FI95626C - Menetelmä ja järjestely kosteuden mittauksessa, etenkin radiosondeissa - Google Patents

Description

95626

Menetelmä ja järjestely kosteuden mittauksessa, etenkin radiosondeissa Förfarande och arrangemang vid mätning av fuktighet speciellt i radiosonder

Keksinnön kohteena on menetelmä suhteellisen kosteuden mittaamiseksi kosteusanturia hyväksikäyttäen, etenkin radiosondeissa, jossa kos-teusanturissa käytetään aktiivista materiaalia, jonka sähköiset ominaisuudet ovat sen absorboiman vesimäärän funktio, jossa menetelmässä mainittua anturia lämmitetään sen pinnalle ja/tai ympäristöön kertyneen jään, huurteen tai tiivistyneen kosteuden poistamiseksi, jossa menetelmässä kosteusanturin lämpötilaa ja/tai ulkolämpötilaa havaitaan ja tätä/näitä suureita käytetään hyväksi kosteusmittausarvojen laskemisessa ja jossa menetelmässä kosteusanturia suojataan sen ympärille järjestetyllä mekaanisella suojarakenteella.

Lisäksi keksinnön kohteena on anturijärjestely, etenkin radiosondeihin, ympäristön suhteellisen kosteuden mittaamiseksi, joka anturijärjestely käsittää kosteusmittausanturin ja sen lämpötilan mittausanturin sekä mainittuja antureita ympäröivän suojuksen, johon anturijärjestelyyn kuuluu lämmitysvastus, johon syötetään sähkövirtaa, jolla lämmitetään kosteusanturia ja sen ympäristöä ja johon järjestelyyn lisäksi kuuluu ulkoisen lämpötilan mittausanturi.

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

Esillä olevan keksinnön tekniikan tasoon osaltaan liittyy FI-patentti n:o 48229, jossa on esitetty kapasitiivinen kosteusanturi, jossa die-lektrisena eristeaineena on polymeerikalvo, jonka permittiivisyys on polymerikalvon absorboiman vesimäärän funktio.

Ennestään tunnetusti käytetään myös lämpötilan mittaamiseen kapasitii-visia antureita, jotka perustuvat yleensä siihen, että kondensaattori- 2 95626 levyjen välisen eristeaineen permittiivisyys on lämpötilasta riippuva, jolloin myös anturin navoista havaittu kapasitanssi riippuu lämpötilasta.

Edellä esitetyissä ja muissakin impedanssin muutokseen perustuvissa antureissa esiintyy ei-toivottuja ilmiöitä, joita ovat mm. antureiden jäätyminen ja kastuminen, säteilyvirhe, antureiden hitaus ja hyste-reesis.

Hakijan FI-patenttihakemuksessa 58402 on esitetty menetelmä sähköisen, impedanssin muutokseen perustuvan, kosteusanturin palautuvien muutosten aiheuttamien ei-haluttujen ominaisuuksien pienentämiseksi, etenkin kapasitiivisessa kosteusanturissa, jonka kosteudelle herkkänä materiaalina on orgaaninen polymeeri, jota lämmitetään, ainakin suuremmilla suhteellisilla kosteuksilla, kosteusanturin ympäristön lämpötilaa suurempaan lämpötilaan. Anturin lämmitystehoa voidaan tarvittaessa säätää mitattavan kosteuden funktiona. Mainitussa FI-patentissa mitataan kosteusanturin lämpötila ja/tai ulkolämpötila ja tätä tai näitä apusuurei-ta käytetään hyväksi kosteusmittausarvojen laskemisessa.

Tekniikan tason osalta lisäksi viitataan hakijan FI-patenttiin 58 403 (vastaava GB-patentti 2 047 431), jossa on esitetty säätölaite kosteus-anturissa, joka käsittää siltakytkennän tai vastaavan, joka sisältää lämpötilasta riippuvaisia vastuselementtejä, joiden avulla havaitaan anturin ulkoinen lämpötila ja itse anturin lämpötila Ts ja jonka siltakytkennän erojännitettä käytetään takaisinkytkentäsignaalina, jolla säädetään anturia lämmittävää sähkötehoa.

