DE19932549B4

DE19932549B4 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der relativen Feuchte

Info

Publication number: DE19932549B4
Application number: DE1999132549
Authority: DE
Inventors: Dirk Heinze; Torsten Brokmann; Michael Moehwald
Original assignee: Brokmann Torsten Dr-Ing
Current assignee: Brokmann Torsten Dr-Ing
Priority date: 1999-07-13
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: DE19932549A1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen die Störung der Grenzschichtströmung weitgehend vermieden wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß zwei in einem determinierten Abstand DELTAx zueinander angeordnete miniaturisierte Sensoren (S1, S2) zur Bestimmung der relativen Feuchte an das Meßobjekt (5) herangeführt werden, wobei beide Sensoren (S1, S2) mit ihren sensitiven Flächen parallel zur Oberfläche des Meßobjektes (5) positioniert sind, wobei der erste Sensor (S1) einen Abstand x¶1¶ und der zweite Sensor (S2) den Abstand x¶2¶ = x¶1¶ + DELTAx, zur Oberfläche eines Meßobjektes (5) einnimmt und mit dem ersten Sensor (S1) die relative Feuchte U(x¶1¶) und mit dem zweiten Sensor (S2) die relative Feuchte U(x¶2¶) gemessen werden und danach der Feuchtegradient DELTAU/DELTAx = {U(x¶1¶) - U(x¶2¶/DELTAx gebildet wird und die relative Feuchte in einem Abstand x0 < x1 von der Oberfläche mit der Beziehung U(x¶0¶) = U(x¶1¶) + DELTAU/DELTAx È (x¶1¶ - x¶0¶) errechnet wird und daß zwei minituarisierte Sensoren zur Messung der relativen Feuchte (S¶1¶, S¶2¶) mit einem festen Abstand DELTAx in einem gemeinsamen Sondengehäuse so angeordnet sind, daß die Sensoren durch eine Gehäusetrennwand (1) thermodynamisch voneinander getrennt sind und daß in einem Teil des Sondengehäuses Öffnungen (2) zur Belüftung des Sensors (S2) angebracht sind. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der relativen Feuchte an beliebigen Punkten innerhalb einer thermodynamischen Grenzschicht an der Oberfläche eines Meßobjektes.
Sie ist insbesondere zur Bestimmung der relativen Feuchte in der thermodynamischen Grenzschicht eines Festkörpers, insbesondere eines Baukörpers oder Bauteils geeignet.

In DE 34 09 453 A1 wird zur Bestimmung der relativen Luftfeuchte vor einer Wand vorgeschlagen, eine Meßkammer hermetisch dicht an die Wandoberfläche anzulegen, aus der das eingeschlossene Luftvolumen über ein in einer Ringleitung befindliches Gebläse durch ein kombiniertes Temperatur-/Feuchtemeßgerät zurück in die Meßkammer geleitet wird. Die vom Meßgerät angezeigten Werte der Temperatur und der relativen Feuchte sollen der Bestimmung des Wassergehaltes im Baustoff dienen.

Nachteile dieser Anordnung sind die durch das relativ großvolumige Gehäuse empfindlich gestörte Grenzschichtströmung, die infolge des Gebläses in das Meßvolumen eingetragene Joulsche Wärme, die zu einer Verfälschung der gemessenen relativen Feuchte führt, sowie der relativ hohe apparative Aufwand der Meßanordnung.

Nach DE 44 02 320 C2 ist ein Feuchtemeßgerät bekannt, bei dem die Luft in einer mit Öffnungen versehenen, ein Haar- oder Folienhygrometer enthaltenden Meßkammer an die Temperatur der Wandoberfläche mittels eines an die Wand angelegten und tief in die Meßkammer ragenden Kühlkörpers angeglichen wird und somit die relative Feuchte der Luft am Bauteil bei der Bauteiltemperatur bestimmt werden kann. Nachteilig sind dabei die durch das relativ großvolumige Gehäuse empfindlich gestörte Grenzschichtstömung sowie die durch den im Kühlkörper notwendigerweise vorhandenen Temperaturgradienten, durch die Wärmeabgabe der Gehäusewandung an die Luft in der Meßkammer und durch die Vermischung von Meßkammer- und Außenluft bedingte positive Abweichung der Lufttemperatur in der Meßkammer von der Wandtemperatur.

DE 196 34 338 C2 beschreibt eine Anordnung zur Warnung vor Feuchteschäden, die aus einem Sensor zur Ermittlung der relativen Luftfeuchte, einem zweiten Sensor zur Messung der Lufttemperatur und einem dritten Sensor zur Messung der Oberflächentemperatur der Wand besteht. Die Sensoren sind in einem Gehäuse, das in einer Ausführungsform mit einem Handgriff versehen ist, so fixiert, daß im Gebrauch der Anordnung der Oberflächentemperatursensor an der Wand anliegen und der Lufttemperatur- und -feuchtesensor an der der Wand abgewandten Seite des Gehäuses arbeiten können. Die von den Sensoren gelieferten Werte werden nach einer dort angegebenen Beziehung miteinander verrechnet und so verarbeitet, daß Schaltsignale gewonnen werden können.

