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Verfahren und Vorrichtung zur Messung oder Regelung der relativen
Luftfeuchtigkeit
Die Erfindung l) ezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Messung oder Regelung der relativen Luftfeuchtigkeit in geschlossenen Räumen
mittels zweier Temperaturfühler, von denen einer unter der Wirkung einer Verdunstung
gehalten wird.
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Die Messung der relativen Luftfeuchtigkeit erfolgt meist durch Ahlesung
der Temperaturdifferenz zweier Thermometer, von denen das eine mit einem Verdunstungsstrumpf
versehen ist. Auf Grund der Temperaturdifferenz kann aus einer Tal>elle der Wert
der relativen Luftfeuchtigkeit entnommen werden. Zur selbsttätigen l ; Regelung
ist die Anordnung nicht benutzbar.
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Bekannt sind ferner Einrichtungen, bei denen zwei Thermoelemente
oder elektrische Widerstände, von denen einer unter der Wirkung einer Verdunstung
steht, gemeinsam auf einem Differentialgalvanometer arbeiten, das die relative Feuchtigkeit
anzeigt. Die bei diesen Einrichtungen entstehenden Meßkräfte sind so klein und die
für eine Durchbildung als selbsttätige Regelvorrichtungen erforderlichen Nebeneinrichtungen
so verwickelt und kostspielig, daß sie praktisch für die selbsttätige Regelung nicht
in Frage kommen.
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Für die selbsttätige Regelung der relativen Feuchtigkeit hat praktisch
daher bisher nur das an sich einfach aufgebaute Haarhygrometer Bedeutung, bei welchem
Temperatur und Feuchtigkeit gleichzeitig auf die Längenänderung des Haares einwirken,
jedoch entspricht die Einwirkung nur näherungsweise der jeweiligen relativen Feuchtig-
keit,
so daß die erzielte Regelung ungenau bleiben muß.
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Zur Vermeidung der genannten Nachteile der bekannten Vorrichtungen
und zur Schaffung einer mit einfachen Mitteln zu bewirkenden Regelung jedes gewünschten
Genauigkeitsgrades werden bei dem Verfahren zur Messung oder Regelung der relativen
Luftfeuchtigkeit mittels zweier Temperaturfühler, von denen einer unter der Wirkung
einer Verdunstung gehalten wird, gemäß der Erfindung die beiden Temperaturen in
verschiedener Ausdehnung zweier eingeschlossener Luft- oder Gasmengen und deren
Ausdehnungsdrucke in der gemeinsamen, aber gegenläufigen Verstellung eines Regelgliedes
zur Wirkung gebracht. Der Gesamtdruck der eipgeschlossenen Luft- oder Gasmengen
wirkt mit großer Querschnittsuntersetzung und ents1>rechend vergrößertem Ausschlag
auf das Regelgl ied ein. Die zur Durchführung dieses Verfahrens verwendet Vorrichtung
besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Anzeige oder Regelung der relativen Feuchtigkeit
durch die Bewegung eines Flüssigkeitsfadens erfolgt, welcher in einem Rohr eingeschlossen
ist, dessen Enden mit je einem geschlossenen Luftraum verbunden sind, dessen Querschnitt
vielfach größer als der des Rohres ist und wobei der eine Luftraum eine Verdunstungseinrichtung
aufweist. Zweckmäßig wird das Rohr gebogen, geschenkelt oder U-förmig mit nach oben
gerichteten Schenkeln ausgeführt.
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Zur Veränderung der Grundstellung des Flüssigkeitsfadens oder eines
entsprechenden anderen Regelgliedes ist in dem Raum, zwecks Einstellung einer bestimmten
einzuregelnden relativen Luftfeuchtigkeit, vor dem einen Ende des Flüssigkeitsfadens
eine Einrichtung vorgesehen, durch welche ein zusätzlicher Druck erzeugt werden
kann. Vorzugsweise ist zu diesem Zweck das geschenkelte Rohr um eine mittlere Achse
in verschiedene Winkellagen einstellbar oder mit einer in den einen Vorraum eintretenden
Stellschraube versehen, um den Flüssigkeitsfaden durch den einseitig erhöhten Druck
zu verschieben.