Esillä olevaan keksintöön liittyvän tekniikan tason osalta lisäksi viitataan hakijan FI-patenttiin 85 770 (vastaava US-patentti 5156045), jossa on esitetty menetelmä radiosondien impedanssiantureiden yhteydessä, jossa menetelmässä mitataan anturin tai antureiden lämpötilaa ter-moparilla, jonka termoelementtien toisen haaran liitos sijoitetaan mitattavan anturin yhteyteen tai tuntumaan ja jonka termoparin toisen haaran liitos sijoitetaan anturia ympäröivään atmosfääriin ja jossa menetelmässä mainitulla termoparilla havaitaan anturin yhteydessä vai-

II

95626 3 litsevan lämpötilan ja ympäröivän atmosfäärin lämpötilan eroa, jota edustavalla sähkösignaalilla vaikutetaan radiosondin mittauskytkennän lähtösignaaliin, joka sisältää tiedon anturilla tai antureilla mitattavasta meteorologisesta suureesta tai suureista.

Esillä olevan keksinnön yleistarkoituksena on kehittää edelleen ennestään tunnettua suhteellisen kosteuden mittaustekniikkaa etenkin radio-sondisovellutuksissa siten, että myöhemmin tarkemmin selostettavat epäkohdat vältetään.

Keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada uudet mittausmenetelmät ja anturit, etenkin radiosondikäyttöön, jossa kapasitiivinen kosteus-anturi joutuu niin suureen kosteuteen, että anturitoiminta huononee ja vettä, huurretta ja/tai jäätä kerääntyy ja kondensoituu anturin aktiiviselle pinnalle tai sen ympäristön rakenteisiin. Kun tällainen häiriötilanne on ohi, kestää kauan ennen kuin vesi tai jää ovat haihtuneet, minkä ajan anturi antaa tietenkin väärän, liian suurta kosteutta ilmoittavan viestin. Edellä mainitussa FI-patentissa 58402 esitetty ka-pasitiivisen kosteusanturin lämmityksellä voidaan edellä mainittuja epäkohtia välttää, mutta tyydyttävästi ratkaisemattomana ongelmana jää edelleen se, että riittävän tarkan kosteusmittauksen aikaansaamiseksi kosteusanturin lämpötilakin on tunnettava hyvin tarkkaan. Suhteellisen kosteuden - 1-2 %:n mittaustarkkuuden aikaansaamiseksi on anturin lämpötila saatava mitatuksi - 0,l°C:n tarkkuudella. Lämpötilan mittauksessa voi olla enemmän absoluuttista virhettä, mutta lämpötilaero ympäristöön nähden on tunnettava mainitulla tarkkuudella. Keksinnön päätarkoituksena onkin aikaansaada sellainen kosteusanturi, jota käyttäen voidaan välttää kosteusanturin pinnalle ja/tai sen ympäristön rakenteisiin veden tiivistymisen ja jäätymisen aiheuttamat epäkohdat, esimerkiksi silloin, kun radiosondi lentää alijäähtyneessä pilvessä.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada sellainen mittausmenetelmä ja anturit, jossa suhteellinen kosteus voidaan mitata ainakin edellä mainitulla tarkkuudella - 1-2 %. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on aikaansaada sellainen mittausmenetelmä ja anturit, jotka soveltuvat erityisen hyvin kertakäyttöisiin radiosondeihin niin, että keksinnön mene- 4 95626 telmää ja antureita käyttäen anturijärjestely saadaan yksinkertaiseksi, kevytrakenteiseksi ja suurivolyymituotannossa muutenkin taloudelliseksi.

Edellä kosketeltuja ongelmia on yritetty ratkaista myös käyttämällä mekaanisia suojuksia sateen esteenä. Täysin tyydyttävästi toimivia ratkaisuja edellä käsiteltyjen ongelmien poistamiseksi ei ole toistaiseksi esitetty. Yleisesti tunnetuissa tavoissa ongelma ei ole poistunut tai vielä tavallisemmin saavutettu kosteusmittauksen tarkkuus ei ole riittävä. Mainitut suojarakenteet itsessään ovat kodensoitumiskeskuksia ja aiheuttavat kosteusmittausongelmia.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kehittää edelleen edellä selostettua tekniikan tasoa, etenkin radiosondisovellusten osalta. Kuitenkin korostettakoon jo tässä yhteydessä, että keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää muuallakin kuin radiosondeissa, esim. maanpinnalla tapahtuvia kosteusmittauslaitteissa, kuten ympäristömittauk-sissa tai teollisuudessa.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uusi menetelmä ja laite, jossa voidaan edellä kosketellut ongelmat pääasiallisesti ratkaista ja epäkohdat eliminoida.

Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että mainittua suojarakennetta lämmitetään ympäristöään korkeampaan lämpötilaan siten, että pääasiassa muuten kuin johtumalla siirtyneellä lämmöllä nostetaan kosteusanturin ja sen läheisyydessä olevien rakenteiden lämpötilaa niin, ettei niihin kosteuden olennaista tiivistymistä eikä jäätymistä tapahdu.

Keksinnön mukaisella laitteelle on puolestaan pääasiallisesti tunnusomaista se, että mainittu lämmitysvastus on järjestetty mainitun suojuksen yhteyteen lämmittämään kosteusanturia ja sen ympäristöä mainitun suojuksen ja/tai siihen kuuluvan osan välityksellä siten, että lämpöenergia siirtyy kosteusanturin ja suojuksen ympäristöön pääasiassa muuten kuin johtumalla.

Il 95626 5

Keksinnöllisenä ajatuksena on se, että lämmitetään suojarakennetta, jolloin se ja anturi ympäristöineen ja rakenteineen kaikkineen lämpiää, samoin mitattava ilma. Tällöin mittausta haittaava ilmiö poistuu, tiivistymistä ei tapahdu pintoihin, jotka ovat ympäristöä korkeammassa lämpötilassa. Oleellista on siis, että lämmitys tapahtuu anturisuojuk-sen yhteydessä olevalla lämmitysjärjestelyllä, josta lämpö siirtyy pääasiassa muuten kuin johtumalla ympäristöön (ilma ja anturi ympäristöineen ja tukirakenteineen). Haittaava jää tai yleensä kosteus voi olla myös itse anturin kosteutta mittaavan alueen ulkopuolella ja aiheuttaa haihtuessaan mittausta vääristävän paikallisen mikroilmaston. Oleellista on myös, että itse suojus lämpiää, koska siihen saattaa kertyä ja jäädä haittaavaa kosteutta.

Koska keksinnön yhteydessä kosteusanturia lämmitetään ja sillä tällöin mitataan kosteutta, täytyy kosteusanturin lämpötila mitata. Kun tiedetään lämmittämättömän ilman lämpötila ja anturin lämpötila, voidaan anturilla mitattu suhteellinen kosteus korjata esim. kylläisen höyryn-paineen suhteella oikeaksi kosteudeksi. Mukaan voidaan ottaa myös muita korjaustermejä. Anturin lämmitystä voidaan säätää eri tavoin. Yksinkertaisin tapa on kytkeä lämmitysvastuksen kanssa lämpötilasta riippuva vastus siten, että tropopaussin tasolla (-50...-80°C) lämmitys on jo melkein kokonaan pois, jolloin turha ja mittausta vaikeuttava lämmitys jää pois.

Keksintöä sovellettaessa kosteusanturin muodolla ja koolla ei sinänsä ole merkitystä, jos pysytään kohtuudessa, mutta suhteellisen pieni massaisuus ja pieni koko ovat eduksi. Kosteusanturin lämpötila voidaan mitata joko siihen mekaanisesti liitetyllä lämpötila-anturilla tai integroimalla lämpötilamittaus osaksi kosteusanturia. Kolmas tapa mitata kosteusanturin lämpötila on käyttää mahdollisimman ohuiden ja pitkien johtimien päässä olevaa pientä lämpötila-anturia. Anturi on tällöin ilmassa suojarakenteen sisäpuolella. Muilla tavoilla lämmönsiirto on häiriöalttiimpaa ilmavirtauksien vaiheteluille, joita tapahtuu huomattavasti esimerkiksi sondikäytössä. Lämpötila- ja kosteusmittauksella tulee olla lähes sama aikavakio, koska muutoin molempien virheet summautuvat erilaisilla aikavakioilla mitattuun ja laskettuun kosteusar- 95626 6 voon. Anturitoteutuksen tulee olla etenkin radiosondisovelluksissa massatuotantoon hyvin soveltuva.

