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Rolf Strand, Västergardsvägen 46, 141 42 HUDDINGE, Schweden, und Termic
Instrument AB, Prästvägen 56, 141 42 HUDDINGE, Schweden.
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Feuchtigkeitsindikator Die Erfindung betrifft einen Feuchtigkeitsindikator
zur eindeutigen Indikierung des normalen Feuchtigkeitszustandes zwischen zwei Elektroden,
die mittels je eines Leiters an einen den Spannungsunterschied der Elektroden fühlenden
Detektor angeschlossen sind.
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Es ist in vielen Fällen erwünscht, das Vorhandensein oder die Abwesenheit
von Feuchtigkeit indikieren zu können, beispielsweise als Anzeige eines zu hohen
oder zu niedrigen Was sein standes in einem Behälter oder zur Kontrolle des Feuchtigkeitsgehalts
in Gebäuden. Früher hat man hierzu u.a. zwei getrennt am Kontrollpunkt angebrachte
Elektroden benutzt, die über zwei Leiter über eine Reihenschaltung einer Stromquelle
und eines' Relais angeschlossen sind. Ist zwischen den Elektroden Feuchtigkeit vorhanden,wird
der Stromkreis überdies geschlossen, und das Relais spricht an.
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Dieser bekannte Feuchtigkeitsindikator ist einfach, hat jedoch ernste
Nachteile, da keiner der vom Relais indikierten Zustände eindeutig ist. Spricht
das Relais nicht an, so kann dies darauf zurückzuführen sein, dass zwischen den
Elektroden keine Feuchtigkeit vorhanden ist, oder dass in einem der Leiter eine
Unterbrechung vorliegt. Falls das RelaIs dagegen angesprochen hat, so kann dies
seinen Grund darin haben, dass zwischen den Elektroden Feuchtigkeit vorhanden ist,
oder dass zwischen den Elektroden oder den Leitern ein Kurzschluss vorliegt.
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Die hierdurch unsichere Auswertung des Zustandes des Relais kann zu
Fehlern führen, die in gewissen Fällen ausserordentlich teuer sein können.
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Die Erfindung bezweckt o; n Feuchtigkeitsindikator
zu
schaffen, bei dem die genannten Nachteile dadurch beseitigt sind, dass zumindest
eine Unterbrechung an einem der Leiter in besonderer Weise indikiert wird.
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Zu diesem Zweck zeichnet sich der erfindungsgemässe Feuchtigkeitsindikator
dadurch aus, dass der Detektor einen Differentialverstärker mit zwei an die Leiter
angeschlossenen Eingängen umfasst, von denen der ersten eine Gleichstromquelle über
eine zumindest wechselstrommässig hohe Impedanz angeschlossen ist, während der zweite
wechselstrommässig zur Erde kurzgeschlossen ist, wodurch dem ersten Eingang des
Differentialverstärkers zumindest bei Unterbrechung in einem der Leiter eine durch
Antennenwirkung induzierte Wechsel spannung aufgedrückt wird, die nach Verstärkung
im Differentialverstärker einem Glied zur Indikierung der Unterbrechung aufgedrückt
wird.
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Falls normalerweise keine Feuchtigkeit zwischen den Elektroden vorhanden
sein soll, und somit beim Auftreten von Feuchtigkeit gewarnt werden soll, so muss
zum Ausschliessen von Deutungsfehlern zumindest die Anzeige der Abwesenheit von
Feuchtigkeit eindeutig sein. Bei einer Ausführungsform des oben genannten Feuchtigkeitsindikators
gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass über die Leiter nahe den Elektroden
ein Kondensator angeschlossen ist, so dass bei Abwesenheit von Feuchtigkeit zwischen
den Elektroden das Ausgangssignal des Differentialverstärkers eine Gleichspannung
eines ersten Pegels ist, während bei Vorhandensein von Feuchtigkeit zwischen den
Elektroden oder bei Kurzschluss zwischen diesen oder zwischen den Leitern das Ausgangs
signal eine Gleichspannung eines vom ersten Pegel abweichenden Pegels ist.
