DE4105445A1 - Verfahren im zusammenhang mit impedanzgebern in radiosonden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Genauigkeit der Impedanzgeber von Radiosonden.

Es sind mehrere verschiedene elektrisch anzeigende Temperatur- und Feuchtegeber bekannt, deren Impedanz sich als Funktion der zu messenden Größe ändert. Feuchtegeber dieser Art sind z. B. bekannt aus den US-Patenten Nr. 31 68 829 und 33 50 941 sowie aus der FI-Patentschrift Nr. 48 229 der An­ melderin.

Wie bekannt, werden zur Temperaturmessung kapazitive Geber verwendet, die im allgemeinen darauf beruhen, daß die Dielektrizitätskonstante des Isolationsmaterials zwischen den Kondensatorplatten temperaturabhängig ist, wobei auch die Kapazität temperaturabhängig ist. Die Anmelderin setzt z. B. sehr kleine, keramische Kondensatoren des genannten Prinzips für Temperaturgeber in Radiosonden ein. Die Genauigkeit eines Gebers dieser Art ist im allgemeinen ausreichend, weil er nicht durch den Meßstrom erwärmt wird und weil sein Q-Wert gut ist. Der Geber ist mechanisch stabil und es wurde kein wesentliches Altern festgestellt und seine Dynamik ist genü­ gend weit. Ein solcher keramischer Temperaturgeber muß jedoch gut gegen Feuchtigkeit geschützt werden, z. B. mit Glas. Da­ durch wird der Geber ein Vielfaches größer, wodurch die Ge­ schwindigkeit des Gebers verschlechtert und die Strahlungs­ fehler vergrößert werden.

Die genannten Temperaturgeber können dazu gebracht wer­ den, genauer als vorher zu arbeiten, wenn die Differenz zwi­ schen deren Eigentemperatur und der Umgebungstemperatur ge­ nauer bekannt ist. Speziell für dieses Problem bietet die vorliegende Erfindung eine Lösung an.

Zum Stand der Technik der vorliegenden Erfindung wird auf das FI-Patent Nr. 48 229 hingewiesen, das einen kapazi­ tiven Feuchtegeber vorstellt, in dem als dielektrisches Material eine Polymerfolie dient, deren Dielektrizitätskon­ stante eine Funktion der von der Polymerfolie absorbierten Wassermenge ist.

Bei den im vorstehenden beschriebenen und bei anderen auf Impedanzänderung basierenden Gebern treten unerwünschte Effekte auf, wie u. a. der oben genannte Strahlungsfehler, Geberträgheit und Hysterese.

In der FI-Patentanmeldung Nr. 58 402 der Anmelderin ist ein Verfahren zur Reduzierung der durch wiederkehrende Ände­ rungen eines elektrischen, auf Impedanzänderung beruhenden Feuchtegebers verursachten unerwünschten Eigenschaften be­ schrieben, speziell in einem kapazitiven Feuchtegeber, als dessen feuchtigkeitsempfindliches Material organisches Poly­ mer dient, wobei das feuchtigkeitsempfindliche Material des Feuchtegebers zumindest bei höheren relativen Feuchten auf eine Temperatur geheizt wird, die höher ist als die der Um­ gebung. Die Heizleistung des Gebers kann bei Bedarf als Funk­ tion der zu messenden Feuchte geregelt werden.

In dem genannten FI-Patent 58 402 wird die Temperatur des Feuchtegebers und/oder die Außentemperatur gemessen und diese Meßgröße oder -größen werden zur Berechnung der Feuch­ tigkeitsmeßwerte benutzt.

Zum Stand der Technik der vorliegenden Erfindung wird auch auf das FI-Patent 57 319 der Anmelderin hingewiesen, das ein Verfahren zur Messung von kleinen Kapazitäten vorstellt, bei dem der Einfluß der Streukapazität eliminiert werden kann, wobei in dem Verfahren ein RC-Oszillatorkreis angewen­ det wird, dessen Ausgangsfrequenz, zweckmäßig umgekehrt pro­ portional, von der zu messenden Kapazität abhängig ist. In dem Verfahren des letztgenannten FI-Patents wird die zu mes­ sende Kapazität zwischen einen Generator kleiner Impedanz und einen ausschließlich Strom messenden Kreis, zum Beispiel zwischen den Eingang und den Ausgang eines invertierenden Verstärkers, geschaltet.