Huomioon otettavia tekijöitä ovat ainakin sateen estäminen, säteilyläm-mön keräämisen minimointi, hyvä ilmavirtaus anturille ja kosteuden sekä jään keräämisen minimointi. Anturisuojuksen materiaalin sinänsä ei tarvitse olla hyvä lämmönjohde, jos muulla sen rakenneosalla esim. me-tallikalvolla tarvittaessa lisätään lämmönjohtavuutta. Lämmittävän rakenteen liittäminen anturisuojaukseen voi tapahtua hyvin erilaisilla tavoilla. Samoin lämmittävä rakenne on toteutettavissa monella eri tavalla. Lämmitysvastus on esim. vastuslankaa, joka on liitetty antu-risuojukseen eri tavoilla taitettuna tai kierrettynä ja kiinnitetty esim. liimaamalla tai suojusmateriaalin sisässä. Lämmitysvastuksena saattaa toimia myös suojuksen pinnalla oleva esim. höyrystetty tai liimattu vastuskalvo, joka voi olla myös anturisuojuksen rakenteiden välissä.

Lämmitys voi tapahtua jatkuvana, eri tavoin jaksotettuna tai muuten säädetysti. Lämmityksen säätö tarvittaessa voi tapahtua useilla eri tavoilla ohjattuna esim. lämpötilan mittaukseen perustuen tai aikasää-dettynä. Yksinkertaisimmillaan säätö on toteutettavissa lämpötilasta riipuvalla lämmitysvastuksen kanssa sarjaan tai rinnakkain kytketyllä vastuksella. Säädön tarkoituksena on toisaalta lämmittää sopivassa määrin ja toisaalta lopettaa lämmitys, kun se ei ole enää tarpeen, vaan pikemminkin haitaksi.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin sovellusympäristöihin ja -esimerkkeihin, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole rajoitettu.

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti keksinnön sovellusympäristönä toimivaa radiosondia.

Kuvio 2 on yleiskuva keksinnön mukaisesta anturijärjestelystä ja sen tukirakenteesta.

95626 7

Kuvio 3 esittää aksonometrisesti keksinnön mukaisen anturijärjestelyn yleiskuvaa.

Kuvio 4 esittää keskeistä aksiaalileikkausta kuvion 3 mukaisesta antu-rijärj estelystä.

Kuvio 5 havainnollistaa keskeisenä aksiaalileikkauksena keksinnön mukaisen anturijärjestelyn toimintaa.

Kuvio 6 esittää anturijärjestelyn sähköistä kytkentää.

Kuvio 7 esittää lohkokaaviona radiosondin mittausjärjestelmäää, johon keksinnön mukainen anturijärjestely osana kuuluu.

Kuvio 8 esittää testattua radiosondijärjestelmää, johon keksinnön mukainen anturijärjesly osana kuuluu.

Kuviot 9A-9G esittävät keksinnön mukaisen lämmitetyn anturisuojuksen erilaisia rakennevariaatioita aksonometrisesti tai keskeisinä aksiaali-leikkauksina.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön sovellusympäristöksi radiosondi 100, joka nousee langan 101 yläpäähän kiinnitetyn sondipallon (ei esitetty) varassa yläilmoihin. Radiosondin 100 toisesta sivusta ulkonee keksinnön mukainen anturilaite, josta kuviossa 1 näkyy anturisuojus 10, piirilevy 12, anturin johdinkuviot 11 sekä ulkoilman lämpötila-anturi 13, joka on piirilevyn 12 yläpäässä olevan aukon 13a yhteydessä.

Kuviossa 2 on esitetty tarkemmin anturijärjestely tukirakenteineen, johon kuuluvan piirilevyn 12 yhteyteen on kiinnitetty kosteusanturi 14 ja sen lämpötila-anturi 17. Anturit 14 ja 17 on sijoitettu lieriömäisen anturisuojuksen 10 sisälle. Antureista 14 ja 17 lähtevät johtimet 15 ja 16 piirilevyn 12 johdinkuvioille 11, jotka välittävät anturien 14 ja 17 mittaussignaalit liitosten 18 välityksellä radiosondin 100 mittaus -elektroniikkaan.

8 95626

Kuvioissa 3 ja 4 on esitetty tarkemmin anturijärjestelyn ja sen antu-risuojuksen 10 rakenne. Suojuksena 10 on ulkopinnaltaan aluminoitu 10a muovisuojus, jonka avoimen alapään ulkoreunassa on lämmitysvastuslanka 20 eristeliiman 21 sisällä. Suojuksen 10 ulkopinnan metallointi lisää lämmönjohtumista sähkövastuksesta 20 ja toimii myös säteilysuojana, joka heijastaa auringonsäteilyä suojuksesta 10. Kuvion 4 mukaisesti antureista 14 ja 17 sekä lämmitysvastuksesta 20 lähtevät johtimet 15,16,19 piirilevyn 12 johdinkuvioille 11. Suojuksen 10 sisähalkaisija D on tyypillisesti D = 5 mm ja suojuksen korkeus H tyypillisesti H s 10 mm. Kosteusanturin 14 mitat ovat tyypillisesti 4 x 4 x 0,4 mm. Piirilevyn 12 mitat ovat tyypillisesti 10 mm x 130 mm. Muut edulliset mitat ovat pääteltävissä esim. kuviosta 2 em. mittoihin suhteutettuna.

