FI85770C - Foerfarande i samband med impedansgivare i radiosonder. - Google Patents

Description

85770 1 Menetelmä radiosondien impedanssiantureiden yhteydessä Eörfarande 1 samband med impedansgivare i radiosonder * 5

Keksinnön kohteena on menetelmä radiosondien impedanssiantureiden tarkkuuden parantamisessa.

10 Ennestään tunnetaan useita erilaisia sähköisesti ilmaistuja lämpotila-ja kosteusantureita, joiden impedanssi muuttuu mitattavan suureen funktiona. Tällaisia kosteusantureita tunnetaan esim. USA-patenteista n:ot 3168829 ja 3350941 sekä hakijan suomalaisesta patentista n:o 48229.

15 Ennestään tunnetusti käytetään lämpötilan mittaamiseen kapasitiivisia antureita, jotka perustuvat yleensä siihen, että kondensaattorilevyjen välisen eristeaineen dielektrisyysvakio on lämpötilasta riippuva, jolloin myös kapasitanssi riippuu lämpötilasta. Esim. hakija käyttää hyvin pienikokoisia, mainitun periaatteen mukaisia keraamisia kondensaattoreita läm- 20 pötila-antureihin radiosondeissa. Tällaisen anturin tarkkuus on yleensä • ·' riittävä, koska se ei lämpene mittausvirrasta ja koska sen Q-arvo on hyvä.

: " Anturi on mekaanisesti stabiili, eikä siinä ole havaittu merkittävää van- ·.·.’ henemista ja sen dynamiikka on riittävän laaja. Tällainen keraaminen läm- : pötila-anturi on kuitenkin suojattava hyvin kosteudelta esim. lasilla.

: ; 25 Tällöin anturin koko suurenee moninkertaiseksi, jolloin anturin nopeus huononee ja säteilyvirheet suurenevat.

Mainitut lämpötila-anturit voidaan saada toimimaan entistä tarkemmin, jos tunnetaan entistä tarkemmin niiden lämpötilan ja ympäristön lämpö-... 30 tilan välinen ero. Etenkin tähän ongelmaan esillä oleva keksintö tarjoaa ··· ratkaisun.

*·.· Esillä olevan keksinnön tekniikan tasoon osaltaan liittyy FI-patentti n:o 48229, jossa on esitetty kapasitiivinen kosteusanturi, jossa dielek-* 35 trisena aineena on polymeerikalvo, jonka dielektrisyysvakio on polymeri- kalvon absorboiman vesimäärän funktio.

: 85770 ^ Edellä esitetyissä ja muissakin impedanssin muutokseen perustuvissa antureissa esiintyy ei-toivottuja ilmiöitä, joita ovat mm. em. säteilyvirhe, antureiden hitaus ja hystereesis.

5 Hakijan FI-patenttihakemuksessa 58402 on esitetty menetelmä sähköisen, impedanssin muutokseen perustuvan, kosteusanturin palautuvien muutosten aiheuttamien ei-haluttujen ominaisuuksien pienentämiseksi, etenkin kapa-sitiivisessa kosteusanturissa, jonka kosteudelle herkkää materiaalina on orgaaninen polymeeri, jonka kosteusanturin kosteudeJle herkkää materiaali) lia lämmitetään, ainkain suuremmilla suhteellisilla kosteuksilla, kosteus-anturin ympäristön lämpötilaa suurempaan lämpötilaan. Anturin lämmitys-tehoa voidaan tarvittaessa säätää mitattavan kosteuden funktiona.

Mainitussa FI-patentissa 58402 mitataan kosteusanturin lämpötila ja/tai 15 ulkolämpötila ja tätä tai näitä mittaussuureita käytetään hyväksi kosteus-mittausarvojen laskemisessa.

Esillä olevaan keksintöön liittyvän tekniikan tason osalta viitataan myös hakijan FI-patenttiin 57319, jossa on esitetty menetelmä pienten kapasi-20 tanssien mittaamiseksi siten, että hajakapasitanssin vaikutus saadaan eliminoiduksi, jossa menetelmässä käytetään RC-oskilaattoripiiriä, jonka lähtötaajuus riippuu, sopivimmin kääntäen verrannollisesti, mitattavasta .· kapasitanssista. Viime mainitun FI-patentin menetelmässä mitattava kapasi tanssi kytketään pieni-impedanssisen generaattorin ja vain virtaa mittaa-; 25 van piirin välille, esimerkiksi invertoivan vahvistimen oton ja annon välillä.