Die vorliegende Erfindung hat die allgemeine Aufgabe, die bisher bekannte Temperatur- und/oder Feuchtemeßtechnik insbesondere für Radiosondenanwendungen weiterzuentwickeln.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Weiterentwick­ lung von kapazitiven Temperaturmeßgebern, so daß deren Strah­ lungsfehler und Trägheit im wesentlichen eliminiert werden.

Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, ein neues Meßverfahren und eine Geberanordnung, insbesondere zur Radiosondenanwendung, zu schaffen, wo ein kapazitiver Feuchte­ geber so hoher Feuchtigkeit ausgesetzt wird, daß die Geber­ funktion beeinträchtigt wird und Wasser oder Eis sich auf der Oberfläche des Gebers ansammelt. Wenn eine solche Situation vorüber ist, dauert es lange, bis das Wasser oder Eis wieder verdunstet ist, wobei der Geber während dieser Zeit ein fal­ sches, zu hohe Feuchtigkeit angebendes Signal liefert. Bei Wasserniederschlagsverhältnissen kann der Geber z. B. bei über­ sättigtem Wasserdampf einen falschen Ablesewert abgeben. Mit der im oben genannten FI-Patent 58 402 beschriebenen Heizung des kapazitiven Feuchtemessers können die genannten Nachteile vermieden werden, aber ein bisher ungelöstes Problem besteht jedoch darin, daß zur Erzielung einer ausreichend genauen Feuchtigkeitsmessung die Temperatur des Gebers sehr genau bekannt sein muß. Um bei der relativen Feuchte eine Meßge­ nauigkeit von 1-2% zu erreichen, muß die Temperatur mit einer Genauigkeit von ca. 0,1°C meßbar sein. Bei der Tempe­ raturmessung kann der absolute Fehler größer sein, aber die Temperaturdifferenz bezüglich der Umgebung muß mit der genann­ ten Genauigkeit bekannt sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßver­ fahren und eine Meßgeberanordnung zu schaffen, mit denen die relative Feuchte mit der im vorstehenden erwähnten Genauig­ keit von 1-2% gemessen werden kann. Außerdem hat die Erfin­ dung zur Aufgabe, ein Meßsystem und eine Meßgeberanordnung zu schaffen, die sich besonders gut zur Anwendung in Radiosonden eignet, weil sich die Geberanordnung durch die Anwendung des Verfahrens als einfache und leichte Konstruktion ausführen läßt.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, einen Feuchtegeber zu schaffen, bei dessen Anwendung das Kondensieren von Wasser auf der Oberfläche des Feuchtegebers vermieden werden kann, zum Beispiel, wenn eine Radiosonde in einer Wolke fliegt.

Um die im vorstehenden erwähnten und weiter unten deut­ lich werdenden Ziele zu erreichen, ist für die Erfindung im wesentlichen charakteristisch, daß in dem Verfahren die Tem­ peratur von einem oder mehreren Gebern mit einem Thermopaar gemessen wird, wobei die Meßstelle der einen Abzweigung der Thermoelemente an dem zu messenden Geber oder in dessen Nähe und die Meßstelle der anderen Abzweigung des Thermopaares in der den Geber umgebenden Atmosphäre angebracht wird, und daß mit dem genannten Thermopaar die Differenz der am Geber herr­ schenden Temperatur und der Temperatur der umgebenden Atmo­ sphäre wahrgenommen wird, wobei mit dem die Differenz reprä­ sentierenden Stromsignal das Ausgangssignal der Meßschaltung der Radiosonde beeinflußt wird, das Daten über eine oder mehrere mit einem oder mehreren Gebern zu messende meteoro­ logische Größen beinhaltet.

Mit der Erfindung werden mehrere Vorteile gleichzeitig verwirklicht, die im folgenden genauer behandelt werden. Es werden zwei Temperaturgeber mit einer Eichung in Gebrauch genommen. Eine Abzweigung des Thermoelements befindet sich in einer anderen, bekannten Temperatur als der eigentliche Abso­ luttemperatur-Meßgeber. Durch Verwendung von dünnem Thermo­ elementdraht wird hohe Geschwindigkeit und ein kleiner Strah­ lungsfehler erreicht.