Nachteile dieser Erfindung sind die durch das relativ großvolumige Gehäuse empfindlich gestörte Grenzschichtströmung sowie die Gefahr einer Meßwertverfälschung durch die Handfeuchte und -temperatur des Anwenders.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen die Störung der Grenzschichtströmung weitgehend vermieden wird.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 3.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Hierzu zählen insbesondere, daß:

– die relative Feuchte an beliebigen Punkten innerhalb der thermodynamischen Grenzschicht gemessen werden kann,
– wegen der Miniaturisierung der erfindungsgemäßen Sonde die Grenzschichtströmung nur minimal gestört wird,
– wegen des gegen Null gehenden Energieumsatzes der erfindungsgemäßen Meßanordnung kein Meßfehler erzeugender Wärmeeintrag in die Grenzschicht erfolgt und daß wegen der erfindungsgemäßen Anordnung der Feuchtesensoren in der Sonde keine die Meßwerte verfälschenden Mischklimata auftreten können.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 eine Ausführungsform für eine Sonde zur Ermittlung der relativen Feuchte in der thermodynamischen Grenzschicht vor einer Oberfläche,
2 ein Diagramm mit Meßergebnissen, die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ermittelt und
3 eine Ausführungsform für eine Sonde zur Ermittlung der Dicke Δ der ungestörten thermodynamischen Grenzschicht.
Die 1 erläutert die Anwendung der erfindungsgemäßen Grenzschichtfeuchtesonde an einem Baukörper.
Bei der dargestellten Grenzschichtfeuchtesonde sind die beiden Feuchtesensoren S1 und S2 beidseitig einer Trennwand 1 im Abstand Δx angeordnet. Ober- und unterhalb des Sensors S2 sind jeweils Lüftungsöffnungen 2 im Sondengehäuse 3 angebracht. Die von den Sensoren abgegebenen elektrischen Signale werden über das Sondensignalkabel 4 zu einer hier nicht dargestellten Auswerteeinheit geleitet.
Dabei ist gewährleistet, daß die beiden Sensoren S1 und S2 mit vorzugsweise elektrischen Ausgangssignalen zur Ermittlung der relativen Feuchte in einem gemeinsamen Sondengehäuse in genau definiertem festen Abstand Δx thermodynamisch getrennt voneinander angeordnet sind. Die Anordnung kann so an dem zu überwachenden Meßobjekt 5 angebracht werden, daß ein erster Sensor S1 in einem vom Anwender wählbaren geringen Abstand x vor dem Meßobjekt und ein zweiter Sensor S2 im Abstand x + Δx vor dem Meßobjekt positioniert ist. Das Sondengehäuse ermöglicht den Enthalpieaustausch beider Sensoren mit dem das Gehäuse umgebenden gasförmigen Medium. Die von den Sensoren S1 und S2 gelieferten Signale werden in einer elektronischen Meßwerterfassungseinheit unter Einbeziehung der geometrischen Verhältnisse der Sensoranordnung so umgeformt, daß die Bestimmung der Grenzschichtfeuchte an jedem beliebigen Punkt in der thermodynamischen Grenzschicht auf einer orthogonalen Achse zum Meßobjekt möglich ist.
Zur Bestimmung der Grenzschichtfeuchte werden die beiden in einem determinierten Abstand Δx zueinander angeordnete miniaturisierte Sensoren S1 und S2 an die Oberfläche des Meßobjektes 5 herangeführt. Die beiden Sensoren S1 und S2 sind dabei mit ihren sensitiven Flächen parallel zur Oberfläche des Meßobjektes 5 ausgerichtet. Während der Messung sind der erste Sensor S1 in einem Abstand x₁ und der zweite Sensor S2 im Abstand x₂ = x₁ + Δx, zur Oberfläche eines Meßobjektes 5 positioniert. Mit dem ersten Sensor S1 wird die relative Feuchte U(x₁) und mit dem zweiten Sensor S2 die relative Feuchte U(x₂) gemessen. Aus diesen Meßergebnissen wird der Feuchtegradient ΔU/Δx = {U(x₁) – U(x₂)}/Δx gebildet, aus dem die relative Feuchte in einem beliebigen Abstand x₀ < x₁ von der Oberfläche mit der Beziehung U(x₀) = U(x₁) + ΔU/Δx·(x₁ – x₀) errechnet werden kann.
Die 2 zeigt die Ergebnisse von Messungen, die mit einer erfindungsgemäßen Meßanordnung an einer durchfeuchteten Gipskartonplatte, nach dem beschriebenen Meßwertverarbeitungsverfahren ausgewertet wurden.
In 3 ist eine Meßanordnung dargestellt, die einen zusätzlichen dritten Feuchtesensor S3 enthält. Mit dieser Anordnung wird es möglich, die Dicke Δ der ungestörten thermodynamischen Grenzschicht an der Oberfläche des Meßobjektes 5 zu bestimmen. Der dritte Sensor S3 ist im Abstand x₃ von der Oberfläche des Meßobjektes 5 angeordnet, welcher größer als x₁ + Δx ist. Mit dem Sensor S3 wird zusätzlich die relative Feuchte U(x₃) gemessen.
Zur Bestimmung der Dicke Δ der ungestörten thermodynamischen Grenzschicht wird in Ergänzung zu dem an 1 erläuterten Meßvorgang die relative Feuchte an der Oberfläche (U_(x=0)) durch die Beziehung (U(x=0)) = U(x1) + ΔU/Δx·(x1)errechnet. Daraus kann die Dicke Δ der ungestörten thermodynamischen Grenzschicht mit Hilfe der Beziehung Δ = x1·[U(x3) – U(x = 0)]/[U(x1) – U(x = 0)]ermittelt werden.