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Falls dagegen normalerweise Feuchtigkeit zwischen den Elektroden
vorhandensein soll, und also bei Abwesenheit von Feuchtigkeit gewarnt werden soll,
so muss in Analogie mit dem erstgenannten Fall die Anzeige der Anwesenheit von Feuchtigkeit
eindeutig sein. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird dies dadurch
erreicht, dass die Elektroden aus verschiedenartigen Werkstoffen unterschiedlichen
Potentials in der elektrolytischen Spannungsreihe besten und an den Differentialverstärker
mit einer solchen Polarität angeschlossen sind, dass bei Vorhandensein von Feucht
keit zwischen den Elektroden das
Ausgangs signal des Verstärkers
eine Gleichspannung eines ersten Pegels ist, während bei Kurzschluss zwischen den
Elektroden oder den Leitern das Ausgangssignal eine Gleichspannung eines anderen
Pegels ist, und bei Abwesenheit von Feuchtigkeit das Ausgangssignal die genannte
Wechselspannung ist.
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Die Erfindung ist nun anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Schalthild einer ersten, und Fig 2 ein Schaltbild
einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Die in Fig. 1 veranschaulichte Ausführungsform der Erfindung besteht
aus zwei Elektroden El und E2, die mittels zweier elektrischer Leiter L1 und L2
an zwei Eingänge 11 und I2 eines Differentialverstärkers F angeschlossen sind. Der
Differentialverstärker erhält Betriebsspannung durch zwei Speiseeingänge M1 und
M2 über zwei an eine nicht gezeigte Stromquelle angeschlossene Anschlüsse Al und
A2 von einer in Fig. 1 gezeigten Polarität. Zwischen den Anschlüssen Al und A2 ist
ein aus zwei reihengeschalteten Widerständen R1 und R2 hoher Resistanz gebildeter
Spannungsteiler eingeschaltet. Der negative Eingang I1 des Differentialverstärkers
F ist an die Verbindung zwischen den Widerständen R1 und R2 angeschlossen, während
der positive Eingang I2 des Verstärkers F mittels eines Kondensators C1 geerdet
ist.
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Ein weiterer Kondensator C2 ist zwischen den Leitungen L1 und L2 neben
den Elektroden El und E2 angeschlossen. Letztere können bei dieser Ausführungsform
aus demselben Werkstoff bestehen, beispielsweise einem Metall, oder aus verschiedenen
Werkstoffen unterschiedlichen Potentials in der elektrolytischen Spannungsreihe,
beispielsweise Kupfer und Eisen.
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Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform ist mit Fig. 1 identisch,
nur ist der Kondensator C2 fortgelassen. Bei dieser Ausführungsform bestehen die
Elektroden El und E2 rerner aus verschiedenen Werkstoffen unterschiedlichen Potentials
in der elektrolytischen Spannungsreihe.
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Der Feuchtigkeitsindikator gemäss Fig. 1 ist in erster Linie für
denjenigen Fall bestimmt, wo normalerweise keine Feuchtigkeit zwischen den Elektroden
El und E2 vorhanden ist, und
die Abwesenheit von Feuchtigkeit ein
Alarmsignal auslösen soll.
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Dieser Indikator arbeitet wie folgt.
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Wenn zwischen den Elektroden El und E2 keine Feuchtigkeit vorhanden
ist, sind die Eingänge I1 und I2 des Differentialverstärkers F wechseistrommässig
vom Kondensator C2 kurzgeschlossen. Der negative Eingang I1 hat ferner ein höheresPotential
gleichstrommässig als der positive Eingang I2, weshalb die Ausgangsspannung am Ausgang
U des Verstärkers F eine Gleichspannung von niedrigem Pegel ist.
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Ist zwischen den Elektroden El und E2 Feuchtigkeit vohanden, oder
bei Kurzschluss zwischen diesen Elektroden oder den Leitern L1 und L2, werden die
Eingänge I1 und I2 des Verstärkers F sowohl wechselstrommässig als auch gleichstrommässig
kurzgeschlossen, weshalb die Ausgangsspannung am Ausgang U eine Gleichspannung eines
zweckmässigerweise mittleren Pegels ist (z.B.
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die halbe Speisespannung), welcher vom Spannungsteiler R1, R2 bestimmt
wird.
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Bei Unterbrechung in einem der Leiter L1, L2 wird schliesslich derpositive
Eingang I1 wechselstrommässig zur Erde kurzgeschlossen verbleiben, während der zwischen
der Unterbrechung und dem negativen Eingang I1 liegende Teil des Leiters L1 und
ggf. L2 als eine Antenne wirken werden, in der stets anwesende, hochfrequente, elektrische
Felder Wechselspannungen induzieren, die dem Verstärker F aufgedrückt werden. Das
Ausgangssignal des Verstärkers wird dann eine Wechselspannung eines gewählten, mittleren
Pegels (beispielsweise die halbe Speisespannung).