Durch Variation der in der Erfindung verwendeten Umrich­ teridee können anstelle von Spannungen auch elektrische Strö­ me, Widerstände oder andere elektrische Größen gemessen wer­ den. Die dank der Erfindung erzielte Meßgenauigkeit liegt in der Größenordnung ± 0,1°C, weil die Dynamik gut ist (die Frequenz läßt sich leicht genau messen), und weil in dem Thermopaar kein Grundsignal vorhanden ist, d. h., die Spannung des Thermopaares gleich Null ist, wenn es von keiner Tempera­ turdifferenz beeinflußt wird.

Die Schaltung ist am vorteilhaftesten, wenn die Tempera­ turdifferenz zwischen den Abzweigungen des Thermopaares nicht so groß ist, daß die durch das Thermopaar verursachte Fre­ quenzänderung im wesentlichen nicht die entsprechenden Fre­ quenzen der Referenzkondensatoren überschreitet.

Im Rahmen der Erfindung ist möglich, die Feuchtemessung derart zu verwirklichen, daß der Feuchtegeber und der Tempe­ raturgeber und die eine Abzweigung des Thermoelements unter­ einander in gutem Wärmekontakt stehen und diese Gesamtheit nur wenig geheizt wird. Die andere Abzweigung des Thermoele­ ments befindet sich in freier Atmosphäre. Damit wird die Kon­ densation von Wasser auf der Oberfläche des Feuchtegebers vermieden, z. B. in einer Sonde, wenn diese in einer Wolke fliegt. Der Geber zeigt wegen der Heizung natürlich keine relative Feuchte von 100% an, aber weil die Temperaturdiffe­ renz bekannt ist, kann das richtige Feuchtemeßergebnis rech­ nerisch bestimmt werden.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf eini­ ge in den Figuren der beigefügten Zeichnung gezeigte Ausfüh­ rungsbeispiele, auf deren Einzelheiten die Erfindung jedoch in keiner Weise begrenzt ist, ausführlich beschrieben.

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren und die darin angewandte Geberanordnung als Block­ schema.

Fig. 2 zeigt einen zentrischen Querschnitt durch einen kapazitiven Temperaturgeber, an den die eine Meßstelle des Thermopaares ange­ bracht ist.

Fig. 3 zeigt einen kapazitiven Feuchtegeber, der in der Erfindung anwendbar ist, von oben gesehen.

Fig. 4 zeigt den Schnitt III-III von Fig. 3.

Fig. 5 zeigt genauer eine das Verfahren und die Geberanordnung der Erfindung anwendende Meßschaltung einer Radiosonde.

Fig. 6 zeigt als schematische Seitenansicht die Anordnung der einzelnen Geber auf derselben beheizten Kupferplatte.

In Fig. 1 ist schematisch und teilweise als Blockschema eine das Verfahren und die Meßgeberanordnung der Erfindung anwendende Schaltung gezeigt, die in der Telemetrie von Radio­ sonden verwendet wird, womit der Druck (P), die Temperatur (T) und die relative Feuchte (U) der die Sonde umgebenden Atmosphäre gemessen wird. Nach Fig. 1 werden in der Schal­ tung als Meßgeber kapazitive Geber C₃, C₄ und C₅ eingesetzt. C₂ ist ein Referenzkondensator ebenso wie der zum Schalter 43 gehörende Kondensator C₀. Diese Kondensatoren werden der Reihe nach an den Eingang des Meßoszillators 70 geschaltet, an den die Grundkapazität C₁ geschaltet ist. Als Ausgangs­ signal vom Meßoszillator 70 geht die Frequenz F_out ab.

Zur Meßanordnung nach Fig. 1 gehört ein an die Eingangs­ seite des Meßoszillators 70 geschalteter Wechselschalter 40, der abwechselnd jede zu messende Kapazität C₂, C_3, C₄ und C₅ an den Eingang des Meßoszillators 70 schaltet. Bezüglich der Einzelheiten dieser Schaltung und deren genauerer Ver­ wirklichung wird auf das FI-Patent 57 319 und das US-Patent 47 75 830 der Anmelderin hingewiesen.

Die Wechselschalter 40 der zu messenden Kapazitäten werden von der Steuereinheit 35 der Schalter gesteuert, die das Steuersignal von einem Stufenoszillator 80 erhält.

