ES2321081T3 - Procedimiento y dispositivo para la calibracion de un sensor de humedad asi como disposicion de sensor con un sensor de humedad calibrable. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la calibración de un sensor de humedad (1), en el que con el sensor de humedad (1), en primeras condiciones ambientales y en segundas condiciones ambientales diferentes de las primeras, se detecta un valor de humedad (U1, U2) y en el que a partir de los parámetros de las condiciones ambientales y a partir de los valores de humedad medidos se determina un valor de corrección para el sensor de humedad, en el que a una primera presión (P1) y a una segunda presión (P2) diferente de la primera y, por lo demás, con las mismas condiciones, se detecta en cada caso un valor de humedad (U1, U2), en el que se conoce al menos la relación del primer valor de la presión (P1) y del segundo valor de la presión (P2), se determina el valor de corrección para el sensor de humedad (1) a partir de la relación de los valores de la presión y los valores medidos de la humedad (U1, U2), y se determina el factor de corrección k a sustraer de un valor de humedad medido, de acuerdo con la ecuación: k = ((P1/P2) * U2 - U1)/(P1/P2 - 1).
Description
Procedimiento y dispositivo para la calibración
de un sensor de humedad así como disposición de sensor con un
sensor de humedad calibrable.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la calibración de un sensor de humedad, en el que
con el sensor de humedad, en primeras condiciones ambientales y en
segundas condiciones ambientales diferentes de las primeras, se
detecta un valor de humedad y en el que a partir de los parámetros
de las condiciones ambientales y a partir de los valores de humedad
medidos se determina un valor de corrección para el sensor de
humedad.
Con la ayuda de sensores de humedad se mide la
humedad relativa en volúmenes de gas abiertos o cerrados, es decir,
la cantidad de humedad, que está disuelta en el gas respectivo con
relación a la cantidad máxima de humedad que se puede disolver en
el gas a la temperatura dada.
Tales mediciones son habituales, por ejemplo, en
el consumidor medio como mediciones de la humedad relativa del aire
para la determinación de las condiciones climáticas, pero también
son habituales en el entorno industrial, por ejemplo, en la
determinación de la humedad relativa del aire en recipientes de gas
a presión.
Los sensores de humedad se cargan con frecuencia
en gran medida a través de influencias físicas y químicas y pueden
modificar de esta manera su curva característica de reacción en una
medida significativa frente a una calibración inicial. Por lo
tanto, a ciertos intervalos es necesaria un recalibración.
Se conoce a partir del estado de la técnica (DE
3936138 A1, US 6073480) una calibración de un sensor de humedad, en
el que se realiza una primera medición de humedad a una primera
temperatura y a continuación, a una segunda temperatura, se realiza
una segunda medición de la humedad, en el que se mantiene la presión
del gas en ambas mediciones. A través de los valores medidos de la
temperatura y de la humedad es posible un cálculo de un valor de
corrección para la medición para la medición de la humedad, puesto
que se conoce la relación matemática entre temperatura y humedad
relativa real.
Sin embargo, para la aplicación de esta técnica
es necesario, por una parte, disponer sensores de temperatura en la
zona de los sensores de humedad y, por otra parte, prever elementos
de calefacción o elementos de refrigeración. Además, una
calibración de este tipo requiere tiempo para el ajuste de las
temperaturas de medición respectivas.
Como otro estado de la técnica se menciona el
documento FR 2 716 975 A. En este documento se describe un
procedimiento para la calibración de un sensor de humedad, en el
que en diferentes condiciones de presión y, por lo demás, en las
mismas condiciones ambientales se registran dos valores de humedad y
se determina un valor de corrección a partir de los valores de la
presión y los valores medidos de la humedad.
En cambio, la presente invención tiene el
cometido de crear un procedimiento para la calibración de un sensor
de humedad así como un dispositivo correspondiente y una disposición
de sensor con un sensor de humedad calibrable del tipo mencionado
al principio, en el que se simplifica el proceso de calibración y se
necesitan medios auxiliares lo más reducidos posible para su
realización.
El cometido se soluciona de acuerdo con la
invención porque a una primera presión P1 y a una segunda presión
P2 diferente de la primera y, por lo demás, en las mismas
condiciones, se registra en cada caso un valor de humedad U1, U2,
en el que se conoce al menos la relación del primer valor de la
presión P1 y del segundo valor de la presión P2 y en el que se
determina el valor de corrección para el sensor de humedad a partir
de la relación de los valores de la presión y de los valores de
humedad medidos.
El cometido se soluciona, además, a través de un
dispositivo con un sensor de presión, una instalación de entrada
para la entrada de los valores de medición del sensor de humedad en
una primera memoria de datos y en una instalación de cálculo, que
determina un valor de corrección del sensor de humedad a partir de
la relación de dos valores de presión y de dos valores de humedad
detectados en los valores de presión respectivos, por lo demás, en
las mismas condiciones.