Esillä olevan keksinnön yleistarkoituksena on kehittää edelleen ennestään tunnettua lämpötilan ja/tai kosteuden mittaustekniikkaa etenkin 30 radiosondisovellutuksissa.

Esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on kehittää edelleen kapasi-• tiivisia lämpötila-antureita niin, että niiden säteilyvirhe sekä hitaus saadaan pääasiallisesti eliminoiduksi.

Keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada uusi mittausmenetelmä ja anturijärjestely, etenkin radiosondikäyttöön, jossa kapasitiivinen kosteus- 35 3 85770 ^ anturi joutuu niin suureen kosteuteen, että anturitoiminta huononee ja vettä tai jäätä kerääntyy anturin pinnalle. Kun tällainen tilanne on ohi, kestää kauan ennen kuin vesi tai jää ovat haihtuneet, minkä ajan anturi antaa tietenkin väärän, liian suurta kosteutta ilmoittavan viestin. Vettä 5 keräävissä olosuhteissa anturi voi antaa väärän lukeman esim. ylikylläs-tyneen vesihöyryn tilanteessa. Edellä mainitussa FI-patentissa 58402 esitetty kapasitiivisen kosteusanturin lämmityksellä voidaan edellä mainittuja epäkohtia välttää, mutta aikaisemmin ratkaisemattomana ongelmana on kuitenkin se, että riittävän tarkan kosteusmittauksen aikaansaamiseksi 10 anturin lämpötila on tunnettava hyvin tarkkaan. Suhteellisen kosteuden 1-2 %:n mittaustarkkuuden aikaansaamiseksi on lämpötila saatava mitatuksi noin 0,l°C:n tarkkuudella. Lämpötilan mittauksessa voi olla enemmän absoluuttista virhettä, mutta lämpötilaero on tunnettava ympäristöön nähden mainitulla tarkkuudella.

15

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada sellainen mittausmenetelmä ja antu-rljärjestely, jossa suhteellinen kosteus voidaan mitata edellä esitetyllä tarkkuudella 1-2 %. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on aikaansaada sellainen mittausmenetelmä ja anturijärjestely, joka soveltuu erityisen hyvin 20 käytettäväksi radiosondeissa, koska menetelmää käyttäen anturijärjestely • saadaan yksinkertaiseksi ja kevytrakenteiseksi.

*· ' Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada sellainen kosteusanturi, jota käyt- : täen voidaan välttää veden tiivistyminen kosteusanturin pinnalle, esimer- 25 kiksi silloin, kun radlosondi lentää pilvessä.

Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että menetelmässä mitataan anturin tai antureiden lämpötilaa termoparilla, jonka termoele-30 menttlen toisen haaran liitos sijoitetaan mitattavan anturin yhteyteen tai tuntumaan ja jonka termoparln toisen haaran liitos sijoitetaan antu-* ria ympäröivään atmosfääriin ja että mainitulla termoparilla havaitaan :*·_ anturin yhteydessä vallitsevan lämpötilan ja ympäröivän atmosfäärin lämpö- ."·. tilan eroa, jota edustavalla sähkösignaalilla vaikutetaan radiosondin • - 35 mittauskytkennän lähtösignaaliin, joka sisältää tiedon anturilla tai antu reilla mitattavasta meteorologisesta suureesta tai suureista.

85770 ^ Keksinnössä toteutuvat useat edut yhtäaikaa. Näitä etuja käsitellään tarkemmin seuraavassa. Yhdellä kalibroinnilla saadaan kaksi lämpötila-anturia käyttöön. Termoelementin toinen haara on jossakin toisessa tunnetussa lämpötilassa kuin varsinainen abosluuttilämpötila-anturi. Ohutta 5 termoelementtilankaa käytettäessä saavutetaan suuri nopeus ja pieni säteilyvirhe.