In Fig. 2 ist ein Temperaturgeber 30 gezeigt, dessen Funktion auf der Messung der Kapazität C₅ beruht. Der Meßge­ ber 30 ist ein keramischer Kondensator, bei dem die Dielektri­ zitätskonstante des Isolationsmaterials eine verhältnismäßig große Temperaturabhängigkeit aufweist. Die zu messende Kapa­ zität C₅ entsteht zwischen den Elektrodenplatten 33 und 34.

Von den Elektrodenplatten 33 und 34 gehen Leiter 31 und 32 ab, die in der aus Fig. 1 und 5 ersichtlichen Weise geschal­ tet sind. Der Geber 30 ist mit einem Glasmantel 36 gegen Feuchtigkeitseinflüsse geschützt. Auf der Außenfläche des Glasmantels 36 ist eine Kupferschicht 37 aufgebracht, an wel­ che die Meßstelle 23 der Drähte 21 und 22 des Thermopaares 20 angelötet ist. Es ist vorteilhaft, von der Kupferschicht 37 über einen verhältnismäßig großen Kondensator, z. B. ca. 10 nF Kondensator, Erdverbindung herzustellen. Dadurch wird der kapazitive Übergang der bei der Messung des Kondensators C₅ verwendeten Wechselspannung durch den Glasmantel zum Thermo­ paar verhindert. Weiter verhindert der Erdungskondensator das Entstehen einer Streukapazität parallel zu C₅ am Glas ent­ lang. Der Draht des einen Schenkels 21 des Thermopaares 20 besteht z. B. aus Kupfer (Cu) und der Draht des anderen Schen­ kels 22 aus Konstantan (Ko). Die Metallierung des Schutzman­ tels des Gebers 30 verhindert auch den störenden Einfluß der Oberflächenleckströme auf die Temperaturmessung.

In der Erfindung kann auch ein kapazitiver Feuchtegeber 10 verwendet werden, der nach den Prinzipien heizbar ausge­ führt ist, die genauer im FI-Patent 58 402 der Anmelderin und in Fig. 3 und 4 der beigefügten Zeichnung dargestellt sind.

Das in Fig. 3 und 4 gezeigte Beispiel des kapazitiven Feuchtegebers 10 ist in seiner Grundkonstruktion aus dem finnischen Patent Nr. 48 229 bekannt. Die Grundlage des Ge­ bers 10 bildet eine hinsichtlich der Wasserabsorption passive Unterlage 11, wie z. B. Glasplatte. An der Unterlage 11 sind Bodenkontakte 12 ausgeführt, an denen über Kontakte 16 Leiter befestigt sind, an welchen die Kapazität C₄ gemessen wird. Im Geber 10 dient als aktives Material eine dünne Polymerfolie 13, auf der ein dünner wasserdampfdurchlässiger Oberflächen­ kontakt 14 gebildet ist, der mit keinem der Bodenkontakte 12 galvanischen Kontakt hat. Auf diese Weise wird die zu messen­ de Kapazität C₄ durch Reihenschaltung der zwischen den Boden­ kontakten 12 und den Oberflächenkontakten 14 entstehenden Kapazitäten gebildet. Bei der Absorption von Wassermolekülen durch das feuchtigkeitsempfindliche Material der Folie 13 wird Wasser aufgrund von zwei verschiedenen Effekten gebun­ den. Die eine Bindung erfolgt auf molekularer Ebene, bei schnellem und im allgemeinen linearem Ansprechverhalten in Form einer Änderung der Kapazität C₅.

Als Heizstrom des in Fig. 3 und 4 gezeigten Feuchtege­ bers 10 kann entweder ein Meßstrom des Gebers 10 mit geeigne­ ter Frequenz verwendet werden oder in den Geber 10 kann ein Heizwiderstand 15 integriert werden, über dessen Kontakte 17 nach Fig. 3 Heizstrom I zugeführt wird. Wird als Heizstrom des Gebers 10 Meßstrom verwendet, kann nach den im FI-Patent 58 402 der Anmelderin beschriebenen Prinzipien verfahren werden.

Nach Fig. 3 und 4 ist in den Geber 10 nach demselben Prinzip wie bei dem in Fig. 2 gezeigten Geber 30 ein Tempera­ turmeßgeber integriert, der aus dem Thermopaar 20 gebildet wird. Das Thermopaar 20 hat an sich bekannte aus zwei ver­ schiedenen Metallen angefertigte Thermoelementschenkel 21 und 22, die am Geber 10 durch die Meßstelle 23 miteinander ver­ bunden sind. Die andere Abzweigung des Thermopaares 20 kann derart angeordnet werden, daß sie die Temperatur T_o der die Sonde umgebenden Atmosphäre SA mißt.