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Indem die Elektroden El und E2 aus verschiedenartigen Werkstoffen
unterschiedlichen Potentials in der elektrolytischen Spannungsreihe gemäss den in
Fig. 1 in Klammern gesetzten Vorzeichen gewählt werden, kann auch das Vorhandensein
von Feuchtigkeit zwischen den Elektroden von einem Kurzschluss zwischen den Elektroden
oder den Leitern L1 und L2 unterschieden werden. Ist zwischen den Elektroden El
und E2 Feuchtigkeit vorhanden, so werden nämlich bei dieser Ausführungsform die
Elektroden ein galvanisches Element bilden und dem Eingang I2 ein höheres Potential
als dem Eingang I1 aufdrücken, weshalb das Ausgangssignal am Ausgang U eine Gleichspannung
von hohem Pegel wird.
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Jeder der vier Zustände, d.h. Vorhandensein von Feuchtigkeit, Abwesenheit
von Feuchtigkeit, Kurzschluss und Unterbrechung, sind hierdurch eindeutig bestimmbar.
Dies kann mit Hilfe von auf der Zeichnung nicht gezeigten Kreisen, beispielsweise
Relais und Gleichrichtern, erfolgen, welche imstande sind, zwischen den verschiedenen
Stromarten und Pegeln zu unterscheiden.
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Der in Fig. 2 gezeigte Feuchtigkeitsindikator ist für denjenigen
Fall bestimmt, wo normalerweise zwischen den Elektroden El und E2 Feuchtigkeit vorhanden
ist, wobei die Elektroden ein galvanisches Element bilden und dem Eingang I2 ein
niedrigeres Potential als dem Eingang I1 aufdrücken. Das Ausgangssignal am Ausgang
U wird dann eine Gleichspannung von niedrigem Pegel. Bei Kurzschluss zwischen den
Elektroden El und E2 oder zwischen den Leitern wird das Ausgangssignal des Differentialverstärkers
F eine Gleichspannung mittleren Pegels, wie bei der Ausführungsform gemäss Fig.
1, während bei Abwesenheit von Feuchtigkeit wischen den Elektroden El und E2 oder
bei Unterbrechung in einem oder Leiter L1 und L2 das Ausgangssignal eine Wechselspannung
mittleren Pegels wird.
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Die beiden beschriebenen Ausführungsfcrmen der Erfindung ermöglichen
somit eine eindeutige Anzeige des normalen-Zustandes der Elektroden, d.h. Abwesenheit
bzw. Vorhandensein von Feuchtigkeit.
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Abänderungen der beschriebenen Ausführungsformen im Rahmen der vom
Hauptanspruch definierten Erfindung sind natürlich möglich. Eine vorteilhafte Ausführungsform
der Elektroden El und E2, die auf der Zeichnung schematisch als Platten gezeigt
sind, sind beispielsweise zwei leitende Drähte, die getrennt auf einem doppelthaftenden
Klebestreifen anyebracht und mit einer den Zwischenraum zwischen den Drähten überbrückenden
Schicht eines Werkstoffes bedeckt sind, welcher absorbierend oder adsorbierend ist
und/oder bei Feuchtigkeitszutritt einen Elektrolyten bildet.
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Schliesslich sei erwähnt, dass der erfindungsgemässe Feuchtigkeitsindikator
auch dann eine Anzeige gibt, wenn das elektrische Leitungsvermögen einer der Leiter
Ll, L2 oder der Elektroden El., E2 infolge Korrosion, Oxydierung od.dgl. stark verschlechtert
ist.
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Eine in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform der Erfindung gibt bei langen
Leitungslängen sicherere Funktion. Der Indikator gemäss Fig. 1 ist hier durch einen
zwischen den Anschlüssen Al und A2 eingeschalteten und aus zwei reihengeschalteten
Widerständen R3 und R4 hoher Resistenz gebildeten, zweiten Spannungsteiler ergänzt,
wobei der Leiter L1 an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R3 und R4
angeschlossen- ist. Ferner ist zwischen dem Eingang I1 und dem Verbindungspunkt
zwischen den Widerständen Rl- ünd R2 ein Widerstand R5 eingeschaltet. Schliesslich
ist ein Kondensator C3 geringerer Kapazitanz als der Kondensator C1 zwischen dem
Eingang I1 und der Erde eingeschaltet. Der Widerstand R5 und der Kondensator C3
bilden zusaitien einen Dämpfungskreis. Der Kondensator C3 kann auch zwischen den
Eingängen 11 und I2 des Verstärkers F eingeschaltet sein, wie aus Fig.4 ersichtlich.