Kuviossa 5 on havainnollistettu keksinnön mukaisen anturijärjestelyn toiminnan periaatetta. Suojuksen 10 ulkopinnalla oleva sähkövastus 20 lämmittää suojusta 10 ja siitä säteilee lämpöä, nuolten Hin suunnassa suojuksen 10 sisällepäin lämmittäen antureita 14 ja 17 ja niiden ympäristöä. Vastuksesta 20 ja suojuksesta 10 säteilee lämpöä myös suojuksen 10 ulkopuolelle nuolten Hout suunnassa, mikä säteily lämmittää suojuksen 10 ulkopuolisen ympäristön ilmaa ja tukirakenteita 12 ja muita ympäristön rakenteita. Oleellista on, että lämpö siirtyy vastuksesta 20 ja suojuksesta 10 ympäristöön pääasiassa muuten kuin johtumalla. Näin ollen saadaan anturit 14 ja 17, suojus 10 ja sen ympäristön ilma- ja muut rakenteet lämmitetyksi niin, että haitallista kosteuden tiivistymistä ja jäätymistä ei esiinny antureissa 14;17 ja niiden läheisyydessä olevissa rakenteissa.

Kuviossa 6 on esitetty keksinnön mukaisen anturikokonaisuuden sähköinen kytkentä, johon kuuluu suojuksen 10 lämmitysvastus 20, jonka resistanssia R voidaan tarvittaessa säätää myöhemmin tarkemmin selviävällä tavalla. Lisäksi kytkentään kuuluu kosteusanturin 14 lämpötilan T mittausanturi 17 sekä itse kosteusanturi 14, joka mittaa ympäristönsä suhteellista kosteutta U. Anturit 14 ja 17 voivat olla joko resistiivi-siä tai kapasitiivisia kosteus- ja lämpötila-antureita.

il 95626 9

Kuviossa 7 on esitetty keksintöä soveltavan mittausjärjestelmän periaate pääasiallisesti lohkokaaviona. Suojuksen 10 sisällä olevan kosteus-anturin 14 mittaussignaali U siirretään johtimin 15 mittauselektronii-kalle 31, johon tulee lämpötilasignaali Ta myös ympäristön lämpötila-anturilta 13. Kosteusanturin 14 lämpötila-anturi 17 antaa mittaustietonsa T johtimien 16 kautta säätö- ja säädön mittauselektroniikalle 30, joka ohjaa suojuksen 10 yhteydessä olevan lämmitysvastuksen 20 lämmi-tysvirtaa IH. Elektroniikkayksikölle 30 voidaan tuoda myös erillinen säätösignaali kuten anturi- tai aikasignaali, mitä kuvaa katkoviivoin piirretty yksikkö 35. Tehoyksikkö 32 syöttää sekä säätöelektroniikkayk-sikköä 30 että mittauselektroniikkayksikköä 31. Mittauselektroniikkayk-siköltä 31 samoin kuin säätöelektroniikkayksiköltä 30 viedään signaalit korjaus- ja kompensointilaskentayksikölle, joka mm. kompensoi ja anturin anturin lämpötilasignaalin T perusteella kosteusanturin 14 mittaussignaalia U. Lopullinen kosteuslukema näytetään ja/tai käsitellään edelleen yksikössä 34.