In der Praxis müssen die nur prinzipiell dargestellten Geberkonstruktionen nach Fig. 2, 3, 4 auch mit einem Absolut­ temperaturgeber versehen sein. Eine solche integrierte Kon­ struktion zeigt Fig. 6, in der auch eine Geberheizung vorhan­ den ist, weil sonst die Absoluttemperatur unbekannt ist.

Die Geberkonstruktion 30 nach Fig. 2 ist fest auf einer verhältnismäßig dicken kleinen Kupferplatte 41 angebracht, an der auch ein Feuchtegeber 42, 10 befestigt, z. B. aufgeklebt, ist. An die Kupferplatte 41 ist ein Heizwiderstand 48 ange­ schlossen. Vorzugsweise ist mit der Platte 41 auch ein Stan­ dardkondensator C₂ und ein Druckgeber C₃ verbunden, weil diese beide temperaturabhängig sein können, obgleich ange­ strebt wird, C₂ möglichst unempfindlich gegen Temperatur­ schwankungen zu machen. Dasselbe gilt auch für den Kondensa­ tor C₃. Nach Fig. 6 ist der Kondensator 44 (C₅) durch Löten 43 seinesMantels an der Platte 41 befestigt. Durch die Lötung 51 ist der Standardkondensator 47 (C₂) mit seinem Mantel an der Platte 41 befestigt. Die Leitungen des Feuchtegebers 42 gehen durch Löcher in der Platte zur Leiterplatte 46, zu der auch die Leiter der übrigen an der Platte 41 befindlichen Komponenten führen. Diese Leiterplatte 46 ist zweckmäßig aus einem dünnen elastischen Material, wobei ihre Verlängerung dazu verwendet werden kann, die betreffende Einheit mit wei­ terer Elektronik zu verbinden.

An der in Fig. 6 gezeigten Platte 41 befindet sich ein Heizwiderstand 48, der vorzugsweise derart angeordnet wird, daß der Abstand zu allen Gebern und Standardkondensatoren im wesentlichen gleich groß ist. Dadurch können die Temperatur­ differenzen zwischen den einzelnen Gebern verringert werden. Aus demselben Grund ist vorteilhaft, die Heizleistung des Wi­ derstandes 48 so klein zu halten, daß die Einheit auf nicht höher als im allgemeinen ca. 2-5°C über Umgebungstemperatur geheizt wird. An der Platte 41 befindet sich ein kleiner Druckgeber 49, der wegen der verschiedenen Wärmedehnungskoef­ fizienten nicht mit seiner Oberfläche an der Kupferplatte 41 befestigt werden sollte. Der Druckgeber 49 wird deshalb nur von seinen Leitungen gehalten. Damit der Druckgeber 49 jedoch die Temperatur der Platte hat, ist er in einer Kupferschale 50 angeordnet, die an der Platte 41 angelötet ist. In Fig. 6 ist die eine Meßstelle 23 des Thermopaares 20 zu sehen und die andere Meßstelle 24 ist derart angeordnet, daß sie die Temperatur T_o der die Sonde umgebenden Atmosphäre SA mißt.

Gemäß dem aus Fig. 1 ersichtlichen Hauptprinzip der Erfindung herrscht zwischen den Polen A des Thermopaares 20 eine Gleichspannung U_o, die über die Schalteinheit 50 zur Wechselrichtereinheit 60 geleitet wird, die die Gleichspan­ nung U_o des Thermopaares 20 in Wechselspannung U(t) umformt. Der Ausgang der Einheit 60 ist nach Fig. 1 über die Dynamik­ regeleinheit 65 an den Eingang des Meßoszillators 70 geschal­ tet.

Das Funktionsprinzip der Erfindung wird anhand von Fig. 1 und 5 genauer betrachtet. Die Schalter 61, 62, 63 und 64 der Einheit 60 bilden einen Wechselrichter. Dieser Wechsel­ richter 60 wird im Takt der Ausgangsfrequenz f_out des Meßos­ zillators 70 geschaltet. Der erhaltene Wechselstrom wird über einen 4,7 K Widerstand und einen 100 n Kondensator an den Ein­ gang des Meßoszillators 70 gelegt, in demselben Punkt In, zu dem auch die zu messenden Kapazitäten C₂ . . . C₅ der Reihe nach über die Schalter 41 . . . 45 gebracht werden.