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Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
und den Ansprüchen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt in schematischer Darstellung Fig. 1 eine mit schwenkbarem, geschenkeltem
Rohr versehene Regelvorrichtung mit Elektrokontakten, Fig. 2 eine ähnliche Vorrichtung
mit fester Anordnung des geschenkelten Rohres, Fig. 3 eine Anzeigevorrichtung für
relative Feuchtigkeit mit einem ungleicharmigen Schenkelrohr und Fig. 4 eine vollständige
Regelvorrichtung mit einer der Figur 1 entsprechenden Anordnung des Rohres.
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Uei der Ausführungsform nach Fig. list das geschenkelte Rohr 1 mit
den beiden Schenkeln 2, 3 drehbar um eine Achse 4 gelagert. An seinen Enden sind
mittels beweglicher Leitungen 5, 6 feststehend angeordnete Luftbehälter 7, 8, zweckmäßig
aus Metall, angeschlossen, von denen der Behälter 7 mit einem Verdunstungsstrumpf
g versehen ist, dessen Ende in ein Gefäß 1 1 mit geeigneter Verdunstungsflüssigkeit
12 taucht. Der Querschnitt jedes der beiden Gefäße 7, 8 ist um ein Vielfaches größer
als der Querschnitt des Rohres 1. Der mittlere Teil des Rohres I ist mit einer stromleitenden
Flüssigkeit, insbesondere Quecksilber I3, ausgefüllt, und dicht vor den Flüssigkeitskuppen
sind Elektrokontakte 14, I5 eingeschmolzen. In der Mitte trägt das Rohr einen eingeschmolzenen
Kontakt I6. Um die Länge des Flüssigkeitsfadens I3 genau dem Abstand der beiden
Elektrokontakte 14, I5 anpassen zu können, tritt in einen kleinen Vorratsraum I7
in der Mitte des Rohres eine Stellschraube I8 ein, durch deren Drehung die Länge
des Flüssigkeitsfadens vergrößert oder verkleinert werden kann. Ein das Rohr haltender
Bügel 19 ist mit einem auf eine Skala 2I für die relative Feuchtigkeit einspielenden
Zeiger 22 versehen.
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In der in Fig. I dargestellten Grundstellung, in welcher die beiden
Schenkel 2, 3 mit gleicher Neigung nach oben zeigen, spielt der Zeiger auf die relative
Feuchtigkeit IOOO/n ein, bei welcher eine verschiedene Temperatureinwirkung auf
die beiden Luft- oder Gasbehälter 7, 8 nicht stattfindet.
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Um das Rohr auf eine andere Luftfeuchtigkeit einzustellen, wird eine
Stellschraube 23 entsprechend gedreht.
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Infolge der Verdunstungseinrichtung g werden die in den Behältern
7, 8 eingeschlossenen Luft-oder Gasmengen verschieden er ; ärmt. Der Ausdehnungsdruck
pflanzt sich durch die Verbindungsleitungen 5, 6 auf das Rohr 1 fort und äußert
sich infolge der vielfachen Querschnittsuntersetzung durch eine sehr starke Differentialwirkung
auf den in dem Rohr eingeschlossenen Flüssigkeitsfaden, der sich entsprechend bewegt,
bis gleiche Drucke in den beiden Vorräumen entstanden sind. Ist außen an dem Rohr
1 eine Skala angebracht, so kann damit unmittelbar an einer der beiden Flüssigkeitskuppen
die relative Feuchtigkeit abgelesen werden. Das Rohr selbst kann dabei gestreckt
und waagerecht angeordnet sein. Kommt die eine Flüssigkeitskuppe mit dem Kontakt
14 in Berührung, so wird über die Kontakte 14, 16 ein Stromkreis geschlossen, durch
welchen die die Luftfeuchtigkeit beeinflussenden Vorrichtungen so in Gang gesetzt
werden, daß die Luftfeuchtigkeit sich rücklaufend verändert und der Kontakt 14 wieder
frei wird.
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Kommt die andere Fiüssigkeitskuppe darauf mit dem Kontakt 15 in Berührung,
so werden durch den durch die Kontakte 16, 15 geschlossenen Stromkreis die die Luftfeuchtigkeit
beeinflussenden Apparate in entgegengesetztem Sinn in Tätigkeit gesetzt, und dieses
Spiel wiederholt sich so lange, bis der Flüssigkeitsfaden innerhalb der beiden Kontakte
14, 15 und außer Berührung mit diesen ist.