Kuviossa 8 on esitetty keksinnön anturijärjestelyä soveltava radiosondi telemetrijärjestelmineen, jota on käytännössä kokeiltu myöhemmin selostettavin koetuloksin. Järjestelmä on anturijärjestelmän osalta olennaisesti edellä selostetun kaltainen, ja suojuksen 10 sisällä oleva kos-teusanturi 14 ja sen lämpötila-anturi 17 antavat mittaussignaalinsa U ja T anturien mittausoskillaattorille 40. Mittausoskillaattorille 40 johdetaan myös sondin ulkopuolisen lämpötilan Ta mittaustieto anturilta 13 sekä ulkoilman paineen P mittaustieto anturilta 36. Yksikkö 42 säätää suojuksen 30 lämmitysvastuksen 20 lämmitystä tehonsäätöyksikön 43 välityksellä. Yksikön 43 aktiivisena säätöelementtinä on esim. NTC-vas-tus. Mittausoskillaattori 40 ohjaa mittaustiedon maahanlähetysyksikköä 41, joka lähettää sinänsä tunnetusti telemetriyhteyden TM välityksellä mittaustiedot sondista 100 maahan, jossa ne vastaanotetaan vastaanotto-yksiköllä 44. Vastaanottoyksikköön 44 tulee myös aikasignaali t ulkopuoliselta kellolta 37. Yksikkö 44 antaa mittaustiedot yksikölle 45, jossa suoritetaan korjaus- ja muu laskenta kosteus- ja muille mittaus-tiedoille. Lopullinen kosteuslukema ja muut mittaustiedot näytetään ja/tai käsitellään edelleen yksikössä 46. Yksiköt 44, 45 ja 46 kuuluvat meteorologisen havaintoaseman maajärjestelmiin 110.

10 95626

Kuvioissa 9A-9C on esitetty kaaviollisesti anturisuojuksen 10 yhteyteen sovitetun lämmitysvastuksen 20 erilaisia toteutusmuotoja. Suojus 10 on varustettu ulkopuolelta heijastavalla eriste- ja johdekerroksella 10a. Tämä kerros 10a toimii lämmönjohtumisen tehosteena sekä ulkopuolisen säteilyn heijastimena. Muutoin suojaus 10 on sopivimmin muovirakenteinen.

Kuvion 9A mukaisesti suojauksen 10 avoimen puolen alareunan yhteyteen on kierretty vastuslankaa 20A, joka on kiinnitetty ja eristetty esim. liimakerroksen 21 sisään.

Kuvion 9B mukaisesti lämmitysvastus 20B muodostuu sik-sak-muotoon taivutellusta vastuslangasta, joka on kiinnitetty esim. liimakiinnityksel-lä.

Kuvion 9C mukaisesti suojauksen 10 alareunaan on kiinnitetty sylinteri-mäinen eristekappale 22, jonka uraan 23 on käämitty lämmitysvastus 20C. Kappaleessa 22 on suojuksen 10 sisälle avautuva keskeinen pyöreä aukko 24. Kappale 22 on kiinnitetty suojauksen 10 aukon alaosan yhteyteen esim. liimalla tai ura-uloke-kiinnityksellä.

Kuviossa 9D on esitetty sellainen toteutus, jossa kierretty tai sik-sak-vastuslanka on valettu muovia olevan suojuksen 10 alareunan sisälle niin, että vastuksen 20D johdot 19 ulottuvat suojuksen 10 ulkopuolelle .

Kuviossa 9E on esitetty sellainen rakenne, jossa suojuksen 10 sisälle olennaisesti koko sen aksiaaliselle pituudelle on järjestetty kelarun-gon tapainen sisekappale 26, jossa olevaan uratilaan 29 on käämitty vastuslanka 20E. Kappaleen 26 keskeinen aksiaalinen aukko 24 rajoittaa pääasiallisesti suojuksen 10 sisätilan.

Kuviossa 9F on esitetty sellainen keksinnön toteutus, jossa suojuksen 10 ulkopinnalle sen avoimen pään reunan puolelle on kiinnitetty lämmi-tysvastukseksi 20F vastuskalvo 27 tai vastaava sähkövastus on tehty suoraan höyrystämällä suojauksen 10 ulkopinnalle.

Il 95626 11

Kuviossa 9G on esitetty kuvion 9E mukaisen rakenteen modifikaatio, jossa on sylinterimäinen sisekappale 28, jonka ulkopinnalle on kiinnitetty kalvovastus 20G, joka kiinnitetään suojauksen 10 sisäpintaa vasten.

Kaikille kuvioissa 3,4,5 ja 9A-9G esitetyille sovellusmuodoille on yhteisenä piirteenä se, että käytetään kupumaista suojausta, jonka toinen pää on suljettu ja toinen avoin ja avoimelle puolelle on järjestetty suojauksen koko kehän ympäri ulottuva lämmitysvastus 20,20A,20B,20C, 20D.20F. Kuviot 9E ja 9G esittävät sellaiset toteutusmuodot, jossa lämmitysvastukset 20A je 20G ulottuvat suojauksen 20 aksiaalisuunnassa olennaisesti koko sen korkeudelle H.