Keksinnössä sovellettavaa vaihtosuuntaajaideaa muuntaen voidaan mitata myös jännitteiden asemesta sähkövirtoja, vastuksia tai muita sähkösuu-10 reita. Keksinnön ansiosta saavutettu mittaustarkkuus on luokkaa + 0,]°C, koska dynamiikka on hyvä (taajuutta on helppo mitata tarkasti), ja koska termoparissa ei ole mitään pohjasignaalia eli termoparin jännite on nolla, kun siihen ei vaikuta lämpötilaero.

15 Kytkentä on parhaimmillaan, kun lämpötilaero termoparin haarojen välillä ei ole niin suuri, että termoparin aiheuttama taajuuden muutos ei olennaisesti ohita referenssikondensaattoreiden vastaavia taajuuksia.

Keksinnön puitteissa on mahdollista toteuttaa kosteudenmittaus siten, 20 että kosteusanturi ja lämpötila-anturi ja termoelementin toinen haara ovat hyvässä lämpökontaktissa keskenään ja tätä kokonaisuutta lämmitetään vain vähän. Toinen termoelementin haara on vapaassa ilmassa. Tällöin vältetään veden tiivistyminen kosteusanturin pinnalle esim. sondissa sil-loin kun se lentää pilvessä. Anturi ei tietenkään näytä lämmityksen takia 25 100 % suhteellista kosteutta, mutta koska lämpötilaero tunnetaan, on las kennallisesti mahdollista määrätä oikea kosteusmittaustulos.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin sovellusesi-30 merkkeihin, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole ahtaasti rajoitettu.

Kuvio 1 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaista menetelmää ja siinä : sovellettavaa anturijärjestelyä.

35 Kuvio 2 esittää keskeistä poikkileikkausta kapasitiivisesta lämpötila-anturista, jonka yhteyteen on sovitettu termoparin toinen haara.

ii 5 85770 1 Kuvio 3 esittää päältäpäin nähtynä kapasitiivista kosteusanturia, jota keksinnössä voidaan soveltaa.

Kuvio 4 esittää leikkausta III-III kuviossa 3.

5

Kuvio 5 esittää tarkemmin keksinnön menetelmää ja anturijärjestelyä soveltavaa radiosondin mittauskytkentää.

Kuvio h esittää kaaviollisena sivukuvana eri antureiden sijoitusta 10 samalle lämmitetylle kuparilevylle.

Kuviossa 1 on esitetty kaaviollisesti ja osittain lohkokaaviona keksinnön menetelmää ja anturijärjestelyä soveltava kytkentä, jota käytetään radiosondien telemetriassa, joilla mitataan sondia ympäröivän ilmakehän 15 painetta (P), lämpötilaa (T) ja suhteellista kosteutta (U) . Kuvion 1 mukaisesti kytkennässä käytetään mittausantureina kapasitiivisia antureita ja C,.. on referenssikondensaattori samoin kuin kytkimeen

43 liittyvä kondensaattori C^. Nämä kondensaattorit kytketään vuoron perään mittausoskillaattorin 70 ottoon, johon on kytketty pohjakapasi-20 tanssi C^. Mittausoskillaattorista 70 saadaan antosignaalina taajuus ; F

out • Kuvion 1 mitLausjärjestelyyn kuuluu mittausoskillaattorin 70 ottopuolelle ; kytketty vaihtokytkin 40, joka kytkee vuorotellen kunkin mitattavan kapa- .25 sitanssin ja C,_ mittausoskillaattorin 70 ottoon. Tämän kytkennän .·*·. yksityiskohtien ja sen tarkemman toteutuksen osalta viitataan hakijan FI-patenttiin 57 319 ja US-patenttiin 4 775 830.

Mitattavien kapasitanssien vaihtokytkimiä 40 ohjataan kytkimien ohjaus-30 yksiköllä 35, joka saa ohjaussignaalin askellusoskillaattorilta 80.

