands will. Compared to FIG. 2, this results in a setpoint adjustment y of the relative humidity over the component 11 is a linear change with To "Constants" B0 (e.g. of a resistor).

Claims

Claims: (D regulation of the temperature and the relative humidity of gases, characterized in that a temperature controller (3) and a humidity controller (8) with dew point sensor (10) according to the physical relationship + B between the temperature l # , the relative humidity and the Dew point temperature 'T of a gas can be coupled, whereby the temperature setpoint (5) and the setpoint for the relative humidity (9) can be set independently of one another and in any desired setpoint range,

2. Regulation of the temperature and the relative humidity of gases according to claim 1, characterized in that the set target value of the temperature controller (3; 4) and that of the humidity controller (8; 9) by one of the desired temperature change (5) proportional size (z . $. Voltage) can be shifted additively in such a way that the change in the temperature setpoint is always in relation to the change in the dew point setpoint stands,

3. Regulation of the temperature and the reactive humidity of gases according to claim 1 and 2, characterized in that when the temperature controller (3) is coupled to the humidity controller (8), the increase in the function &# - which changes with the selected setpoint value of the relative humidity - f (T) is taken into account, in which the ratio of the additive setpoint shift of the temperature setpoint to that of the dew point setpoint is changed linearly with the setting of the setpoint for the dew point temperature 'ro (9). For this purpose 2 sheets of drawings