Si se mide el valor de humedad a dos presiones
diferentes, de manera que se mantienen constantes la temperatura y
otras condiciones ambientales y en el que se mantiene la misma
cantidad de humedad absoluta en el gas, entonces se modifica el
valor de la humedad relativa entre las dos mediciones. A partir de
la relación de los dos valores de la presión se puede deducir la
relación de los dos valores de la humedad relativa del gas que están
presentes realmente. Si las relaciones de las presiones y de las
humedades relativas del gas medidas no coinciden, entonces a partir
de la desviación se puede determinar el valor de corrección, que
debe aplicarse durante la medición de la humedad respectiva. Este
valor de corrección se puede restar entonces del valor medido de la
humedad relativa o se puede añadir a éste.
El dispositivo para la calibración de un sensor
de humedad prevé de acuerdo con ello un sensor de presión, cuando
éste no está previsto de todos modos en la instalación en la zona
del sensor de humedad así como una instalación de entrada, a través
de la cual se pueden alimentar al dispositivo de calibración los
valores medidos de la humedad del sensor de humedad. Una
instalación de cálculo del dispositivo de calibración determina
entonces a partir de los datos medidos el valor de corrección y lo
emiten.
Ventajosamente, el procedimiento para la
calibración se realiza de tal forma que se determina el factor de
corrección k a sustraer del valor medido de la humedad de acuerdo
con la ecuación:
k = ((P1/P2) *
U2 - U1) / (P1/P2 -
1).
De una manera ideal, en un gas de consistencia
permanente y de temperatura constante, se aplica que la relación de
los dos valores de la presión, a las que se mide, corresponde a la
relación de las humedades relativas del aire que están presentes
realmente:
P1/p2 = U1 \
(real)/ U2 \
(real).
Puesto que los valores medidos de la humedad U1,
U2 no coinciden con los valores reales de la humedad antes de la
calibración, se calcula el valor real de la humedad.
U1 \ (real) =
U1 - \ k \hskip0.5cm as\text{í} \ como \hskip0.5cm U2 \ (real) = U2
-
k.
Se obtiene la ecuación:
P1/P2 = (U1 -
k) / (U2 -
k).
Esta ecuación, resuelta según k, da como
resultado:
k = ((P1/P2) *
U2 - U1) / (P1/P2 -
1).
Esto se aplica en el supuesto de que k sea
independiente del valor U. A través del procedimiento de calibración
de acuerdo con la invención, se puede calibrar de esta manera el
sensor de humedad utilizando un sensor de presión, sin que se
determine directamente la humedad presente realmente. Solamente es
necesario utilizar un sensor de presión calibrado, lo que se
simplifica, sin embargo, porque los sensores de presión son
relativamente estables en su calibración.
De una manera práctica, el procedimiento para el
calibrado de un sensor de humedad se realiza de una manera
ventajosa en una instalación llena de gas que puede ser impulsada
con presión porque por medio de una válvula prevista en la
instalación, se deja salir o se alimenta gas y porque se registran
valores de la presión y valores de la humedad antes y después de la
salida/alimentación de gas, de manera que se espera en cada caso
una compensación de la temperatura antes de la medición de la
humedad.
En instalaciones rellenas de gas que pueden ser
impulsadas con presión están previstas de todos modos típicamente
válvulas para el llenado con gas o para la salida de gas. A través
de una válvula de este tipo puede salir o se puede alimentar gas,
de manera que el gas que sale puede ser acumulado en un depósito de
presión externo. Antes y después de la salida o bien de la
alimentación de gas se realizan en cada caso mediciones de la
humedad, de manera que después de la salida o alimentación de gas
debe esperarse una compensación de la temperatura, puesto que ambas
mediciones de la humedad deben tener lugar a la misma temperatura y
puesto que a través de la expansión del gas por medio de la
elevación de la presión, es previsible una reducción o bien una
elevación de la temperatura. En lugar de válvulas, se pueden
emplear también reductores de presión.
Para la calibración del sensor de humedad, éste
puede ser accionado en una parte pequeña cerrada herméticamente
(cámara de medición) de la instalación, de manera que los diferentes
valores de la presión no requieren una modificación de la presión
en toda la instalación, sino que solamente debe modificarse la
presión del gas en el volumen parcial, en el que está dispuesto el
sensor de humedad. Los sensores de presión correspondientes pueden
estar previstos de todos modos en la instalación en la zona del
sensor de humedad, pero se pueden introducir también en el
transcurso de la calibración en el volumen o se puede medir la
presión respectiva durante la salida o alimentación de gas en el
conducto de alimentación respectivo fuera de la instalación. De este
modo, se puede realizar la calibración sin modificaciones mayores o
instalaciones en la instalación rellena de gas que puede ser
impulsada con presión por personal de servicio, de una manera
sencilla, fiable y rápida. La cámara de medición con sensor de
humedad incorporado está diseñada, por lo tanto, a través de medios
adecuados (válvula, reductor de presión, etc.) para generar las dos
presiones necesarias para el procedimiento de calibración para el
sensor de humedad.