Kuviossa 2 on esitetty lämpötila-anturi 30, jonka toiminta perustuu kapa-: sitanssin mittaukseen. Anturi 30 on keraaminen kondensaattori, jonka ··, eristeen materiaalin dielektrisyysvakiolla on suhteellisen suuri lämpö- - - 35 tilariippuvuus. Mitattava kapasitanssi muodostuu elektrodilevyjen 33 ja 34 välille. Elektrodilevyistä 33 ja 34 lähtevät johtimet 31 ja 32, . ·· jotka on kytketty kuviosta 1 ja 5 näkyvällä tavalla. Anturi 30 on suo- 6 85770 ^ jattu lasivaipalla 36 kosteuden vaikutuksia vastaan. Lasivaipan 36 ulkopinnalle on tehty kuparikerros 37, johon on juotettu terraoparin 20 lankojen 21 ja 22 välinen liitos 23. Kuparikerroksesta 37 on edullista järjestää yhteys maahan verraten suuren kondensaattorin esim. n. 10 nF:n konden-5 saattorin kautta. Näin estetään kondensaattori C,_:n mittauksessa käytetyn vaihtojännitteen kulkeutuminen termopariin kapasitiivisesti lasivaipan kautta. Edelleen maadoituskondensaattori estää hajakapasitanssin syntymisen C^:n rinnalle lasia pitkin. Termoparin 20 toisen haaran 21 lanka on esim. kuparia (Cu) ja toisen haaran 22 lanka konstantaania (Ko). Anturin 10 30 suojavaipan metallointi estää myös pintavuotovirtojen häiritsevän vai kutuksen lämpötilamittaukseen.

Keksinnössä voidaan käyttää myös kapasitiivista kosteusanturia 10, joka on järjestetty lämmitettäväksi niiden periaatteiden mukaisesti, jotka on 15 tarkemmin esitetty hakijan FI-patentissa 58402 ja oheisen piirustuksen kuvioissa 3 ja 4.

Kuvioissa 3 ja 4 esitetty eräs esimerkki kapasitiivisesta kosteusantu-rista 10 on perusrakenteeltaan tunnettu hakijan suomalaisesta patentista 20 n:o 48 229. Anturin 10 pohjana on veden absorption suhteen passiivinen tukialusta 11, kuten lasilevy. Tukialustalle 11 on tehty pohjakontakti 12, joihin on kiinnitetty kontakteilla 16 johtimet, joista kapasitanssia mitataan. Anturissa 10 on aktiivisena aineena ohut polymeerikalvo 13, jonka päälle on muodostettu ohut vesihöyryä läpäisevä pintakontakti 14, 25 joka ei ole galvaanisessa kosketuksessa kumpaankaan pohjakontaktiin 12. Näin muodostuu mitattava kapasitanssi pohjakontaktien 12 ja pinta-kontaktin 14 välille syntyvien kapasitanssien sarjakytkennästä. Vesimole-kyylien absorboituessa kalvon 13 kosteusherkkään materiaaliin tapahtuu veden sitoutumista kahteen eri ilmiöön perustuen. Toinen sitoutuminen 30 tapahtuu molekyläärisellä tasolla antaen nopean ja yleensä lineaarisen vasteen kapasitanssin muutoksen muodossa.

: Kuvioissa 3 ja 4 esitetyn kosteusanturin 10 lämmitysvirtana voidaan käyttää joko anturin 10 sopivan taajuista mittausvirtaa tai anturiin 10 35 voidaan integroida lämmitysvastus 15, jonka kontakteihin 17 syötetään lämmitysvirta I kuvion 3 mukaisesti. Kun anturin 10 lämmitysvirtana

II

7 85770 1 käytetään mittausvirtaa, voidaan menetellä em. hakijan FI-patentissa 58 402 esitettyjen periaatteiden mukaisesti.

Kuvioiden 3 ja 4 mukaisesti anturiin 10 on integroitu, samalla periaat-5 teella kuin kuviossa 2 esitettyyn anturiin 30, lämpötilamittausanturi, joka on muodostettu termoparista 20. Termoparissa 20 on sinänsä tunnetusti kahdesta eri metallista tehdyt termoelementtihaarat 21 ja 22, jotka on yhdistetty anturin 10 yhteydessä liitoksella 23. Termoparin 20 toinen haara voidaan sijoittaa mittaamaan sondia ympäröivän atmosfäärin 10 SA lämpötilan T .