S1, S2, S3: Feuchtesensoren
1: Trennwand
2: Lüftungsöffnungen im Sondengehäuse
3: Sondengehäuse
4: Sondensignalkabel
5: Meßobjekt

Claims

Verfahren zur Bestimmung der relativen Feuchte in beliebigen Punkten einer thermodynamischen Grenzschicht an der Oberfläche eines Meßobjektes (5), dadurch gekennzeichnet, daß – zwei in einem determinierten Abstand Δx zueinander angeordnete miniaturisierte Sensoren (S1, S2) zur Bestimmung der relativen Feuchte an das Meßobjekt (5) herangeführt werden, wobei beide Sensoren (S1, S2) mit ihren sensitiven Flächen parallel zur Oberfläche des Meßobjektes (5) positioniert sind, wobei der erste Sensor (S1) einen Abstand x₁ und der zweite Sensor (S2) den Abstand x₂ = x₁ + Δx, zur Oberfläche eines Meßobjektes (5) einnimmt, – mit dem ersten Sensor (S1) die relative Feuchte U(x₁) im Abstand x₁ und mit dem zweiten Sensor (S2) die relative Feuchte U(x₂) im Abstand x₂ gemessen werden, – danach der Feuchtegradient ΔU/Δx = {U(x₁) – U(x₂)}/Δx gebildet wird, – die relative Feuchte in einem Abstand x0 < x1 von der Oberfläche mit der Beziehung U(x₀) = U(x₁) + ΔU/Δx·(x₁ – x₀) errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Dicke Δ der ungestörten thermodynamischen Grenzschicht an der Oberfläche eines Meßobjektes (5) – mit einem dritten Sensor (S3) im Abstand x₃, welcher größer als x₁ + Δx ist, zusätzlich die relative Feuchte U(x₃) gemessen wird, – die relative Feuchte an der Oberfläche (U_(x=0)) durch die Beziehung (U(x=0)) = U(x1) + ΔU/Δx·(x1)errechnet wird – und danach die Dicke Δ der ungestörten thermodynamischen Grenzschicht durch die Beziehung Δ = x1·[U(x3) – U(x = 0)]/[U(x1) – U(x = 0)]errechnet wird.
Anordnung zur Bestimmung der relativen Feuchte in beliebigen Punkten einer thermodynamischen Grenzschicht an der Oberfläche eines Meßobjektes (5), dadurch gekennzeichnet, daß zwei miniaturisierte Sensoren zur Messung der relativen Feuchte (S1, S2) mit einem festen Abstand Δx zueinander in einem gemeinsamen Sondengehäuse so angeordnet sind, daß die Sensoren durch eine Gehäusetrennwand (1) thermodynamisch voneinander getrennt sind und daß in einem Teil des Sondengehäuses Öffnungen (2) zur Belüftung des zum Meßobjekt ferneren Sensors S2 angebracht sind.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorderseite der Vorrichtung Distanzstifte zur Sicherung eines determinierten Abstandes x₁ des Sensors S1 von der Oberfläche des Meßobjektes (5) angebracht sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Sondengehäuse eine Signalverarbeitungelektronik zur Kompensation des Einflusses großer Kabellängen angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Sondengehäuse eine Meßwerterfassungs- und -verarbeitungseinheit zur Berechnung der relativen Feuchte in der Grenzschicht am Ort x₀ angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Sondengehäuse ein dritter relativer Feuchtesensor (S3) befindet, der mit einem Abstand x₃ von der Bauteiloberfläche angeordnet ist, wobei der Abstand x₃ größer als die Abstände x₁ oder Δx ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Anordnung vor dem Meßobjekt und eine Anordnung hinter dem Meßobjekt angeordnet ist.