Die in Fig. 1 dargestellte Dynamikregeleinheit 65 ent­ spricht dem Widerstand R₂ und dem Kondensator C_o nach Fig. 5. Der Widerstand R₂ formt die vom Thermopaar 20 abgegebene Spannung in Strom um, der über einen Entkopplungs-Kondensator C_o zum Eingang des Meßoszillators 70 geleitet wird, wohin auch die Ströme der zu messenden Kondensatoren C₂ . . . C₅ ge­ bracht werden. Bezüglich genauerer Einzelheiten der Funkti­ onen des Meßoszillators 70 und der Einheiten 35 und 40 wird auf die FI-Patente 54 664 und 57 319 der Anmelderin hingewie­ sen. In Fig. 1 und 5 ist der Kondensator C₁ ein Basiskonden­ sator, zu dem die zu messenden Kondensatoren C₂ . . . C₅ parallel­ geschaltet werden. Als erste Referenz dient der Kondensator C₂ und als zweite Referenz das offene Ende des Leiters des Schalters 43, d. h. ein Kondensator, dessen Kapazität null ist. Damit ist eine billige und absolut stabile Referenz geschaffen.

Der Eingang des Wechselrichters 60 wird mit Hilfe der Wechselschalter 53 und 54 kurzgeschaltet, wenn die fünf Kon­ densatoren C₂, C₃, C₄, C₅ und "Null" Kondensator der Schal­ tung gemessen werden. Zur Meßfolge gehört noch eine Messung. Diese erfolgt derart, daß der Temperaturmeßkondensator C₅ noch für die Dauer einer Schaltperiode vom Schalter 45 in der Messung gelassen wird. Gleichzeitig heben die Wechselschalter 53 und 54 den Kurzschluß am Eingang des Wechselrichters 60 auf und die Schalter 51 und 52 schalten das Thermopaar 20 an den Wechselrichter 60. Die von der Gleichspannung U₀ des Ther­ mopaares 20 wechselgerichtete Spannung U(t) ist bestrebt, die Frequenz f_out des Meßoszillators 70 entweder zu vergrößern oder zu verkleinern, je nach Polarität des Thermopaares 20. Die eine Meßstelle 23 des Thermopaares 20 steht in Temperatur­ kontakt mit dem Geber 30 und die Meßstelle 24 der anderen Abzweigung befindet sich in der Umgebung SA, deren Temperatur T₀ ist. Damit kann die Temperaturdifferenz T₁-T₀ mit dem Thermopaar 20 sehr genau gemessen werden.

Der in Fig. 1 und 5 zu sehende Stufenoszillator 80 gibt z. B. in Abständen von ca. 200 ms Nadelimpulse. Dieser Oszilla­ tor 80 kann z. B. zum Eichen zwangsgesteuert werden. Die Schal­ terwahleinheit 35 hat einen eigenen Nullabgleich. Der Stift 5 des Leiters 35 ist an das Reset geschaltet, das ebenfalls zwangsgesteuert werden kann. Die Stifte 1 und 10 des Leiters IC3 der Einheit 35 sind mit Entweder/Oder-Tor 36 versehen, womit erreicht wird, daß der unterste Wechselschalter 45 für die Dauer von zwei Meßperioden (2×200 ms) in Meßposition bleibt. Für die Dauer der letzteren Meßperiode wird die Kurz­ schaltung durch die beiden Schalter 53 und 54 der Einheit 50 (IC6) aufgehoben und zwei weitere Schalter 51 und 52 schalten die Messung des Thermoelementes 20 ein. Wenn keine Thermopaar­ spannung U_o zwischen den Punkten a und b auftritt, ist die Si­ tuation dieselbe wie bei Kurzschluß und das heißt, es tritt in beiden Meßperioden dieselbe Frequenz im Ausgang (F_out) des Meßoszillators 70 auf. Die Entweder/Oder-Tore 37, 66 und 67 kehren die Phase um oder sie arbeiten als Puffer, wobei sie die Anstiegs- und Abfallkanten der Impulse verschärfen.