Käytännössä kuvioiden 2,3 ja 4 mukaisissa, vain periaatteellisesti esitetyissä anturirakenteissa on oltava mukana myös absoluuttilämpötila-anturi. Tätä integroitua rakennetta esittää kuvio 6, jossa on mukana 15 myös anturin lämmitys, koska muuten ei tunneta absoluuttilämpötilaa.

Kuvion 2 mukainen anturirakenne 30 on viety kiinni suhteellisen paksuun pieneen kuparilevyyn 41, johon on myös kiinnitetty esim. liimattu kosteus- anturi 42,10. Kuparilevyyn 41 on yhdistetty lämmitysvastus 48. On edul- 20 lista yhdistää levyyn 41 myös vakiokondensaattori C0 ja paineanturi C^, : koska näillä kahdella voi olla lämpöriippuvuutta, vaikka C_ pyritäänkin « · ^ ; '·· tekemään mahdollisimman tunteettomaksi lämpötilan vaihteluille. Sama : .' : koskee myös kondensaattoria C^. Kuvion 6 mukaisesti kondensaattori 44 : : (C,.) on kiinnitetty juotoksella 43 vaipastaan levyyn 41. Juotos 51 kiin- ;···. 25 nit tää vakiokondensaattorin 47 (θ£) vaipastaan levyyn 41. Kosteusanturin ."·. 42 johdot menevät levyssä 41 olevien reikien kautta piirilevylle 46, jolle muidenkin levyllä 41 olevien komponenttien johtimet menevät. Tämä piirilevy 46 on sopivimmin ohutta taipuisaa materiaalia, jolloin sen jatketta voidaan käyttää liittämään kyseinen yksikkö muuhun elektroniikkaan.

30 *···' Kuviossa 6 esitetyn levyn 41 yhteydessä on lämmitysvastus 48, joka on edullista sijoittaa siten, että kaikkiin antureihin ja vakiokondensaat-toreihin on olennaisesti yhtä pitkä matka. Näin voidaan pienentää lämpö-.··. tilaeroja eri antureiden välillä. Samasta syystä on edullista pitää vas- ; 35 tuksen 48 lämmitysteho niin pienenä, ettei yksikkö lämpene enempää kuin yleensä n. 2-5°C ympäristön lämpötilan yläpuolelle. Levyn 41 yhteydessä *. 1: on pienikokoinen paineanturi 49, jota ei ole syytä kiinnittää pinnastaan β 85770 ^ kuparilevyyn 41 lämpölaajenemiskertoimien erilaisuuden takia. Paineanturi 49 on sen tähden vain johtojensa varassa. Jotta paineanturi 49 olisi kuitenkin levyn 41 lämpötilassa, on se sijoitettu kuparikuppiin 50, joka on juotettu levyyn 41. Kuviossa 6 näkyy termoparin 20 toinen liitos 23 ja 5 toinen liitos 24 on sijoitettu mittaamaan sondia ympäröivän atmosfäärin SA lämpötilaa T .

Kuviosta 1 ilmenevän keksinnön pääperiaatteen mukaisesti termoparin 20 napojen A välillä vallitsee tasajännite U , joka on johdettu kytkin-10 yksikön 50 kautta vaihtosuuntaajayksikköön 60, joka muuttaa termoparin 20 tasajännitteen U vaihtojännitteeksi U(t). Yksikön 60 anto on kytketty dynamiikan säätöyksikön 65 kautta mittausoskillaattorin 70 ottoon kuvion I mukaisesti.