La invención se refiere, además, a una
disposición de sensor con un sensor de humedad que puede ser
calibrado de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3 y con
una instalación de corrección con una memoria, en la que se puede
almacenar un valor de corrección a restar del valor medido de la
humedad, de manera que la instalación de corrección resta el valor
de corrección del valor de medición registrado de la humedad y
alimenta especialmente el resultado de una instalación de
representación.
\newpage
La disposición de sensor presenta, por lo tanto,
una instalación de corrección 8, a través de la cual se corrige
después de una calibración el valor de la humedad detectado por el
sensor de humedad por medio del valor de corrección, de manera que
el valor de la humedad presente realmente está disponible como valor
de medición corregido para la lectura o para el procesamiento
posterior, por ejemplo en un puesto de mando de medición.
A continuación se muestra y se explica la
invención a modo de ejemplo con la ayuda de un dibujo. En este
caso:
La figura 1 muestra en una representación
esquemática un sensor de humedad así como un dispositivo para su
calibración.
La figura 2 muestra de forma esquemática la
función de la instalación de cálculo para la determinación del
valor de corrección.
La figura 3 muestra un diagrama de flujo del
proceso de calibración.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 muestra un sensor de humedad 1 en
una cámara de medición 2 hermética al gas. La cámara de medición 2
presenta una primera conexión de gas 3 y una segunda conexión de gas
4, por medio de la cual se puede conectar la cámara de medición con
una instalación 5 rellena de gas y que puede ser impulsada con
presión, por una parte, y con otra cámara de gas por medio de una
manguera de presión 6, por otra parte.
En la cámara de medición 2 está previsto,
además, un sensor de presión 7. este sensor de presión puede ser un
sensor de presión de venta en el comercio, pero debería estar
calibrado y debería disponer de una exactitud de medición lo más
alta posible.
Para medir, por ejemplo, la humedad del gas en
la instalación 5 que puede ser impulsada con presión y calibrar al
mismo tiempo el sensor de humedad 1, se conecta en primer lugar la
cámara de medición 2 a través de la primera conexión de gas 3 con
la instalación 5 que puede ser impulsada con presión, de manera que
puede tener lugar un intercambio de gas y una compensación de la
presión. A continuación se mide la presión del gas en la cámara de
medición por medio del sensor de presión 7 y se separa la cámara de
medición 2 desde la instalación que puede ser impulsada con
presión. Además, en las condiciones presentes ahora, se mide el
primer valor de la humedad por medio del sensor de humedad 1. En
este caso, se puentea la instalación de corrección 8, que está
conectada con los conductos de alimentación 9 del sensor de humedad,
que resta, en el funcionamiento normal, el valor de corrección
memorizado en la memoria 10 del valor de medición inmediato del
sensor de humedad 1, para la calibración.
A continuación se deja salir una cierta cantidad
de gas desde la cámara de medición 2 por medio de la segunda
conexión de gas 4 a través de la manguera de presión, de manera que
se reduce la presión del gas. Luego se cierra de nuevo la cámara de
medición 2 de forma hermética al gas.
Después de que la temperatura se ha normalizado
en la cámara de medición 2, se mide ahora un segundo valor de
humedad U2 así como un segundo valor de la presión P2. A partir de
los dos valores de la presión medidos así como los dos valores de
medición de la humedad medidos y no corregidos se puede calcular
entonces un valor de corrección, que se deposita en la memoria 10.
En las mediciones siguientes se resta entonces, dentro de la
instalación de corrección 8, el valor de corrección depositado en la
memoria del valor de la memoria medido en el sensor de humedad en
una unidad de resta 11 y se emite como valor de medición corregido
por medio de una representación 17.
En la figura 2 se representan de forma
esquemática las etapas de detección y de cálculo en un proceso de
calibración. Por medio del sensor de humedad 1 se detecta el valor
de la humedad U1 en una primera etapa. Al mismo tiempo se detecta
por medio del sensor de presión 7 el valor de la presión P1. Ambos
valores de medición se depositan en una primera memoria de datos 12
y en una segunda memoria de datos 13.
En una segunda etapa se mide entonces a presión
reducida y, por lo demás, en las mismas condiciones ambientales, un
segundo valor de la humedad U2 así como un segundo valor de la
presión P2. Ambos valores de medición se depositan de nuevo en la
primera y en la segunda memoria de datos 12, 13 correspondiente.