Die Kapazität C₅ des Gebers 30 kann zur selben Zeit geeicht werden, wenn das Thermopaar 20 geeicht wird. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß bei Verwendung von dünnen Ther­ mopaardrähten 21 und 22 das Eichen des eigentlichen Tempera­ turgebers C₅ beschleunigt werden kann, weil das Thermopaar 20 schnell Signal gibt, ob zwischen der Referenzumgebung SA und dem Geber 30 eine Temperaturdifferenz vorliegt. Außerdem gibt das Thermopaar 20 ein im großen und ganzen richtiges Bild über die Größe dieser Temperaturdifferenz und diese Informa­ tion kann zum Eichen des Gebers 30 benutzt werden. Die freie Abzweigung des Thermopaares 20 wird am besten während der Eichung auf einer anderen Temperatur gehalten als der Konden­ sator C₅ und die an diesem anliegende Abzweigung.

Der aus der Spannung U_o des Thermopaares 20 mit der Einheit 50, 60, 65 (R₂, C_o) abgeleitete Strom ist so geschal­ tet, daß er auf den Eingang des Meßoszillators 70 wirkt, wo­ durch die Frequenz f_out1 entsteht und aus der Frequenzdiffe­ renz f_out-f_out1 sowohl die Temperaturdifferenz T₁-T₀ als auch die vom Geber 30 gemessene Temperatur rechnerisch be­ stimmt werden kann. Man kann auch derart verfahren, daß die Geber C₂, C₅ in der ersten Meßsequenz ohne den Einfluß der vom Thermopaar 20 erzeugten Spannung U(t) gemessen werden und in der darauffolgenden Meßsequenz wieder alle Kondensatoren C₂ . . . C₅ derart gemessen werden, daß in der Messung von C₅ der Einfluß der vom Thermopaar 20 erzeugten Spannung U(t) berück­ sichtigt wird. Wie oben gesagt, sind von demselben Geber C₅ zwei verschiedene Frequenzen erhältlich, aufgrund welcher sowohl die Temperaturdifferenzen T₁-T₀ als auch die auf­ grund der Kapazität C₅ ermittelte absolute Temperatur mit ausreichend großer Genauigkeit bestimmt werden können.

Die Temperaturdifferenz T₁-T₀ wird repräsentiert durch die Frequenzdifferenz der mit dem Geber 30 zweimal gemessenen Frequenzen f_out und f_out1. Diese Frequenzdifferenz wird nicht in der Radiosonde benutzt. Erst der im Radioempfänger auf der Erde befindliche Computer, der auch die Eichungsdaten kennt, errechnet die richtigen meteorologischen Werte aufgrund von sechs empfangenen Modulationsfrequenzen. Diese Frequenzen können schon in der Sonde, sogar bis zum endgültigen Data aufbereitet werden, aber die Aufbereitungsweise ist dennoch im Grundprinzip dieselbe.

Mit der Erfindung wird ein neues Meßverfahren verwirk­ licht, mit dem ein besseres Endergebnis erreicht wird als mit den bekannten Anordnungen. Die freie Abzweigung des Ther­ moelements 20 mißt die Temperatur T_o der umgebenden Atmosphä­ re schnell und ohne Strahlungsfehler. Die andere Abzweigung des Thermoelements 20 "ruht" im Referenzkondensator C₅, in dessen Temperatur zweckmäßig auch alle übrigen zu messenden Kondensatoren "ruhen".

Je besser die Eichsituation der Peilsituation ent­ spricht, desto weniger Bedeutung hat die Temperaturabhängig­ keit der Konstanten, weil die durch Temperaturabhängikeit verursachten Fehler sich automatisch ohne Berechnung aufhe­ ben. Die Fehler gehen auf die Temperaturabhängigkeiten der Geber über und addieren sich zu deren eigenen Abhängigkeiten. Deshalb ist vorteilhaft, daß auch die konstanten Kondensato­ ren annähernd Außentemperatur haben.

Jeder beliebige andere Kondensator als C₅ kann auch als zweimal zu messender Kondensator dienen, selbst ein Kondensa­ tor von 0 pF. Das Signal des Thermopaares 20 ist in der Dif­ ferenz der Ausgangsfrequenzen f_out enthalten, die durch Sub­ traktion der Frequenz der einen Messung von der Frequenz der anderen Messung gewonnen wird.