15 Keksinnön tarkemman toimintaperiaatteen selvittämiseksi tarkastellaan kuvioita l ja 5. Yksikön 60 kytkimet 61,62,63 ja 64 muodostavat vaihtosuuntaajan. Tätä vaihtosuuntaajaa 60 kytketään mittausoskillaattorin 70 antotaajuuden f tahdissa. Saatu vaihtosähkö johdetaan 4,7 K:n vastuksen ja 100 n:n kondensaattorin kautta mittausoskillaatorin 70 ottoon, 20 samaan pisteeseen In, johon mitattavat kapasitanssitkin C„___C_ tuodaan vuoron perään kytkimien 41...45 kautta.

t Kuviossa 1 esitetty dynamiikan säätöyksikkö 65 vastaa kuviossa 5 vas- tusta ja kondensaattoria C . Vastus muuttaa termoparin 20 antaman 25 jännitteen virraksi, joka erotuskondensaattorin C kautta on johdettu o mittausoskillaattorin 70 ottoon, mihin tuodaan myös mitattavien konden-saattoreiden virrat. Mittausoskillaattorin 70 ja kytkinyksiköiden 35 ja 40 toimintojen tarkempien yksityiskohtien osalta viitataan hakijan FI-patentteihin 54664 ja 57319. Kuviossa 1 ja 5 kondensattori on pohja-30 kondensaattori, jonka rinnalle mitattavat kondensaattorit C^.-.C^ kytketään. Ensimmäisenä referenssinä on kondensaattori ja toisena referenssinä kytkimen 43 johtimen avoin pää eli kondensaattori, jonka kapasitanssi : on nolla. Näin on saatu aikaan halpa ja ehdottomasti stabiili referenssi. 1 t: 35 Vaihtosuuntaajan 60 otto kytketään vaihtokytkinten 53 ja 54 avulla oikosulkuun, kun mitataan kytkennän viittä kondensaattoria ja ·; "nolla" kondensaattoria, on vaihtosuuntaajan 60 otto kytketty vaihto- 5 85770 1 kytkinten 53 ja 54 avulla oikosulkuun. Mittaussekvenssiin kuuluu vielä yksi mittaus. Tämä tapahtuu siten, että annetaan kytkimen 45 pitää vielä yhden kytkinjakson ajan lämpötilanmittauskondensaattoria mittauksessa. Samalla kytkimet 53 ja 54 poistavat vaihtosuuntaajan 60 oton oikosulun 5 ja kytkimet 51 ja 52 kytkevät termoparin 20 vaihtosuuntaajaan 60. Termo-parin 20 tasajännitteestä Uq vaihtosuunnattu jännite U(t) pyrkii joko suurentamaan tai pienentämään mittausoskillaattorin 70 taajuutta f riippuen termoparin 20 napaisuudesta. Termoparin 20 toinen liitos 23 on lämpökontaktissa anturin 30 kanssa ja toisen haaran liitos 24 on ympäris-10 tössä SA, jonka lämpötila on T^. Täten termoparilia 20 saadaan mitatuksi erittäin tarkasti lämpötilaero Tj-T^.

Kuvioissa 1 ja 5 näkyvä askellusoskillaattori 80 antaa neulapulsseja esim.

n. 200 ms:n välein. Tätä oskillaattoria 80 voidaan pakko-ohjata esim.

15 kalibroitaessa. Kytkimien valintayksikössä 35 on oma nollaus. Piirin 35 nasta 5 on kytketty resettiin, jota voidaan myös pakko- ohjata. Yksikön 35 piirin IC3:n nastoissa 1 ja 10 on joko/tai-portti 36, joka saa aikaan sen, että alin vaihtokytkin 45 pysyy mittausasennossa kahden mittausjakson ajan (2 x 200 ms). Jälkimmäisen mittausjakson ajaksi yksikön 50 (IC6) 20 kahden kytkimen 53 ja 54 muodostava oikosulku poistuu ja kaksi muuta kyt- : .· kintä 51 ja 52 kytkevät termoelementin 20 mittauksen. Jos mitään termopari- • ’·· jännitettä ei esiinny pisteiden a ja b välillä, on tilanne sama kuin ' : : oikosulussa ja siis molemmilla mittausjaksoilla esiintyy sama taajuus *‘‘‘· mittausoskillaatorin 70 annossa (F ). Joko/tai-portit 37,66 ia 67 ovat . · out ." . 25 kääntämässä valhetta tai ne toimivat buffereina terävöittäen pulssien nousu- ja laskureunoja.