Keksintöä testattiin kuvion 8 mukaisessa radiosondisovelluksessa, jolloin käytettiin pitkien johtimien päässä olevaa pientä (halkaisija alle 2 mm, pituus n. 2 mm) kapasitiivista anturia 17 lämpötilamittaukseen, joka anturi 17 oli ilmassa suojauksen 10 sisällä kosteusanturin 14 (mitat: 4 x 4 x 0,4 mm) yläpuolella. Anturilämpötilan T mittaus onnistui hyvin ainakin tällä rakenteella ja laskennallinen korjaus oli yksinkertainen. Suojuksen 10 lämmitys on kokeissa toteutettu kiertämällä sen alareunaan muovisuojuksen 10 päälle vastuslankaa 20A (n. 900 ohm). Vastuslangan 20A päällä oli eristeliima 21 ja koko suojus 10 oli päällystetty normaalisti alumiinihöyrystyksellä. Lämmitysvastuksen 20A johtimet 19 jatkuivat piirilevyn 12 kontaktipisteisiin asti.

Em. kytkennästä saatin maksimissaan PH ~ 440 mW:n lämmitysteho. Testeissä riittävä lämmitysteho todettiin olevan jo alueella PH » 250...100 mW. Joissakin testeissä käytettiin sarjassa lämmitysvastuksen kanssa myös lämpötilariippuvaista NTC-vastusta siten, että lämmitys väheni voimakkaasti oltaessa tropopausin yläpuolessa stratosfäärissä. Kuvio 4 on rakennekuva testatusta anturi/lämmitys- systeemistä. Tämä anturivaihto-ehto on massatuotannollisesti toteutettavissa ja perusidea on riippumaton anturin tukirakenteiden ja suojuksen rakenteista. Muutoin radio-sondi oli periaatteiltaan ja mittaustekniikaltaan normaali hakijan radiosondi.

95626 12

Keksinnössä vastukseen 20-20G syötettävän sähkötehon PH voidaan arvio.ida olevan yleensä alueella PH » 1 mW . . . 10 W ja sondisovelluksissa edullisimmin PH = 1 mW ... 1 W. Kosteusanturin 14 lämpötila-anturin 17 lämpötilan T mittausvirheen on edullisimmin oltava rajoissa 0,1...0,2°C.

5 Massaltaan kosteus- ja lämpötila-anturit 14,17 ovat edullisimmin samaa suuruusluokkaa tai ainakin aikavakioltaan samaa luokkaa.

Kosteusanturin 14 lämmittämistä ei ole syytä tehdä liian suurella teholla lisääntyvien mittausepätarkkuuksien vuoksi. Edullisinta on, että 10 lämmitettäessä kosteusanturin 14 lukema muuttuu korkeintaan n. 50 %, edullisimmin vain n. 5...30 %.

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaih-15 della ja poiketa edellä vain esimerkinomaisesti esitetystä.

Claims (11)

95626

1. Menetelmä suhteellisen kosteuden mittaamiseksi kosteusanturia (14) hyväksikäyttäen, etenkin radiosondeissa (100), jossa kosteusanturissa (14) käytetään aktiivista materiaalia, jonka sähköiset ominaisuudet ovat sen absorboiman vesimäärän funktio, jossa menetelmässä mainittua anturia (14) lämmitetään sen pinnalle ja/tai ympäristöön kertyneen jään, huurteen tai tiivistyneen kosteuden poistamiseksi, jossa menetelmässä kosteusanturin (14) lämpötilaa (T) ja/tai ulkolämpötilaa (Ta) havaitaan ja tätä/näitä suureita käytetään hyväksi kosteusmittausarvojen (U) laskemisessa ja jossa menetelmässä kosteusanturia (14) suojataan sen ympärille järjestetyllä mekaanisella suojarakenteella (10), tunnettu siitä, että mainittua suojarakennetta (10) lämmitetään ympäristöään korkeampaan lämpötilaan siten, että pääasiassa muuten kuin johtumalla siirtyneellä lämmöllä nostetaan kosteusanturin (14) ja sen läheisyydessä olevien rakenteiden lämpötilaa niin, ettei niihin kosteuden olennaista tiivistymistä eikä jäätymistä tapahdu.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittua suojarakennetta (10) lämmitetään sähköisesti sen yhteydessä olevalla sähkölämmitysvastuksella (20-20G).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suojarakenteen (10) yhteydessä olevaan sähkövastukseen (20) syötettävän sähkövirran (IH) voimakkuus järjestetään säädettäväksi lämmi-tystarpeen mukaisesti.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu säätö suoritetaan ulkoisen lämpötilan (Ta) perusteella, radiosondisovellutuksissa sopivimmin siten, että tropopaussin tasolla (Ta « -50...-80°C) lämmitys tulee olennaisesti poiskytketyksi.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anturin (14) suojusrakenteen lämmityksen sähköteho PH on valittu alueelta PH « 1 mW...10 W, radiosondisovelluksissa sopivimmin PH = 1 mW ... 1 W. 95626