Claims (10)

1. Verfahren zur Verbesserung der Genauigkeit der Impe­ danzgeber von Radiosonden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verfahren die Temperatur von einem oder mehreren Gebern (30 und/oder 10) mit einem Thermopaar (20) gemessen wird, wobei die Meßstelle (23) der einen Abzweigung der Thermoelemente (21, 22) an dem zu messenden Geber oder in dessen Nähe und die Meßstelle (24) der anderen Abzweigung des Thermopaares (20) in der den Geber umgebenden Atmosphäre (SA) angebracht wird, und daß mit dem genannten Thermopaar (20) die Differenz (T₁-T₀) der am Geber herrschenden Temperatur (T₁) und der Temperatur (T₀) der umgebenden Atmosphäre (SA) wahrgenommen wird, wobei mit dem die Differenz repräsentierenden Strom­ signal (U(t)) das Ausgangssignal (f_out) der Meßschaltung der Radiosonde beeinflußt wird, das Daten über eine oder mehrere mit einem (30) oder mehreren Gebern (10, 30) zu messende meteorologische Größen beinhaltet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Thermopaar (20) erhältliche Gleichspannung (U_o) in dem Verfahren mit einem Wechselrichter (60) oder ähnlichem in Wechselspannung (U(t)) umgewandelt wird, mit der das Aus­ gangssignal (f_out) der Meßschaltung beeinflußt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verfahren im Zusammenhang mit einem kapazitiven Temperaturgeber (30) angewendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verfahren im Zusammenhang mit einem kapazitiven Feuchtegeber (10) angewendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Feuchtegeber (10) mit den dielektrischen Kapazitätsverlusten und/oder mit einem am Meßgeber angebrach­ ten Heizwiderstand (15) geheizt wird (Fig. 3 und 4).

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 in Radiosonden, deren Meßanordnung aus kapazitiven Meßgebern (C₃ . . . C₅) be­ steht, mit denen der Druck (P), die relative Feuchte (U) und/oder die Temperatur (T) der umgebenden Atmosphäre gemessen wird und die Schaltung einen Meßoszillator (70) beinhaltet, an dessen Ausgang über einen Wechselschalter (40) die der Reihe nach zu messenden kapazitiven Geber (C₃ . . . C₅) sowie ein oder mehr Referenzkondensatoren (C₁, C₂) geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstelle (23) der einen Ab­ zweigung des Thermopaares (20) am Temperaturgeber (30) und/oder Feuchtegeber (10) der Meßanordnung angeordnet ist, daß die Meßstelle (24) der anderen Abzweigung des Thermopaares in der umgebenden Atmosphäre (SA) angebracht ist, daß die vom genannten Thermopaar (20) erhältliche Gleichspannung (U_o) in eine Schalteinheit (50) geleitet wird, aus welcher Einheit die genannte Spannung in geeigneter Sequenz zur Wechselrich­ tereinheit (60) der Thermoelementspannung geleitet wird, und daß die Ausgangsspannung U(t) der letztgenannten Einheit (60) in Strom umgewandelt geführt wird, um auf den Eingang des Meßoszillators (70) zu wirken, an den die zu messenden Kapa­ zitäten (C₃ . . . C₅) der Reihe nach geschaltet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Temperaturgeber (30) der Meßanordnung an einer verhältnismäßig dicken Platte (41) befestigt ist, die aus einem gut wärmeleitenden Material, zweckmäßig aus einer Kup­ ferplatte besteht, an der auch ein möglicher Feuchtegeber (10) befestigt ist, und daß an die genannte Platte (41) ein Heizwiderstand (48) angeschlossen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die genannte Platte (41) ein Standardkondensator (C₂) oder mehrere Standardkondensatoren (C₂, C₀) der Meßanordnung und/oder ein Druckgeber (C₃) zur Reduzierung der Temperatur­ abhängigkeitseinflüsse dieser Kondensatoren angeschlossen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der genannte Heizwiderstand (48) an der genannten Platte (41) angebracht wird, derart, daß der Abstand zu den einzelnen Gebern und Standardkondensatoren im wesentlichen gleich groß ist, um die zwischen den einzelnen Gebern herr­ schenden Temperaturdifferenzen zu verringern.

10. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die genannte Platte (41) und die auf dieser befindlichen Geber und Standardkondensatoren mit dem genann­ ten Heizwiderstand (48) auf eine Temperatur geheizt werden, die ca. 2° . . . 5°C über der Umgebungstemperatur liegt.