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Die Luftfeuchtigkeit des Raumes ist dann auf denjenigen Wert einreguliert,
welcher der Lage des Flüssigkeitsfadens gegenüber den Kontakten 14, 15
entspricht,
die sich bei gleichem Druck in den beiden Bchältern 7, 8 (relative Feuchtigkeit
100%) einstellt.
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Um diese Einstellage verändern zu können, wird der Druck iii dem
einen Vorraum vor dem Flüssigkeitsfaden zusätzlich crhöht. Dies geschieht bei dem
Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dadurch, daß das Schenkelrohr um die Achse 4 drehbar
ist und in verschiedene Winkellagen eingestelt werden kann.
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Die beiden Flüssigkeitskuppen erhalten dabei einen zunehmenden cii
# löhenabstand. und die Flüssigkeitshöhe dieses Höhenabstandes wirkt sich als verstärkter
Druck auf dasjenige Ende des Rohres 1 aus, das mehr nach unten steht. Dadurch wird
der Flüssigkeitsfaden gegenüber den Kontakten 14, 15 verschoben. so daß die oben
beschriebene selbsttätige Regehung mit Hilfe der Kontakte 14, 15 in Gang gcscizt
w i (l. lti s der Raum diejenige Luftfeuchtigkeit t aufweist, auf welche der Zeiger
22 an der Skala 21 eingestellt ist.
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Durch entsprechende Querschnittsuntersetzung zwischen den Luft- und
Casräumen 7, 8 und dem Rohr 1 kann jede belicbige Genauigkeit der Regelung erreicht
wertlen. Versuche haben gezeigt, daß die Vorrichtung schon beim Annähern der Handwärme
in Tätigkeit gesetzt wird.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist das Rohr 1 nicht drehbar.
sondern fest in Laschen 24 gelagert. so daß die Verbindungsleitungen 5, 6 nicht
beweglich oder biegsam zu sein brauchen. Die zur Erzeugung eines zusätzlichen Druckes
in einem Vorraum tIes Flüssigkeitsfadens zur Einstellung der einzuregelnden relativen
Feuchtigkeit erforderliche Vorrichtung bestcht in ciner Stellschraube 25, welche
in einen Nebenraum 26 an einem Rohrende eintritt. Durch Verdrechung der Stellsehratilte
25, die mit Skalenablesung verschen ist, kann cler einseitige Druck auf den Flüssigkeitsfaden
verändert und dadurch die gewtinschte einzuregelnde relative Feuchtigkeit eingestellt
werden. Um die Länge des Flüssigkeitsfadens auch tortz seiner Eigenausdchnung bei
veränderlicher Temperatur gleich zu halten. kann ein Kompensationsmittel, z. B.
in Form eines Bintetallstreifens, vorgeschen sein, der auf die. Schraube 18 e so
einwirkt, daß die dtirch eine Temperaturveränderung erfolgende Ausdehnung des Flüssigkeitsfadens
wieder aufgchoben wi rd.
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An den beiden Enden des Schenkels 2, 3 oder an den Anschlußleitungen
5. 6 sind Ventilhähne 10 angebracht, durch welche die Vorräume vor den Quccksilberkuppen
vorübergehend mit der Außenluft verbunden werden können, um feinere Druckausgleiche
zwischen den beiden Vorräumen zu ermöglichen. die durch die örtlichen Verhältnisse
hervorgerufenen Nebencinflüsse, zu denen insbesondere auch der Einfluß auf die Zuleitungen
5, 6 gchört. können nämlich verursachen, daß die Einstellskala des Regelinstrumentes
nicht genau für vorkommende örtliche Verhältnisse paßt. Aus diesem Grunde kann,
wie dies bei den bekannten Regelvorrichtungen im allgemeinen üblich ist, so verfahren
werden, daß ein genaues Ablese- oder Kontrollinstrument in dem zu behandelnden Raum
aufgestellt wird, nach dessen Angaben die Einstellung des Reglers nachreguliert
wird. Diese Nachregulierung geschieht nun durch die genannten Ventilhähne 10, sie
kann natürlich auch durch die Stellschrauben 23, 25, abweichend von deren Skalenanzeige,
herbeigeführt werden.