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Bei normalem Zustand, d.h. bei Abwesenheit von Feuchtigkeit zwischen
den Elektroden El und E2 und bei Abwesenheit sowohl einer Unterbrechung in wie eines
Kurzschlusses zwischen den Leitern L1 und L2 oder den Elektroden El und E2, wird
das Ausgangssignal am Ausgang U des Verstärkers F eine Gleichspannung, deren Pegel
vom Spannungsteiler R1, R2 bestimmt ist. Die in den Leitungen L1 und L2 und im Detektor
durch Antennenwirkung aufgenommenen Wechsel spannungen werden über die Kondensatoren
C1 und C2 zur Erde kurzgeschlossen. Die geringe Wechselsnannung, die ygf. über den
Eingängen I1 und I2 des Verstärkers F liegt, wird vom Dämpfungskreis 5, C3 gedämpft.
Durch zweckdienliche Bemessung oder Einstellung der Widerstände Rl und R2 wird dem
negativen Eingang I1 des Verstärkers F eine Spannung aufgedrückt, die dem Ausgangssignal
am Ausgang U des Verstärkers F im normalen Zustand einen niedrigen Pegel gibt.
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Tritt in einem der Leiter L1 und L2 oder einer der Elektroden Ei
und E2 eine Unterbrechung auf, so hört das Kurzschliessen des negativen Einganges
II des Verstärkers F zur Erde auf. Dies bedeutet, dass die durch Antennenwirkung
induzierte Wechselspannung so gross wird, dass sie trotz des Dämpfungskrises R5,
C3 imstande ist, die Gleichspannung vom mittleren Abgreifpunkt des Spannungsteilers
R1 und R2, d.h. dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R1 und R2, zu überwinden,
weshalb das Ausgangssignal am Ausgang U des Verstärkers F eine Wechselspannung wird.
Im praktischen Betrieb wird diese Wechselspannung eine Rechteckwelle, die in einen
gleichspannungsmässig
mittleren Pegel in einem in Fig. 3 nicht
gezeigten Kreis umgewandelt werden kann.
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Im Falle eines Kurzschlusses zwischen den Leitern L1 und L2 oder
den Elektroden El und E2 wird dem positiven Eingang I2 des Verstärkers F eine vom
Spannungsteiler R3, R4 bestimmte Gleichspannung aufgedrückt. Durch zweckdienliche
Bemessung oder Einstellung der Widerstände R3 und R4 wird dem positiven Eingang
I2 des Verstärkers eine Spannung aufgedrückt, die dem Ausgangssignal am positiven
Eingang I2 des Verstärkers eine Spannung verleiht, die dem Ausgangs signal am Ausgang
U des Verstärkers F einen hohen Pegel gibt. Die Spannungsteiler R1, R2 und R3, R4
können selbstverständlich auch derart bemessen oder eingestellt werden, dass das
Ausgangs signal im normalen Zustand einen hohen Pegel und bei Kurzschluss einen
niedrigen Pegel hat.
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Ist zwischen den Elektroden El und E2 Feuchtigkeit vorhanden, so
wird ein Ausgangssignal erhalten! das im wesentlichen mit dem bei Kurzschluss erhaltenen
Signal übereinstimmt.
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Wie in der Ausführungsform gemäss Fig. 1, können die Elektroden Es
und E2 in der Ausführungsform gemäss Fig. 3 aus verschiedenartigen Werkstoffen unterschiedlichen
Potentials in' der elektrolytischen Spannungsreihe bestehen, wobei der Pegel des
Ausgangssignals bei Vorhandensein von Feuchtigkeit auch davon abhängig wird, ob
die Elektrode des höchsten Potentials an den Letzter L1 oder an den Leiter L2 angeschlossen
ist.
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Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform der Erfindung beseitigt einen
der Leiter L1 und L2 und gibtausserdemeine sehr sichere Funktion bei grosser Leitungslänge.