Anturin 30 kapasitanssi C,. voidaan kalibroida samalla kertaa kuin kalibroidaan termoparikin 20. Tällöin on saavutettavissa se etu, että käyttä-30 mällä ohuita termoparilankoja 21 ja 22, voidaan nopeuttaa varsinaisen lämpötila-anturin C,. kalibrointia, koska termopari 20 antaa nopeasti vies-: tin, onko lämpötilaeroa referenssiympäristön SA ja anturin 30 välillä.

.·. : Samoin termopari 20 antaa suurinpiirtein oikean kuvan tämän lämpötilaeron ·· suuruudesta ja tätä tietoa voidaan käyttää hyväksi anturia 30 kalibroita- 35 essa. Termoparin 20 vapaa haara on parasta olla kalibroinnin aikana eri - lämpötilassa kuin kondensaattori C,. ja siinä kiinni oleva haara.

ίο 85 770 1 Termoparin 20 jännitteestä Uq yksiköllä 50,60,65 (1^,Co) johdettu virta on kytketty vaikuttamaan mittausoskillaattorin 70 ottoon, jolloin saadaan taajuus f ja taajuuserosta f - f on laskennallisesti määrättä-outl out outl vissä sekä lämpötilaero T - TQ että anturin 30 mittaama lämpötila. Voi-5 daan myös menetellä niin, että ensimmäisessä mittaussekvensissä mitataan anturit C2,C,_ ilman termoparin 20 synnyttämän jännitteen U(t) vaikutusta ja seuraavassa mittaussekvensissä mitataan jälleen kaikki kondensaattorit C2..C^ niin, että C^:n mittauksessa on mukana termoparin 20 synnyttämän jännitteen U(t) vaikutus. Edellä esitetyn mukaisesti samasta anturista 10 c5 saadaan kaksi eri taajuutta, joiden perusteella on määrättävissä sekä lämpötilaerot että kapasitanssin C,. perusteella havaittu absoluut tinen lämpötila riittävän suurella tarkkuudella.

Lämpötilaeroa T^-T^ edustaa anturin 30 avulla kahteen kertaan mitattujen Ί5 taajuuksien f ja f ^ välinen taajuusero. Tätä taajuuseroa ei käytetä hyväksi radiosondtssa. Vasta maassa radiovastaanottimen yhteydessä oleva tietokone, joi la on myös tiedossaan kalibrointitledot, laskee vastaanotetuista kuudesta modulaatiotaajuudesta oikeat meteorologiset arvot. Näitä taajuuksia voidaan käsitellä jo sondissa, vaikka lopulliseen dataan asti, 20 mutta käsittelytapa on silti pääperiaatteessa sama.

Keksinnöllä toteutetaan uusi mittausmenetelmä, jolla päästään parempaan lopputulokseen kuin tunnetuilla järjestelyillä. Termoelementin 20 vapaa haara mittaa ympäröivän atmosfäärin lämpötilaa T^ nopeasti ja säteily-25 virheettömästi. Termoelementin 20 toinen haara "lepää" referenssikonden-saattorissa , jonka lämpötilassa "lepäävät" sopivimmin kaikki muutkin mitattavat kondensaattorit.

Mitä paremmin kalibrointitilanne vastaa luotaustilannetta, sitä vähemmän 30 on merkitystä vakioiden lämpöriippuvuudella, koska lämpöriippuvuudesta aiheutuvat virheet kumoutuvat automaattisesti ilman mitään laskentaa. Virheet siirtyvät antureiden lämpötilariippuvuuksiin niiden omien riippuvuuksien lisäksi. Tämän vuoksi on edullista, että myös vakiokondensaatto-rit ovat lähellä ulkolämpötilaa.

; 35

Mikä tahansa muukin kondensaattori kuin käy kahteen kertaan mitatta-·· vasta kondensaattorista, jopa 0 pF:n kondensaattori. Termoparin 20 viesti I: ,1 85770 1 sisältyy siihen lähtötaajuuksien f t eroon, jotka saadaan kun toisen mittauskerran taajuudesta vähennetään toisen mittauskerran taajuus.

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksin-5 nöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella ja poiketa edellä vain esimerkinomaisesti esitetyistä.