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Die Ausführungsform nach Fig. 3 stellt eine Besonders empfindliche
und gedrängte Anzeigevorrichtung für die relative Feuchtigkeit dar. Zu diescm Zweck
wird das Schenkelrohr ungleicharmig ausgebildet mit einem senkrecht stehenden Teil
27 mit großem Querschnitt und einem schwach geneigt liegenden Teil 28 mit sehr geringem
Querschnitt. Infolge der sehr geringen Neigung des Äfeßteiles 28 entstehen bei geringfügigen
Druckunterschieden sehr erhebliche Bewegungen der fl2ssigkeitskuppe 29, die an einer
Skala 31 von großer Länge als relative Feuchtigkeit abgelesen werden können. Auch
diese Anzeigevorrichtung kann zur selbsttätigen Regelung der Luftfeuchtigkeit ausgebildet
werden, wenn die jeweilige Stellung des Flüssigkeitsfadens durch entsprechende physikalische
Mittel abgenommen wird. Diese Abnahme kann z.B. durch eine Reihe von Kontakten erfolgen,
welche den Teilstrichen der Skala entsprechen oder auf fotoelektrischem Wege oder
auf induktivem Wege, wenn der Rohrteil mit einer Induktionsppule umgeben wird. Durch
Verschiebung dieser Abnhmemittel gegenüber dem Rohrteil 28 liz'v. Wirksammachen
der betreffenden Kontakte kann jede belicbige einzuregulierende relative Luftfeuchtigkeit
eingestellt werden.
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In Fig. 4 ist die in Fig. I gezeichnete Anordnung in Verbindung mit
den Verstellmitteln für die die Luftfcuchtigkeit beeinflussenden Einrichtungen gezeigt.
Das Schenkelrohr I, 2, 3 wird in Armen 19 gehaltcii und ist um die Achse 4 schwenkbar.
Seine jeweilige Einstellage erhält es nicht durch eine Stellschraube 23 oder Skala
21 (Fig. 10, sondern dadurch, daß sich ein an den Haltearmen 19 in bestimmter Lage
einstellbarer Bogen 32 mit seinem Ende an eine Schrägfläche anlegt. Diese Schrägfläche
sitzt einstellbar mittels einer Stellschraube 34 an einem Schlitten 35, welcher
durch eine Schraubenspindel 36 hin und her bewegt werden kann. Die Schraubenspindel
wird durch einen Motor 37 über eine Zahnradübersetzung 38, 39 angetrieben. An dem
Schlitten sind einstellbare Ansätze 41, 42 vorgesehen, zwischen welche ein Arm 43
eines um eine Achse 44 schwenkbaren Quecksilberumschalters 45 greift. Mittels der
Kontakte 46, 47, 48 kann durch diesen Umschalter der Motor 37 auf Vor- oder Rücklauf
geschaltet werden.
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Steht der Umschalter in seiner Mittellage bzw. der Arm 43 in seiner
Senkrechtlage, so ist der Motor 37 ausgeschaltet. Die Kontakte 14, 15 sind je an
eine Magnetspule 49, 51 angeschlossen, welche mit dem einen P<tl 52 einer Steuerleitung
verbunden sind, während der andere Pol 53 über eine Leitung 54 mit dem Mittelkontakt
16 des Schenkelrohres verbunden ist. Die beiden Elektromagnete arbeiten mit dem
um die Achse 44 schwenkbaren Anker 54 zusammen.
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Befindet sich der Umschalter 43, 45 in der dargestellten Schwenklage,
so war der Quecksilberfaden über den Kontakt 14 getreten, und zwar infolge eines
Unterdruckes in dem Rohrschenkel 2, welcher seinerseits durch eine zu starke Verdunstung
oder durch eine gegenüber der Lage des Schenkelrohres zu geringe Feuchtigkeit der
Luft hervorgerufen war, und hatte durch den Magnet 4'9 den Anker 54 angezogen. Durch
die Kontakte 47, 48 wurde dabei der Motor 37 auf Rücklauf geschaltet, so daß die
Schraubenspindel 36, welche auf die die Luftfeuchtigkeit beeinflussenden Apparate
in nicht dargestellter Weise einwirkt, im Sinne des Pfeiles 55 gedreht wurde, um
die Luftfeuchtigkeit des Raumes zu erhöhen, wobei der Schlitten 35 im Sinne des
Pfeiles 56 nach rechts geführt wird.