6. Anturijärjestely, etenkin radiosondeihin, ympäristön suhteellisen kosteuden (U) mittaamiseksi, joka anturijärjestely käsittää kosteusmit-tausanturin (14) ja sen lämpötilan (T) mittausanturin (17) sekä mainittuja antureita (14,17) ympäröivän suojuksen (10), johon anturijärjes-telyyn kuuluu lämmitysvastus (20-20G), johon syötetään sähkövirtaa (IH) , jolla lämmitetään kosteusanturia (14) ja sen ympäristöä ja johon järjestelyyn lisäksi kuuluu ulkoisen lämpötilan mittausanturi (13), tunnettu siitä, että mainittu lämmitysvastus (20-20G) on järjestetty mainitun suojuksen (10) yhteyteen lämmittämään kosteusanturia (14) ja sen ympäristöä mainitun suojuksen (10) ja/tai siihen kuuluvan osan (22;26;28) välityksellä siten, että lämpöenergia siirtyy kosteus-anturin (14) ja suojuksen (10) ympäristöön pääasiassa muuten kuin johtumalla.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen anturijärjestely, jossa suojuksena on kuppimainen toisesta päästään ainakin osittain avoin suojus (20-20G), jonka sisään mainittu kosteusanturi (14) ja sen lämpötila-anturi (17) on sijoitettu, tunnettu siitä, että mainitun suojuksen (10) yhteyteen ainakin sen avoimen puolen osalle on järjestetty sähkövastus (20;20A;20B;20C;20D;20F), johon on syötettävissä lämmitysvirta (IH) .

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen anturijärjestely, tunnettu siitä, että mainitun sähkövastuksen muodostaa suojuksen (10) avoimen puolen reunaan kiedottu vastuslanka (20A), sik-sak-muotoon taivuteltu vastuslanka (20B), suojuksen eristemateriaalin sisälle upotettu vastuslanka (20D) ja/tai suojuksen ulkopinnalle suoraan höyrys-tetty tai liimattu vastuskalvo (20F).

9. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen anturijärjestely, tunnettu siitä, että suojuksen (10) sisälle on kiinnitetty eristekap-pale (22; 26), jossa olevaan uratilaan tai vastaavaan on käämitty vas-tuslankaa (20C;20D).

10. Jonkin patenttivaatimuksen 6-9 mukainen anturijärjestely, tunnettu siitä, että suojuksen (10) sisälle on järjestetty sen olennaiselle aksiaaliselle pituudelle (H) ulottuva sisekappale (26;28), jonka ympärille suojuksen (10) sisäpintaa vasten on järjestetty vastus- it 95626 langasta (20E) ja/tai kalvovastuksesta (20G) muodostuva suojuksen (10) lämmitysvastus (kuviot 9E ja 9G).

11. Jonkin patenttivaatimuksen 6-10 mukainen anturijärjestely, t u n -5 n e t t u siitä, että anturijärjestelyyn kuuluu mittauselektroniikka-yksikkö (31) , johon on kytketty kosteusanturi (14) ja ulkoisen lämpötilan (Ta) mittausanturi (13), että anturijärjestelyyn kuuluu säätö-ja/tai säädön mittauselektroniikkayksikkö (30), johon on kytketty kos-teusanturin (14) lämpötilan (T) mittausanturi (17) ja joka yksikkö (30) 10 on järjestetty säätämään suojukseen (20) syötettävää sähkövirtaa (IH) ja että mainitut yksiköt (30,31) on liitetty korjaus- ja kompensointilas-kentayksikköön (33), josta on saatavissa lämpötilakompensoitu kosteus-lukema (kuvio 7). 95626