10 15 20 25 30 35

Claims (10)

1. Menetelmä radiosondien impedanssiantureiden tarkkuuden parantamisessa, tunnettu siitä, että menetelmässä mitataan anturin tai 5 antureiden (30 ja/tai 10) lämpötilaa termoparilla (20), jonka termoelementtien (21,22) toisen haaran liitos (23) sijoitetaan mitattavan anturin yhteyteen tai tuntumaan ja jonka termoparin (20) toisen haaran liitos (24) sijoitetaan anturia ympäröivään atmosfääriin (SA) ja että mainitulla termoparilla (20) havaitaan anturin yhteydessä vallitsevan 10 lämpötilan (Tx) ja ympäröivän atmosfäärin (SA) lämpötilan (T0) eroa (Tj-Tq) , jota edustavalla sähkösignaalilla (U(t)) vaikutetaan radioson-din mittauskytkennän lähtösignaaliin (Fout) , joka sisältää tiedon anturilla (30) tai antureilla (10,30) mitattavasta meteorologisesta suureesta tai suureista. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä termoparista (20) saatava tasajännite (Uo) muutetaan vaihtosuuntaajalla (60) tai vastaavalla vaihtojännitteeksi (U(t)), jolla vaikutetaan mittauskytkennän lähtösignaaliin (Fout). 20

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää käytetään kapasitiivisen lämpötila-anturin (30) yhteydessä.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää käytetään kapasitiivisen kosteusanturin (10) yhteydessä.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunne ttu siitä, 30 että kapasitiivistä kosteusanturia (10) lämmitetään kapasitanssin die- lektrisillä häviöillä ja/tai anturin yhteyteen sovitetulla lämmitys-vastuksella (15) (kuviot 3 ja 4).

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä radiosondeissa, 35 joiden mittausjärjestely käsittää kapasitiiviset anturit (C3...C5), joilla mitataan ympäröivän atmosfäärin painetta (P), suhteellista kosteutta (U) ja/tai lämpötilaa (T) ja joka kytkentä käsittää mittausos- il i3 85770 killaattorin (70), jonka antoon kytketään vaihtokytkimellä (40) vuoronperään mitattavat kapasitiiviset anturit (C3...C5) sekä referenssikon-densaattori tai -kondensaattorit (CltC2)f tunnettu siitä, että mittausjärjestelyn lämpötila-anturin (30) ja/tai kosteusanturin (10) 5 yhteyteen on sovitettu termoparin (20) toisen haaran liitos (23), että termoparin toisen haaran liitos (24) on sijoitettu ympäröivän atmosfäärin (SA) yhteyteen, että mainitusta termoparista (20) saatu tasa-jännite (U0) on johdettu kytkentäyksikköön (50), josta yksiköstä on johdettu mainittu jännite sopivassa sekvenssissä termoelementtijännit-10 teen vaihtosuuntausyksikköön (60), ja että viimemainitun yksikön (60) antojännite U(t) on virraksi muunnettuna johdettu vaikuttamaan mittaus-oskillaattorin (70) ottoon, johon vuoronperään on kytketty mitattavat kapasitanssit (C3...C5).

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittausjärjestelyn lämpötila-anturi (30) on kiinnitetty suhteellisen paksuun, lämpöä hyvin johtavaa materiaalia olevaan levyyn (41) sopivimmin kuparilevyyn, johon on kiinnitetty myös mahdollinen kosteusanturi (10) ja että mainittuun levyyn (41) on yhdistetty läm-20 mitysvastus (48).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittuun levyyn (41) yhdistetään mittausjärjestelyn vakiokonden- , . saattori (C2) tai -kondensaattorit (C2,C0) ja/tai paineanturi (C3) näi- 2. den kondensaattorien lämpötilariippuvuuden vaikutusten vähentämiseksi.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu lämmitysvastus (48) sijoitetaan mainitun levyn (41) yhteyteen niin, että eri antureihin ja vakiokondensaattoreihin on 30 olennaisesti yhtä pitkä matka eri antureiden välillä vallitsevien lämpötilaerojen pienentämiseksi.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitulla lämmitysvastuksella (48) lämmitetään mainittua 35 levyä (41) ja sen yhteydessä olevia antureita ja vakiokondensaattoreita n. 2°...5°C ympäristön lämpötilan yläpuolelle. 14 85770