A continuación, se calcula la relación P1/P2 y
se deposita en una tercera memoria de datos 14. En una instalación
de cálculo 15 se calcula entonces k por medio de un microprocesador
de acuerdo con la fórmula indicada en la reivindicación 2 de la
patente y se transmite a una instalación de salida 16, que transmite
el valor de corrección, por ejemplo, a la instalación de corrección
8, donde se memoriza este valor de corrección en la memoria 11.
En la figura 3 se representa el proceso de
calibración de nuevo en forma de etapas de flujo. En una primera
etapa 101 se ajusta en la cámara de medición una presión
determinada. En la segunda etapa 102 se mide el valor de la presión
P1 así como el valor de la humedad U1. En la tercera etapa 103 se
modifica la presión en la cámara de medición, por ejemplo, a través
de la salida de gas. En la cuarta etapa 104 se mide una segunda
presión P2 así como un segundo valor de la humedad U2. En la quinta
etapa 105 se calcula el cociente de P1 y P2 así como el cociente de
U1 y U2. En la sexta etapa 106 se comparan los cocientes de P1 y P2
así como U1 y U2 entre sí. Si los dos cocientes coinciden, entonces
se coloca en la etapa siguiente (109) el valor de corrección k = 0
y se termina el procedimiento de calibración. Si los cocientes no
coinciden, entonces se calcula k en la etapa siguiente 107 a partir
de la fórmula indicada en la reivindicación 2 de la patente. En la
octava etapa 108 se memoriza entonces k en la memoria 10 para la
corrección de las mediciones siguientes de la humedad.
En una calibración ejemplar se ha medido en
primer lugar un primer valor de la presión P1 = 4,5 bares. En este
valor de la presión se ha medido por medio del sensor de humedad un
valor de la humedad U1 = 1,7% de humedad relativa. En una segunda
presión del gas se midió el valor de la presión P2 = 0,9 bares y un
valor de la humedad de 0,5% de humedad relativa. Como cociente de
los valores de la presión resultó 5. De esta manera, hubo que
reducir el valor de la humedad relativa a alta presión de 1,7% de
humedad relativa a 0,34% de humedad relativa con el mismo valor bajo
de la presión. Pero se midió un valor de 0,5% de humedad relativa
con el valor reducido de la presión. Es decir, si es necesaria una
corrección, se obtiene k de la siguiente manera:
k = (5 * 0.5%
r. \ F - 1,7% r. \ F) / (5 - 1) = 0.2% r. \
F.
Los valores de la humedad corregidos según la
medición realizada son entonces
U1 \ (real) =
1.7% r.\ F - 0.2% r. \ F = 1.5% r. \
F
y
U2 \ (real) =
0.5% r. \ F - 0.2% r. \ F = 0.3% r. \
F.
El procedimiento de calibración descrito se
puede realizar cíclica o bien periódicamente durante el
funcionamiento del sensor de humedad y en cada caso se puede
calcular un valor de corrección nuevo y se puede memorizar.
El procedimiento de acuerdo con la invención se
puede realizar de múltiples maneras además de las configuraciones
mostradas. En particular, existen numerosas formas de realización de
dispositivos para la realización del procedimiento de acuerdo con
la invención.
Claims (2)
1. Procedimiento para la calibración de un
sensor de humedad (1), en el que con el sensor de humedad (1), en
primeras condiciones ambientales y en segundas condiciones
ambientales diferentes de las primeras, se detecta un valor de
humedad (U1, U2) y en el que a partir de los parámetros de las
condiciones ambientales y a partir de los valores de humedad
medidos se determina un valor de corrección para el sensor de
humedad, en el que a una primera presión (P1) y a una segunda
presión (P2) diferente de la primera y, por lo demás, con las mismas
condiciones, se detecta en cada caso un valor de humedad (U1, U2),
en el que se conoce al menos la relación del primer valor de la
presión (P1) y del segundo valor de la presión (P2), se determina el
valor de corrección para el sensor de humedad (1) a partir de la
relación de los valores de la presión y los valores medidos de la
humedad (U1, U2), y se determina el factor de corrección k a
sustraer de un valor de humedad medido, de acuerdo con la
ecuación:
k = ((P1/P2) *
U2 - U1) / (P1/P2 -
1).
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 para la calibración de un sensor de humedad (1) en
una instalación (5) llena de gas que puede ser impulsada con
presión, caracterizado porque por medio de una válvula (3,
4) prevista en la instalación, se deja salir o se alimenta gas, y
porque se registran valores de la presión y valores de la humedad
antes y después de la salida/alimentación de gas, en el que se
espera en cada caso antes de la medición de la humedad una
compensación de la temperatura.
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