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Dabei wird durch die Schrägfläche 33 im Zusammenwirken mit dem Bogen
32 das Schenkelrohr I zurückgeschwenkt, so daß die Quecksilberkuppe den Kontakt
I4 verläßt und der Umschalter 43, 45 in seine mittlere Ausschaltlage von selbst
zurückfällt. Der Motor wird stillgesetzt und die Schraubenspindel 36 nebst Schlitten
35 ebenfalls, so daß die die Luftfeuchtigkeit beeinflussenden Vorrichtungen in ihrer
Arbeitslage verbleiben und die Feuchtigkeit der Luft in dem einzuregelnden Raum
ständig größer wird. Dies hat eine Verringerung der Verdunstung an dem Verdunstungsstrumpf
g und demzufolge eine Temperatursteigerung und Druckerhöhung in dem Raum 7 zur Folge,
so daß der Quecksilberfaden nach rechts bewegt wird und auf den Kontakt 15 trifft.
Hierdurch wird der Stromkreis des Magnets 51 hergestellt, der den Anker 54 anzieht
und den Motorstromkreis auf Vorlauf mittels der Kontakte 46, 47 herstellt. Die Schraubenspindel
wird nun entgegen der Pfeilrichtung 55 gedreht, und der Schlitten wandert entgegen
dem Pfeile 56 nach links. Es folgt dann eine Freigabe des Kontaktes 15 durch den
Quecksilberfaden, ein Zurückfallen des Schalters 43, 45 in die Ausschaltlage, und
darauf wiederholt sich das beschriebene Spiel in Form einer Hinundherschwingung
des Schlittens 35 so lange, bis sich die relative Luftfeuchtigkeit des Raumes auf
die im Apparat eingestellte Luftfeuchtigkeit einregul iert hat.
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Die einstellbaren Ansätze 4I, 42 haben im Zusammenwirken mit dem
Arm 43 den Zweck, ein Überlaufen des Schlittens 35 über die Endlage hinaus zu verhindern
und die Umschaltung des Schalters 43, 45 auf jeden Fall zu sichern. Der Vorteil
dieser Anordnung besteht darin, daß sich besondere Endauslöseschalter erübrigen
und die etwa notwendige Endauslösung durch den Schalter43, 45 mit iibernommen wird.
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Die Einstellung der einzuregulierenden relativen Luftfeuchtigkeit
erfolgt, wie schon erwähnt, durch entsprechende Verstellung des Bogens 32 an den
Haltern 19 mittels einer geeigneten, an dem Bogen angebrachten Skala. Die Schrägfläche
33 bildet eine Rückführung der Regelung, durch die die Genauigkeit der Regelung
und das Ausmaß der Schwingung eingestellt werden kann.
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Die Vorteile der beschriebenen Erfindung gegenüber den bekannten
Regel- und Anzeigevorrichtungen für relative Luftfeuchtigkeit bestehen darin, daß
bei größter Einfachheit und übersichtlichem Aufbau eine bisher nicht erreichte Betriebssicherheit
erzielt wird. Der Einfluß der Außenluft auf den Meßvorgang wird mit Ausnahme der
Temperatureinwirkung vollständig ferngehalten. Weder die Anderung des Luftdruckes
noch die Änderung der sonstigen physikalischen oder chemischen Eigenschaften der
Luft, wie z. B. die Anwesenheit ätzender Dämpfe und dgl., spielen eine Rolle. Die
Regelung vollzieht sich nach den Gesetzen über die Zustandsänderung von Gasen und
ist nur einem Mindestmaß an unkontrollierbaren Nebeneinflüssen unterworfen, so daß
eine weitgehende unveränderliche Regelung gewährleistet ist. Außerdem benötigt der
eigentliche Meßvorgang, nämlich die Bewegung des Flüssigkeitsfadens, keine besondere
Kraftquelle, ist also unabhängig von der Stromzufuhr.
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PATENTANSPROCHE: I. Verfahren zur Messung oder Regelung der relativen
Luftfeuchtigkeit mittels zweier Temperaturfühler, von denen der eine unter der Wirkung
einer Verdunstung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Temperaturen
in verschiedener Ausdehnung zweier eingeschlossener Gasmengen und deren einander
entgegenwirkende Ausdehnungsdrucke in der Verstellung eines Regelgliedes (I3) zur
Wirkung gebracht werden.