In diesem Falle sind der mittlere Abgreifpunkt des Spannungsteilers R1 und R2 und
die Elektrode El geerdet, so dass der Leiter L1 in Fig. 1 durch die Erdverbindung
ersetzt ist. Ferner ist der Dämpfungskreis R5, C3 zwischen dem mittler-en Abgreifpunkt
des Spannungsteilers Rl, R2 und den Eingängen I1 und I2 des Verstärkers F eingeschaltet.
Das Ausgangssignal am Ausgang U des Verstärkers F wird im normalen Zustand, bei
Unterbrechung und Kurzschluss, oder bei Vorhandensein von Feuchtigkeit zwischen
den Elektroden El und E2 dieselben Pegel wie das Ausgangssignal der Ausführungsform
gemäss Fig. 3 aufweisen. Die Elektroden El und E2 der Ausführungsform gvmäss Fig.
4 können auch aus verschiedenartigen Werkstoffen
unterschiedlichen
Potentials in der elektrolytischen Spannungsreihe bestehen. Falls die Elektroden
El längliche Form aufweist, kann es zweckmässig sein, beide Enden der Elektrode
zu erden, und damit zu vermeiden, dass irgendein Teil der Elektrode El bei einer
in ihr auftretenden Unterbrechung keine Einwirkung hat.
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Die obengenannten Kurzschlüsse und Unterbrechungen in den Leitungen
L1 und L2 können teils unabsichtlich sein, beispielsweise bei Beschädigung der Leitungen,
und teils absichtlicht sein, beispielsweise durch besondere Kontakte bewirkt, die
den Kurzschluss oder die Unterbrechung beispielsweise bei Feuer oder Einbruch hervorrufen.
Hierbei ist es wünschenswert, dass man das Ausgangs signal des Verstärkers bei Vorhandensein
von Feuchtigkeit zwischen den Elektroden El und E2 vom Ausgangssignal des Verstärkers
bei Kurzschluss unterscheiden kann, und dies wird durch die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform
ermöglicht.
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In Fig. 5 ist die Ausführungsform gemäss Fig. 3 durch einen zweiten
Verstärker F1 ergänzt worden, der seine Betriebsspannung durch zwei Speiseeingänge
M3, M4 über die Stromquellenanschlüsse Al und A2 erhält. Der negative Eingang I3
des Verstärkers F1 ist an den Mittelpunkt eines über die Anschlüsse Al und A2 geschalteten
Spannungsteilers angeschlossen, welcher zwei Widerstände R6 und R7 besitzt. Der
positive Eingang I4 des Verstärkers F1 ist an den positiven Eingang I2 des Verstärkers
F angeschlossen.
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In der Ausführungsform gemäss Fig. 5 bestehen die Elektroden El und
E2 aus verschiedenartigen Werkstoffen unterschiedlichen Potentials in der elektrolytischen
Spannungsreihe.
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Der Spanungsteiler R1, R2 ist so eingeregelt, dass das Ausgangssignal
des Verstärkers F am Ausgang U einen hohen Pegel nur bei Vorhandensein von Feuchtigkeit
zwischen den Elektroden El und E2 oder bei Kurzschluss hat. Der Spannungsteiler
R6, R7 ist derart eingeregelt, dass das Ausgangs signal des Verstärkers F1 am Ausgang
Ul bei Vorhandensein von Feuchtigkeit zwischen den Elektroden El und E2 ebenfalls
einen hohen Pegel, bei Kurzschluss jedoch einen niedrigen Pegel aufweist. In dieser
Weise lässt sich ein Kurzschluss von dem Vorhandensein von Feuchtigkeit unterscheiden.
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Eine einfachere Alternative der Schaltung gemäss
Fig.
5 besteht darin, dass man den Spannungsteiler R1, R2 der Schaltung gemäss Fig. 3
zwischen den Einstellungen der Spannungsteiler R1, R2 und R6, R7 in Fig. 5 umsteuerbar
macht. Falls das Ausgangs signal des Verstärkers F in den beiden Umschaltungen des
Spannungsteilers R1, R2 einen hohen Pegel hat, so zeigt dies das Vorhandensein von
Feuchtigkeit zwischen den Elektroden El und E2 an. Falls dagegen das Ausgangssignal
des Verstärkers F beim Umschalten auf die in Fig. 5 gezeigte Einstellung des Spannungsteilers
von hohem zu niedrigem Pegel übergeht, so zeigt dies einen Kurzschluss zwischen
den Leitungen L1 und L2 oder den Elektroden El und E2 an.